分子生物学电子教案

备 课 教 案学年学期：2007-2008春季学期课程名称：分子生物学（挂牌选课）主讲教师：李海英授课对象：2006级生命科学学院本科黑 龙 江 大 学第 1 教学周/第 3.4.5 节 （第 1 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：通过本章的学习，使学生掌握分子生物学的广义及狭义概念，同时介绍分子生物学的发展简史和最新的分子生物学的研究成果，引导学生对科学的严谨、谦虚态度。教 具：多媒体课件教学重点：分子生物学狭义概念课时安排：3学时教学难点：DNA双螺旋模型的英文表述教学内容： 第一章 绪论第一节 分子生物学的概念一、分子生物学产生的过程二、分子生物学的概念1. 广义 2.狭义三、分子生物学在生命科学中的位置第二节 分子生物学的发展简史一、DNA的发现二、Chargaff规律及DNA双螺旋模型MOLECULAR STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDSWe wish to suggest a structure for the salt of deoxyribose nucleic acid (D.N.A). This structure has novel feature which are of considerable biological interest.DNA DOUBLE HELIX MODEL1、In the double helix,the two DNA strands are organized in an antiparallel arrangement.2、One strand is oriented 53and the other is oriented 35.3、The two strands run in opposite polarity .4、The bases of the two strands are complementary base pairing. 三、遗传信息传递的中心法则四、分子生物学研究的国内外动态复习题1、名词：广义分子生物学 狭义分子生物学2、问答题： 列举510位获诺贝尔奖的科学家，简要说明其贡献。3、预习 DNA的结构与复制4、发给学生NATURE （April 25,1953）上发表的MOLECULAR STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDS学术论文。 1、启发式教学内容：引用教材作者的一句话“当你进入实验室时，要像脱去外衣那样放下你的想象力，因为实验操作不能有一丁点儿的想象，否则，你对事物的观察就回受影响；而当你翻开书本的时候，你又必须尽可能展开想象的翅膀，否则，你就不可能走在别人面前”启发学生的学习科学和实验操作的态度。2、互动教学内容：通过提问、互动的方式讲解、Chargaff规律及DNA双螺旋模型。3、启发式教学内容引用两位科学家在NATURE上发表文章的第一自然段，引导学生对科学的严谨、谦虚的态度 第 2 教学周/第 3.4.5 节 （第 2 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本节讲述与分子生物学有关的细胞生物学知识，通过本章的学习，使学生掌握生物膜系统的组成；掌握核小体的结构特点；染色体的包装模型。教 具：多媒体课件教学重点：核小体的结构特点课时安排：3学时教学难点：核小体的结构特点教学内容：第二章 细胞、生物学的有关知识第一节 细胞的结构与功能1、生物膜系统（biomembrane system）2、质膜（plasma membrane）3、内膜系统（internal membrane）第二节 染色体一、染色体的基本特征二、原核细胞染色体三、真核细胞染色体四、核小体The nucleosome is composed of a core of eight histone proteins and the DNA (core DNA, 146 bp) wrapped around them. The DNA between each nucleosome is called a linker DNA. Each eukaryote has a characteristic average linker DNA length (20-60 bp).五、染色体的包装结构1、多级螺旋模型（multiple coiling model）2、骨架放射环结构模型（Scaffold-radial loop structure model） 复习题1、问答题：染色体的多级螺旋模型（multiple coiling model）和骨架放射环结构模型（Scaffold-radial loop structure model）在三、四级结构上的区别2、预习下一次课程内容: DNA的结构与复制 1、课前提问DNA双螺旋模型的英文表述2、通过平面与立体图示讲解核小体的结构特点。3、通过几个重要的数字提示，引导学生记忆核小体的结构特点。第 3 教学周/第 3.4.5 节 （第 3 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：通过本章的学习，使学生掌握DNA的结构、DNA的复制、DNA复制的酶类和相关蛋白、本章重点内容为D，要求学生掌握SSBP、岗崎片段、复制叉、复制子等概念。教 具：多媒体课件、教具教学重点：DNA的复制过程及DNA复制的酶类和相关蛋白课时安排：3学时教学难点：DNA的复制；复制叉、复制子等概念、DNA超螺旋的形成教学内容： 第三章 DNA的结构与复制 第一节DNA的结构一、核酸的化学组成二、DNA分子的一级结构1、多聚核苷酸链 2、一级结构的概念三、DNA的二级结构1、碱基互补原则 2、大、小沟的差异 3、DNA结构的多态性四、DNA的三级结构1、超螺旋状态的描述L (不变）= T （减少）+ W （由负变正）L 为连接数（Linking number ），双链DNA的交叉数， 不发生链断裂时，L为定值。T 为盘绕数（Twisting number ），双链DNA的缠绕数，初级螺旋圈数。W为超盘绕数（Writhing number）。直观上为双螺旋在空间的转动数。第二节 DNA的复制一、 DNA的半保留复制（Semi-Conservation Replication）1、DNA的半保留复制的英文表述In the course of DNA replication, the hydrogen bonds between two bases break up, the double helix opens up and both strands serve as template for the synthesis of new DNA, producing complementary double-strands.The products of the reaction are two daughter double-stranded DNA molecules, each of which has one original template strand and one strand of newly synthesized DNA. So the bases of the two daughter double-stranded DNA molecules are the same as the original DNA molecules. Thus, replication is semi-conservative.2、1958 Meselson-stahl设计的CsCl超离心试验二、复制起点、方向和速度三、复制的过程1、原点（origin，ori）、复制叉（replication fork）2、单链DNA结合蛋白（single strand binding protein，SSBP）3、RNA引物酶4、先导链（leading strand） 后滞链/后随链（lagging strand）5、半不连续复制（semi-discontinuous replication）岗崎片段（Okazaki fragment）6、DNA聚合酶， DNA连接酶第三节 DNA复制的酶类和相关蛋白四、DNA复制的酶学（Enzymology of DNA Replication）（一） DNA聚合酶 （polymerase）（二）DNA解螺旋酶 （helicase）（三）DNA旋转酶 （Topoisomerase）（四）DNA连接酶 （DNA Ligase）复习题1、 某一B-DNA共有2650个碱基对，每一个螺旋含10个碱基。现将DNA分子的一端固定，另一端朝双螺旋相反方向旋转8圈后，使两端封闭，请用L=T+W公式说明DNA超螺旋的变化。2、DNA构型研究进展相关综述。（1000字左右） 1、 课前提问结合图示说明核小体的结构特点2、互动教学内容：1、DNA二级结构中碱基互补配对原则，看似简单，但问一问为什么？能回答上的学生会很少。通过学生回答问题，引导学生在学习中要深入研究，多问几个为什么。2、DNA二级结构中大、小沟的差异与作用2、DNA结构的多态性3、提示学生DNA DNA超螺旋的形成图示的书写的严密性课堂互动内容：曾经认为DNA的复制是全保留复制，每个双螺旋分子都作为新的子代双螺旋分子的模板，如果这样，在Meselson 和Stahl的实验中他们将得到什么结果？ 课堂提问：DNA聚合酶和DNA连接酶的区别？第 4 教学周/第 3.4.5 节 （第 4 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：通过本章的学习，使学生掌握大肠杆菌的DNA复制过程，了解X174DNA的复制过程，比较真核生物与原核生物DNA复制的异同点；掌握PCR技术的原理、操作。教 具：多媒体课件教学重点：大肠杆菌的DNA复制过程、PCR技术的原理课时安排：3学时教学难点：PCR技术的原理及英文表述教学内容： 第四节 原核生物DNA复制（DNA replication in Prokaryote）（一） E. coli 的DNA复制1、E. coli 的复制基因2、E. coli 的DNA复制的过程（二） X174DNA的复制第五节 真核生物DNA的复制一、原核生物和真核生物DNA复制的比较二、真核生物DNA复制的特点第六节 聚合酶链反应（PCR）（一） PCR的基本原理The polymerase chain reaction (PCR) is used to amplify a sequence of DNA using a pair of oligonucleotide primers each complementary to one end of the DNA target sequence.The two primers are extended toward each other by a DNA polymerase in a reaction cycle of three steps: denaturation, annealing, extension.PCR allows specific DNA sequence to be amplified over a million fold. Amplified DNA is used for the analysis of genes.（二）PCR的反应过程（三）PCR的反应体系（四）PCR技术的优缺点（五）PCR技术的应用复习题1、 PCR产物的忠实性（可靠性）。2、 PCR设计引物遵循的原则。3、 大肠杆菌染色体的分子量大约2.5X109Da,核苷酸的平均分子量是330Da，两个邻近核苷酸之间的距离是0.34nm;双螺旋每一转的高度是3.4nm,请问：（1）该分子的二级结构有多长（2）该DNA有多少转？ 课前提问：1、DNA的半不连续复制2、岗崎片段的英文表述课堂互动内容：1、真核生物DNA复制过程中核小体结构中的组蛋白发生怎样的变化？2、环状DNA双链的复制类型。课堂互动内容自1983年PCR技术问世年到发明人 Dr. Kary Mullis 1993年获得诺贝尔化学奖经历了10年的时间，那么一项技术得到广泛应用、认同需要什么？第 5 教学周/第 3.4.5 节 （第 5 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：通过本章的学习，使学生掌握DNA损伤的来源、DNA突变、DNA修复的多样性。教 具：多媒体课件教学重点：甲基化指导的错配修复转座子的结构特征课时安排：3学时教学难点：PCR技术的原理及英文表述教学内容：第七节 DNA的修复一、DNA损伤的来源二、DNA突变（DNA mutation）1、突变2、点突变3、沉默突变（silent mutation）4、致死突变（lethal mutation）5、渗漏突变（leaky mutation） 三、DNA修复的多样性1、直接修复: 300-600nm光的作用2、切除修复: UvrABC核酸内切酶3、错配修复: Dam甲基化酶 Mut S：结合于错配碱 Mut H：结合于GATC Mut L：使Mut S 和Mut H连结成复合物 4、易错修复: 重组修复 应急措施（SOS response)第八节 DNA的转座一、转座子的分类和结构特征1、转座子的概念（transposon, Tn）Transposition is a specific form of genetic recombination that moves certain genetic elements from one DNA site to another.These mobile genetic elements are called transposable elements or transposons.Movement occurs through recombination between the DNA sequences at the ends of the transposons and a sequence in the host DNA with little sequence selectivity.2、转座子的结构特征（1）反向重复序列（inverted repetitive sequence，IR）（2）编码转座酶（transposase）的基因3、简单转座子4、复合转座子二、转座作用的机制三、转座作用的遗传效应1、引起插入突变 2、产生新的基因 （1）复制型转座 （2）非复制型转座3、染色体畸变4、转座引起的生物进化四、真核生物中的转座子玉米： Ac/Ds复习题1、PCR产物的忠实性（可靠性）。2、PCR设计引物遵循的原则3、发一些相关学术论文 课前提问：1、PCR基本原理的英文表述。互动内容：DNA修复的目的在于保持遗传信息的完整，从而得以存活，但超越创伤复制却易招致差错和常引起突变，这似乎相矛盾，实际不然，这种产生的突变最终导致许多细胞的死亡，但是少数细胞的DNA可能得到修复，有些突变细胞也还能存活。许多细胞的死亡只是为一些细胞的存活所付的代价。做人是否也要这样？ 课堂互动内容：美国冷泉港实验室的McClintock首次在玉米中发现转座子，并于1983年获得诺贝尔生物学医学奖。通过实例引导学生通过自然现象，去发现问题的本质。播放多媒体讲解真核生物中的转座子的典型例子：玉的Ac/Ds第 6 教学周/第 3.4.5 节 （第 6 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：RNA的合成为分子生物学中心法则的一部分，本章主要讲述原核生物RNA的结构与种类、转录的相关问题、原核生物RNA的合成、RNA转录后的加工、真核生物RNA的合成，要求学生掌握原核生物mRNA及真核生物mRNA的结构特点、真核生物mRNA的帽子结构、Poly(A)尾巴等概念。教 具：多媒体课件教学重点：原核生物mRNA及真核生物mRNA的结构特点课时安排：3学时教学难点：真核生物mRNA的帽子结构教学内容：第四章 RNA的合成 第一节 RNA的结构与种类一、RNA的结构二、RNA分子的种类（一）mRNA（1）mRNA的功能密码子（codon)顺反子 (cistron)单顺反子mRNA（monocistronic mRNA)多顺反子mRNA (polycistronic mRNA）（2）原核生物mRNA的特征a、半衰期短、 b、多顺反子、 c、AUG/GUG 为起始密码子d、SD序列（3）真核生物mRNA的特征 a、单顺反子b、帽子结构 c、poly (A) 尾巴（二）rRNA1、核糖体的功能 2、大亚基功能 3、小亚基功能（三）tRNA1、tRNA的功能（1）tRNA具有接合体功能 （2）tRNA具有信息传递的功能 2、tRNA的高级结构（1）二级结构 （2）L形三级结构（3）tRNA的种类a. 起始 tRNA和延伸 tRNA b. 同工 tRNA c. 校正 tRNA d. AA -tRNA（氨酰- tRNA）第二节 转录的相关问题一、DNA转录的一般特征 二、RNA聚合酶（RNA Polymerase）1、原核生物RNA聚合酶 In E. coli, all genes are transcribed by a single large RNA polymerase with the subunit structure 2 .This complete enzyme is called the holoenzyme. RNA polymerase without the -subunit is called the core enzyme (2). Although it contains the catalytic site for polymerization, the core enzyme cannot initiate transcription specifically at promoter sites; only the complete holoenzyme 2 can do this. 三、启动子（promoter）1、原核生物 -10区嘌呤盒：TATAAT（the pribnow box）-35区序列 ： TTGACA2、真核生物（RNA聚合酶II）-30区：TATA盒：TATAAAA-80区：CAAT盒：GGTCAATCT -110区：GC 盒： GCCACACCCGGGCGGG3、转录单元（transcript unit) 4、上游（upstream)与下游(downstream)四、增强子（enhancer）1、概念2、增强子的特征复习题1、哪三个序列对原核生物mRNA的精确转录是必不可少的？ 课前提问：1、PCR技术的英文表述2、中心法则课堂互动内容以乳糖操纵子为例讲解原核生物的多顺反子mRNA，进一步提问（1）它有什么意义？（2）为什么真核生物是单顺反子mRNA，它对于真核生物有什么意义？课堂互动内容：1、由零类帽子（m7GpppXpY）符号表示推测1类帽子和2类帽子的符号表示2、怎样应用真核生物poly (A) 尾巴的特点，与tRNArRNA区分开？讲解实验中的具体操作：用纤维柱纯化poly (A) mRNA。具体说明不同教材对原核生物亚基的不同讲解结合目前科研的实验例子进行讲解第 7 教学周/第 3.4.5 节 （第 7 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本章主要讲述原核生物与真核生物RNA合成过程、原核生物与真核生物的RNA聚合酶的分类、特点与作用，同时向学生讲解原核生物与真核生物的启动子的特点，最后，讲解真核生物的转录后加工。教 具：多媒体课件教学重点：原核生物与真核生物RNA合成过程的相同点与区别点课时安排：3学时教学难点：真核生物的转录后加工教学内容：第三节 原核生物RNA的合成一、RNA聚合酶与DNA结合并使之解链二、RNA合成的起始1、RNA链的合成从pppA或pppG开始2、因子的解离三、RNA合成链的延伸1、当RNA聚合酶向前滑动时，DNA被解链然后又复链 反义链、有意链（编码链）2、在RNA合成的延伸和终止时，NusA因子可以代替因子四、RNA合成的终止1、终止子 (terminator)2、不依赖因子的终止子 3、依靠因子的终止子五、 RNA转录后的加工 1、tRNA及rRNA分子由某些新生RNA链的裂解及化学修饰形成 2、在有些RNA链末端加上核苷酸3、碱基和核糖的修饰 第四节 真核生物RNA的合成一、真核生物RNA聚合酶 对-鹅膏蕈碱的敏感性 1、RNA聚合酶 I ： 核仁中，合成rRNA2、RNA聚合酶 II ：核质中，合成mRNA 3、RNA聚合酶III： 核质中，合成tRNA 二、真核生物的启动子 1、RNA聚合酶I的启动子 -40+5为近启动子 -165-40为远启动子 2、RNA聚合酶II的启动子 第一个部位为帽子位点 第二个部位 为TATA盒又称Goldberg-Hogness盒 共有序列为TATAAAA 第三个部位为CAAT盒，共有序列为GGTCAATCT 第四个部位为增强子3、 RNA聚合酶III的启动子 三、真核生物的转录 四、真核生物转录后的加工1、mRNA的转录后加工2、rRNA转录后的加工3、tRNA的转录后加工4、RNA拼接（splicing）内含子（intron）、 外显子（exon） RNA的拼接/剪接、 内含子的特征 ： DNA 5 GT、3 AG 3 CA、5 TC 复习题 1、原核生物与真核生物RNA合成过程的区别点 课前提问：增强子的概念与结构特点课堂互动内容：不依赖因子的终止子的结构特征对于转录的终止的作用？课堂互动内容：真核生物为什么要进行转录后的加工？以鸡卵清蛋白为例讲解真核生物RNA拼接的必要性课堂互动内容： 内含子在mRNA 上的序列特征 5 ？、3 ？第 8 教学周/第 3.4.5 节 （第 8 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本章主要讲述遗传密码的破译、密码的性质、遗传密码的突变等内容。要求学生掌握遗传密码的简并性、沉默突变、致死突变、渗漏突变等概念。教 具：多媒体课件教学重点：摆动假说课时安排：3学时教学难点：基因间抑制突变教学内容：第五节 遗传密码（genetic code） 一、遗传密码的破译过程（二）以均聚物为模板指导多肽的合成（三）以随机共聚物指导多肽的合成 （四）以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成1、以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽 2、以多聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组成的多肽（五）核糖体结合技术（六）遗传密码表的特点 非混合型密码子族（unmixed codon family） 混合型密码子族 （mixed codon family） 无义密码子（nonsense codon） 二、密码的性质（一）密码的简并性 1、简并 2、同义密码子（二）密码的普遍性与特殊性（三）密码子与反密码子的相互作用 “摆动假说/变偶假说”（wobble hypothesis ）三、遗传密码的突变（一）无义突变与错义突变 错义突变（missense mutation） 无义突变（nonsense mutation）。 温度敏感突变型（temperature-sensitive mutation）（二）抑制基因突变 抑制或校正（suppression） 抑制基因突变（suppressor mutation） 、基因内抑制（intragenic suppression）2、基因间抑制（intergenic suppression）（1）终止密码子的错读（misreading）（2）错义突变的抑制 （3）移码抑制 移码（frame shift） 复习题 1、非混合型密码子族和混合型密码子族的区别？ 课前提问：原核生物的转录过程课堂互动内容1、科学家是怎样确定密码子个数的？2、在以均聚物为模板指导多肽的合成实验中，poly（U）得到了 多聚苯丙氨酸 ， poly（C）得到了 多聚脯氨酸poly（A） 多聚赖氨酸，为什么poly（G）没有得到多聚甘氨酸？课堂互动内容：为什么只有32种tRNA来与61个密码子相结合？课堂互动内容：丝氨酸密码子有6个，为什么反密码子只有3个？第 9 教学周/第 3.4.5 节 （第 9 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本章主要内容为蛋白质合成的生物学机制、原核生物蛋白质的生物合成、真核生物蛋白质的生物合成、重点内容为蛋白质合成的生物学机制，要求学生掌握蛋白质合成的起始因子、延伸因子、终止因子的作用；SD序列等知识。教 具：多媒体课件教学重点：原核生物的蛋白质合成的生物学机制课时安排：3学时教学难点：原核生物蛋白质的生物合成教学内容：第五章 RNA的翻译蛋白质的生物合成第一节 蛋白质合成的生物学机制一、蛋白质合成反应的主要元件 1、核糖体（ribosome） 原核生物70S核糖体 真核生物80S核糖体 2、转移（运）RNA：-CCA 3、信使RNA Shine-Dalgarno（SD）序列 二、氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成三、 mRNA翻译的方向四、与蛋白质合成的有关因子 1、起始因子（initiation factor，IF） 核糖体mRNAtRNA三元复合物 2、延伸因子（elongation factor，EF） 3、终止因子（release factor，RF） 第二节 原核生物蛋白质的生物合成一、起始复合物的形成 1、N-甲基复合物的形成2、起始密码子的正确选读 3、起始过程二、肽链的延伸1、AA-tRNA与核糖体结合 AA-tRNA EF-Tu GTP （A位） EF-Tu GTP 2、 肽键的生成 肽基转移酶，二肽附着在A位3、 移位 EF-G的作用下，P位的tRNA离开核糖体，核糖体移动 A位上的tRNA移动到空出来的P位三、肽链的终止（Release factor，RF）四、原核生物的蛋白质合成抑制剂第三节 真核生物蛋白质的生物合成一、真核生物蛋白质合成的起始 1、43S前起始复合物的形成 2、mRNA的结合 3、80S起始复合物的形成 二、肽链的延伸与终止 1、肽链的延伸 2、肽链的终止三、真核生物蛋白质生物合成的特异抑制剂复习题1、原核生物蛋白质合成中肽链的延伸过程。课前提问：密码子与反密码子的相互作用的“摆动假说/变偶假说”课堂互动内容1、N-甲酰甲硫氨酸-tRNA的功能是什么？2、因为AUG是蛋白质合成的起始密码子，所以甲硫氨酸只存在于蛋白质的N末端，这句话对吗？课堂互动内容：根据翻译过程所涉及的各个步骤，请设计出至少六种抑制翻译的方案。课堂互动内容：真核生物与原核生物在蛋白质合成的起始过程中的区别？第 10 教学周/第 3.4.5 节 （第 10 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本章主要内容为蛋白质折叠与蛋白质生物合成中肽链的修饰及蛋白质转运机制（易位），要求学生掌握体外蛋白质的折叠的机机制，翻译转运同步机制，信号肽及其功能、前导肽及其功能等知识。教 具：多媒体课件教学重点：蛋白质转运机制课时安排：3学时教学难点：蛋白质的共翻译转移入内质网内腔的过程 教学内容：第五章 RNA的翻译蛋白质的生物合成第四节 蛋白质折叠与蛋白质生物合成中肽链的修饰一、蛋白质的折叠 1、体外蛋白质的折叠2、体内蛋白质的折叠二、蛋白质的修饰 1、氨基端切除 2、胱氨酸的形成 3、修饰作用 4、切除新生肽链中非功能所需的片段 第五节 真核生物蛋白质转运机制（Translocation）一、翻译转运同步机制（共翻译易位） （Translocation for co-translation）1、与转运有关的细胞生物学的相关概念 细胞结构 分泌 分泌蛋白 蛋白质运输 信号肽及其功能（signal sequence，S.S.） 信号识别蛋白（signal recognition partical，SRP） 停靠蛋白（停泊蛋白）（docking protein，DP） 信号序列受体（signal sequence receptor，SSR） 2. 蛋白质翻译转运同步机制的过程 新生肽进入内质网 蛋白质在内质网内的滞留 蛋白质在内质网内的加工 蛋白质的定位和分泌二、翻译后的转运机制（翻译后易位）1、蛋白质进入线粒体 前导肽特征 前导肽作用 途径 2、蛋白质进入叶绿体3、蛋白质进入细胞核 细胞核定位序列（nuclear location sequence，NLS） 输入蛋白（importin）4. 蛋白质进入过氧化物酶体三、原核生物的蛋白质易位 复习题 1、原核生物的蛋白质易位 课前提问：原核生物的蛋白质合成过程课堂互动内容1、吴宪教授的蛋白质学说的“白话文”的具体内容怎样理解？2、蛋白质分子中二硫键的作用是什么？课堂互动内容：进入内质网腔中的蛋白质发生的主要化学修饰作用有哪些？第 11 教学周/第 3.4.5 节 （第 11 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本次课程主要讲述操纵子学说等内容，要求学生掌握组成蛋白与调结蛋白、可诱导调节与可阻遏调节，操纵子，乳糖操纵子的结构等知识。教 具：多媒体课件教学重点：操纵子学说课时安排：3学时教学难点：可诱导调节与可阻遏调节教学内容：第六章 原核生物基因表达的调控第一节 引 言基因表达（gene expression ) 基因表达调控（gene expression regulation） 1、转录水平上的调控（transcriptional level） 2、翻译水平的调控（translational level） 营养状况和环境因素 （nutritional status and environmental factor） 激素水平和发育阶段 （hormone level and developmental stage）第二节 转录水平的调节一、细菌对营养的适应 1、多糖降解酶 2、氨基酸合成酶 二、组成蛋白与调节蛋白 1、组成蛋白（constitutive protein） 2、调节蛋白（regulatory protein） 正调节蛋白（positive regulator protein） 负调节蛋白（negative regulator）三、可诱导调节和可阻遏调节 1、可诱导调节 2、可阻遏调节 四、葡萄糖效应 第三节 操纵子学说 （theory of operon）一、操纵子（operon） 1、操纵子的概念2、操纵子学说的内容：二、乳糖操纵子（lac operon） 1、乳糖操纵子的结构基因2、乳糖操纵子的结构3、乳糖操纵子的阻遏状态 （结构基因关闭状态） 4、乳糖操纵子的诱导状态 （结构基因表达状态） 课前提问：原核生物的蛋白质转运机制课堂互动内容1、用含中性碳源（如甘油）的液体培养基培养E.coli不能诱导lacZ操纵子。1h后在培养基中加入乳糖和再过一段时间加入过量的葡萄糖分别会对lac操纵子的 表达有什么影响？课堂互动内容：正调控和负调控的主要不同是什么？课堂互动内容：衰减作用如何调节E.coli色氨酸操纵子的表达？第 12 教学周/第 3.4.5 节 （第 12 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本次课程主要讲述阿拉伯糖操纵子、色氨酸操纵子等内容，要求学生掌握Ara操纵子的正、负调节作用，色氨酸操纵子等知识。教 具：多媒体课件教学重点：阿拉伯糖操纵子课时安排：3学时教学难点：Ara操纵子的正、负调节作用教学内容：第六章 原核生物基因表达的调控第四节阿拉伯糖操纵子（arabinose operon）一、Ara操纵子模型二、AraC蛋白的正、负调节作用三、Ara操纵子模型1、Ara操纵子的结构基因2、Ara操纵子的结构3、AraC蛋白的正、负调节作用第五节色氨酸操纵子一、色氨酸操纵子（Tryptophane operon）1、色氨酸操纵子的结构2、色氨酸操纵子的调节基因3、Trp操纵子的表达状态4、Trp操纵子的阻遏状态第六节 基因表达翻译水平的调节复习题（填空） 1、可诱导调节：是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来的 转变为 ，即在某些物质的诱导下使基因活化。例如，在只有乳糖的培养基中，Ecoli开始时生长不好，直到合成了利用乳糖的一系列酶，具备了利用乳糖作为碳源的能力，Ecoli才能在这一培养基中生存下来，Ecoli获得这一能力的原因就是因为在诱导物 的诱导下，开动了乳糖操纵子基因，表达了它编码的酶： 。2、可阻遏调节这类被调节的基因平时都是 ，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，但由于一些特殊代谢物的积累将 ，阻遏了基因的表达，这种基因称为可阻遏基因。 例如，Ecoli自己可以合成色氨酸，色氨酸为Ecoli生活中必需的氨基酸，所以它的操纵子一直是 ，但如果在Ecoli的培养基中加入色氨酸，于是Ecoli完全可以利用培养基中现成的 来维持生活，在此情况下，大肠杆菌可以在23min内完全关闭色氨酸操纵子，这个现象称为 ，起阻遏作用的 称为抑制物。 课前提问：原核生物的蛋白质转运机制课堂互动内容1、用含中性碳源（如甘油）的液体培养基培养E.coli不能诱导lacZ操纵子。1h后在培养基中加入乳糖和再过一段时间加入过量的葡萄糖分别会对lac操纵子的 表达有什么影响？课堂互动内容：正调控和负调控的主要不同是什么？课堂互动内容：衰减作用如何调节E.coli色氨酸操纵子的表达？第 13 教学周/第 3.4.5 节 （第 13 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本章主要讲述真核细胞的基因结构及基因组结构、C-值悖理、人类基因组的结构特点、基因的生理功能、卫星DNA、重复序列、细胞器基因组等知识。教 具：多媒体课件教学重点：人类基因组的结构特点课时安排：3学时教学难点：C-值悖理教学内容：第七章 真核基因的表达调控第一节引言第二节真核生物的基因结构及基因组结构一、真核生物基因的结构与特征1、真核生物的基因结构2、真核生物基因的特征二真核生物基因组的结构与特征 1、C值-悖理（C-value paradox） 2、人类基因组的结构特点三、重复序列 1、反向重复序列 2、高度重复序列 3、中度重复序列 4、低度重复序列四、卫星DNA 1、数目可变的串联重复序列（Variable Number of Tandem Repeats Polymorphism, VNTR）2、小卫星DNA（minisatellite DNA） 3、微卫星DNA（microsatellite DNA） 4、多态性（polymorphism） 5、DNA指纹图（DNA fingerprint）五、细胞器基因组 1、线粒体基因组 （1） 酵母线粒体基因组 （2）人类线粒体基因组 2、叶绿体基因组 3、叶绿体基因组 大单拷贝区（large single copy，LSC）小单拷贝区（small single copy，SSC） I型叶绿体基因组 II型叶绿体基因组 III型叶绿体基因组复习题 哪些细胞器带有自身的基因组？为什么这些细胞器带有自身的基因组？ 课前提问：操纵子学说的内容课堂互动内容：1真核生物和原核生物在基因表达调控上的巨大差别由什么决定的？2、怎样正确理解分子生物学上基因的概念？3、所有提细胞都具有相同的基因组，为什么会出现不同功能的细胞类型？课堂互动内容：1、为什么卫星DNA在密度剃度离心时会形成一个清晰的峰？2、人线粒体DNA的那些特征表明了其基因组的组织方式具有经济性？第 14 教学周/第 3.4.5 节 （第 14 次课）教 学 基 本 内 容备注教学目的：本节主要讲述真核细胞mRNA前体的剪接及真核基因的表达调控等知识内容。对分子生物学课程进行全面总结、使学生有重点地进行复习。教 具：多媒体课件教学重点：mRNA前体的剪接及真核基因的表达调控课时安排：3学时教学难点：真核基因的表达调控模型教学内容：第七章 真核基因的表达调控第三节 mRNA前体的剪接一、mRNA前体的剪接位点 左剪接位点/供体位点（donor site） 右剪接位点/受体位点（acceptor site） 分支点（branch site）：UACUAAC第四节 真核基因的表达调控一、真核基因表达调控的特点二、真核生物DNA水平的调控 1、基因丢失 2、基因扩增 3、基因重排与变换三、BrittenDavidson模型 1、原始模型 2、改进的BrittenDavidson模型 （1）多重调节基因 （2）多重受体基因四、转录区染色质的结构发生改变五、启动子及其对转录的影响（promoter）1、真核生物启动子的多元性2、真核生物启动子和转录因子六、增强子及其对转录的影响 七、转录后的调控1、mRNA前体的可变剪接 1）mRNA前体的可变剪接的概念 2）可变剪接的方式 2、mRNA的稳定性的调控 3、翻译的调控复习题 一个基因组如何产生两种不同类型的mRNA? 课前提问：举例说明C-值悖理课堂互动内容：1一个基因组有两个序列，一个是A，另一个是B，各有2000bp长，一种一个是由400bp的重复序列重复5次而成，另一个则由50bp的序列重复40次而成，问这个基因组的大小怎样？这个基因组的复杂性如何？2、染色质如何调节基因的转录？课堂互动内容：为什么被RNA聚合酶识别的启动子不常见？33