09114分子生物学.docx

1、09114分子生物学分子生物学课程（09114）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称: 分子生物学及实验课程代码： 09114学分与学时： 4学分 72学时（理论课48学时，实验课24学时）课程性质： 专业必修课 授课对象： 生物工程专业 二、课程教学目标与任务新兴的生物技术已成为新技术革命的优先发展领域，它包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程四大部分，其在21世纪的生命科学时代有着广阔的发展前景，但它们的发展都需要分子生物学的理论作指导。分子生物学是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其规律性的科学。本课程的任务是使学生掌握蛋白质、核酸等生物大分子的结构、性质及功能；DNA的复制

2、、RNA的生物合成、蛋白质生物合成；遗传信息的储存、传递及表达调控等基本知识，掌握生物大分子分离、制备、分析、鉴定技术（比色、层析、电泳、离心等）的基本实验原理及操作技能。通过原核和真核生物基因表达调控的详细介绍，向学生揭示基因表达的精细性、复杂性和高度可调控性，使学生从分子水平认识生命现象和生物学规律。引用一系列分子生物学研究工作实例，将分子生物学的基本研究思路和基本研究方法介绍给学生，激发学生探索生物大分子的奥秘的求知欲望，丰富学生对现代生物技术的理解，为今后从事相关专业的研究工作奠定坚实的基础。三、学时安排课程内容与学时分配表章 节内 容学 时1绪论22染色体与DNA63生物信息的传递（

3、上）从DNA到RNA 104生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质 85分子生物学的研究方法 46基因的表达与调控（上）原核基因的表达调控模式 87基因的表达与调控（下）真核基因的表达调控的一般规律10合计 48四、课程教学内容与基本要求 第一章 绪论教学目的：介绍分子生物学的概念、研究内容以及分子生物学的发展简史，激发学生对分子生物学的兴趣。基本要求： 掌握分子生物学的基本概念与研究内容； 了解分子生物学发展简史和分子生物学的研究内容和发展趋势，了解与分子生物学相关的学科和一些分支学科。重点难点：分子生物学的概念及研究内容 教学方法：课堂讲授主要内容一、 分子生物学的概念二、 分子生物学诞生

4、的背景三、分子生物学发展简史四、分子生物学的研究内容五、 分子生物学展望 第二章 染色体与DNA教学目的：介绍DNA的结构、性质与功能以及DNA的复制、损伤与修复。 基本要求：掌握DNA双螺旋结构特点，了解DNA的超螺旋结构；掌握核酸的变性、复性和分子杂交原理；熟悉核酸的物理化学性质。掌握原核生物和真核生物DNA复制的特点， 熟悉原核生物和真核生物DNA复制的酶系统， 熟悉DNA损伤的原因、类型，掌握DNA修复的方式，了解DNA损伤的修复机制。重点：DNA双螺旋结构模型要点及维持稳定的因素，原核生物和真核生物的基因组特点，核小体的概念，DNA的变性、复性及分子杂交原理。 DNA的半保留复制及D

5、NA的半不连续复制，原核与真核生物DNA复制的酶系统与过程；DNA损伤修复的主要方式。 难点 ：DNA在真核细胞内的组装和超螺旋DNA、拓朴异构酶；DNA的半保留复制及DNA的半不连续复制，线形DNA分子端粒的复制。教学方法：讲授与多媒体相结合主要内容：第一节 核酸概论一、核酸的分类及分布 二、 核酸的功能第二节 DNA的结构一、DNA的一级结构二、DNA的二级结构三、DNA的三级结构第三节 真核生物染色体的结构一、染色体概述二、真核细胞染色体的组成第四节 原核生物与真核生物基因组的区别一、基因与基因组二、原核生物基因组特点三、真核生物基因组特点第五节 核酸的变性、复性和分子杂交原理一、 DN

6、A的变性二、 DNA的复性第六节 DNA的半保留复制和半不连续复制一、 DNA的半保留复制二、 DNA复制的起始点与方向三、 原核生物DNA的复制四、 真核细胞的DNA复制第七节 DNA损伤和修复一 、损伤的两种类型二、修复方式第八节 DNA的转座一、转座子的分类和结构特征二、转座作用的机制三、转座作用的遗传学效应 第三章 生物信息的传递 （上）从DNA到RNA教学目的：介绍原核生物基因转录的概念、原理和过程；原核生物(rRNA tRNA)与真核生物特别是mRNA的转录后加工修饰的机制。基本要求：掌握启动子结构、转录的起始和终止机制；熟悉RNA合成过程。掌握原核生物(rRNA tRNA)的转录

7、后加工机制，掌握真核生物特别是mRNA的转录后修饰机制重点：启动子、转录过程、mRNA前体的剪接机制，核酶的作用机理。难点：为转录过程，真核转录因子，内含子的剪接过程。教学方法：讲授与多媒体相结合主要内容：第一节 原核生物转录一、转录的概念二、原核生物RNA聚合酶及催化反应三、原核生物RNA合成过程四、原核生物启动子和转录因子五、终止与抗终止第二节 真核生物转录一、真核生物RNA聚合酶二、真核生物的启动子三、真核生物转录因子的种类及作用第三节RNA转录后的加工一、原核生物RNA（rRNA、tRNA）的转录后加工二、真核生物RNA的转录后加工（5戴帽3加尾，）三、RNA（四类内含子）的拼接机制第

8、四节RNA编辑与再编码一、 RNA编辑二、 RNA再编码第五节 核酶的特性、作用机理及研究的意义 第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质教学目的：介绍三种RNA在翻译中的作用、遗传密码的特性以及蛋白合成的机理、翻译后蛋白质前体的加工和定位。基本要求：熟悉并掌握翻译的过程以及参与翻译的mRNA、tRNA、rRNA的结构与作用，掌握遗传密码的特性；了解蛋白质的前体加工过程，熟悉蛋白质分子折叠机制与转运机制。重点：蛋白质合成的过程；肽链合成后的折叠、加工与定位。难点：翻译的过程，分泌蛋白的跨膜机制教学方法：课堂讲授与多媒体相结合主要内容： 第一节 蛋白质合成体系一、参与蛋白质合成的三类RNA

9、 二、遗传密码的概念及遗传密码的特性 第二节 蛋白质合成的机理一、氨基酸的活化二、原核生物与真核生物核糖体大小亚基的装配三、原核蛋白质合成的过程及各种蛋白质因子在翻译中的作用四、原核生物与真核生物翻译的异同五、蛋白质生物合成的干扰和抑制第三节 肽链合成后加工与定位一、蛋白质的前体加工 二、蛋白质的转运机制 第五章 原核生物基因表达的调控教学目的：介绍基因表达、基因表达调控的概念、原核基因调控机制的类型与特点，主要介绍乳糖操纵子、色氨酸操纵子、半乳糖操纵子以及 因子对基因表达的调控。基本要求：掌握操纵子的概念，掌握乳糖操纵子的结构，熟悉阻遏蛋白负性调节与CAP的正调控；掌握色氨酸操纵子的结构，阻

10、遏物对色氨酸操纵子的负调控，熟悉衰减作用对色氨酸操纵子的调控；掌握半乳糖操纵子的结构特点，cAMP-CAP对双启动子的不同作用。重点：乳糖操纵子的负性调节与CAP的正调控，色氨酸操纵子的衰减调控，半乳糖操纵子的调控难点：衰减作用对色氨酸操纵子的调控，半乳糖操纵子中双启动子的生理功能。教学方法：课堂讲授与多媒体相结合主要内容：第一节 原核基因表达调控总论一、 原核基因调控机制的主要类型二、原核基因调控的主要特点第二节 乳糖操纵子一、乳糖操纵子的发现二、乳糖操纵子的结构三、乳糖操纵子的负调控机理四、CAP的正调控第三节 色氨酸操纵子一、色氨酸操纵子的结构二、阻遏物对色氨酸操纵子的负调控三、衰减作用

11、对色氨酸操纵子的调控第四节 半乳糖操纵子 一、半乳糖操纵子的结构特点二、cAMP-CAP对双启动子的不同作用三、双启动子的生理功能第五节 因子对基因表达的调控一、枯草杆菌噬菌体SPO1早、中、晚基因表达的转换二、枯草杆菌孢子生成过程中亚基的更替第六节 其他操纵子 第十章真核生物基因表达的调控教学目的：介绍真核基因结构特点与转录活性、DNA水平的调控、真核基因转录水平的调控 以及其他水平的基因调控。基本要求： 掌握真核生物基因结构特点与转录活性；掌握真核基因转录水平的调控了解并熟悉其他水平的调控，以及蛋白质磷酸化、信号转导对基因表达的调控。重点：基因结构特点与转录活性，真核基因转录水平的调控难点

12、：真核基因转录水平的调控教学方法：讲授与多媒体相结合主要内容：第一节 真核生物基因表达调控总论一、真核生物基因表达调控的特点和种类二、基因家族三、真核基因的断裂结构第二节 真核基因DNA水平的调控；一、真核生物的基因结构与转录活性二、基因重排与变换三、基因丢失四、基因扩增五、基因封闭第三节 DNA甲基化与基因活性的调控一、真核生物的两种甲基化酶：二、DNA甲基化抑制基因转录的机理三、DNA甲基化与X染色体失活第四节 真核基因转录水平的调控 一、 顺式作用元件与基因调控二、 反式作用因子对转录的调控第五节 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达一、 蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用二、 蛋白激酶的种

13、类与功能三、 受体分子活化激酶的途径四、 受cAMP水平调控的A激酶(PKA)五、 C激酶（PKC）和PIP2、IP3和DAG六、 CaM激酶和MAP激酶第六节 其他水平的基因调控 第七章 分子生物学的研究方法教学目的：介绍DNA、RNA基本操作技术以及部分基因功能的的研究技术基本要求：掌握基因操作和PCR的基本原理和过程；熟悉常用克隆载体、工具酶的特性。重点与难点：PCR原理及操作技术，克隆载体、工具酶的特性。教学方法：课堂讲授为主，实验录像为辅主要内容：第一节 重组DNA技术第二节 DNA基本操作技术第三节 RNA基本操作技术第四节 其他分子生物学技术五、课程教学方式与考核方式1.教学方式

14、：以课堂讲授为主，辅以多媒体教学、课堂讨论等.2.考核方式：闭卷考试六、参考教材及教学参考资料参考教材：朱玉贤等，现代分子生物学（第三版），高等教育出版社，20071 朱玉贤等，现代分子生物学（第二版），高等教育出版社，20022 阎隆飞等，分子生物学（第二版），中国农业大学出版社，19973 李振刚等，分子遗传学，科学出版社，20004 孙乃恩，分子遗传学，南京大学出版社，20005 George M.Malacinski David Freifelder,Essentials of molecularbiology, 科学出版社,20026 Ribert F. Weaver,Molecul

15、ar Biology(第三版), 20047 张玉静，分子遗传学，科学出版社，2000七、实验教学内容与要求（一）实验教学目的与基本要求本课程实验以某一目的基因为主线，从基因的分离、纯化、克隆、鉴定及表达等方面入手，训练学生掌握分子生物学基本的实验方法和技能，使学生对分子生物学方法的应用和意义有具体而全面的理解，在可能的情况下同时提供多种实验材料让学生自行设计和准备实验，培养其动手能力、独立科研能力和科学、严谨、实事求是的学风。通过实验教学，使学生掌握（植物/动物）总DNA的分离及纯化、琼脂糖凝胶电泳等技术。（二）实验内容与基本要求1.实验项目一览序号实验项目名称学时实验类型实验类别每组人数实

16、验室1认识分子生物学实验室3基础必做4现代生物学技术实验室2质粒DNA提取3验证型必做4现代生物学技术实验室3琼脂糖凝胶电泳检测DNA3验证型必做4现代生物学技术实验室4大肠杆菌感受态细胞的制备和转化6综合型必做4现代生物学技术实验室5PCR扩增制备目的基因6综合型必做4现代生物学技术实验室5质粒DNA的酶切3综合型必做4现代生物学技术实验室合计24现代生物学技术实验室2.实验内容及要求实验一：认识分子生物学实验室一、实验目的和要求：对分子生物学实验室中的潜在危险进行说明，学会使用实验室中常见仪器。二、仪器设备：离心机、离心管、冰箱、生化培养箱三、实验材料：无四、教学方法：教师演示和学生分组实

17、验相结合。五、实验内容提要：1.实验室里有害物品的介绍2.实验室仪器使用安全规范3.常见仪器的使用实验二 质粒DNA提取一、实验目的和要求：学会提取纯化总DNA方法。学会使用离心机、移液器，掌握总DNA的提取和纯化技术。二、仪器设备：离心机、离心管、微量移液器、吸头、吸水纸、水浴锅、冰箱、研钵、液氮罐、电子天平、pH计、高压灭菌锅、一次性手套和口罩等。三、实验材料：含有PUC18的大肠杆菌菌株，LB培养基，溶液I，溶液II，溶液III,TE缓冲液等。四、教学方法：教师演示和学生分组实验相结合。五、实验内容提要：1.配置的药品和缓冲液2.研磨供试材料;3.抽提液抽提，离心；4.苯酚抽提，离心；5

18、.沉淀，70%乙醇漂洗，离心，悬浮，保存。实验三 琼脂糖凝胶电泳检测DNA 一、实验目的和要求：学习和掌握琼脂糖凝胶电泳检测DNA的方法和技术；电泳基本知识;琼脂糖凝胶的制备方法;DNA的定量。二、仪器设备：恒温培养箱、台式离心机、高压灭菌锅、水平电泳系统、紫外透射仪、等三、实验材料：琼脂糖、TAE缓冲液、EB、质粒样品、加样缓冲液等。四、教学方法：教师演示和学生分组实验相结合。五、实验内容提要：1.加样。2.电泳：恒压120V，至溴酚蓝到达胶条的2/3处。3.染色：放入EB溶液中染10min。4.观察：放入紫外灯下观察条带。实验四 大肠杆菌感受态细胞的制备和转化一、实验目的和要求：掌握大肠杆

19、菌感受态细胞的制备及转化的方法和技术；感受态细胞的制备基础知识及方法；CaCl2法制备 DH5a或JM109感受态细胞，计算转化效率；pUC19等质粒和重组产物转化大肠杆菌DH5感受态细胞二、仪器设备：超净工作台、恒温摇床、生化培养箱、平皿、LB培养基、CaCl2 溶液、氨苄青霉素等。三、实验材料：大肠杆菌菌株、CaCl2、LB培养基等。四、教学方法：教师演示和学生分组实验相结合。五、实验内容提要：1.接种：将菌种接种至LB培养基中，过夜培养。2.感受态的制备。3.转化。4.观察结果。实验五 PCR扩增制备目的基因一、实验目的和要求：掌握PCR反应的基本原理和实验技术；学会PCR溶液体系的制备

20、方法；学会PCR仪使用。二、仪器设备：PCR扩增仪、琼脂糖凝胶电泳系统。三、实验材料：PDNA模板、引物1、引物2、dNTP、Taq酶、Eppendorf管等四、教学方法：教师演示和学生分组实验相结合。五、实验内容提要：1.加入实验所需试剂。2.放入PCR仪中进行扩增。3.电泳，观察结果。实验六 质粒DNA的酶切一、实验目的和要求：掌握DNA酶切的技术和原理。二、仪器设备：恒温水槽， Eppendorf管等三、实验材料：质粒DNA,限制性内切酶四、教学方法：教师演示和学生分组实验相结合。五、实验内容提要：1.将试剂加入Eppendorf管中。2.将Eppendorf管放入很稳水槽进行酶切。3.

21、电泳，观察结果。（三）实验教材（实验指导、讲义）：教材：分子生物学实验指导，魏群主编，1999，高等教育出版社。参考书：分子克隆实验指南，J.萨姆布鲁克, 1999, 科学出版社。分子生物学实验技术, 郝福英等, 1999，北京大学出版社。最新分子生物学实验技术，梁国栋主编，2001年，科学出版社。（四）考核方式：实验操作 30 ，实验结果 30 ，实验报告 30 ，考勤 10 。参照以下几个方面评定成绩。1.认真预习实验并书写实验预习报告；2.实验态度认真，操作规范，遵守实验室管理规定；3.按规定步骤进行实验，实验结果准确；4.认真撰写实验报告（内容包括：实验目的、实验原理、试验步骤、实验数据、数据整理及结果、实验结果讨论）。