《生物化學(xué)》第七版教案(完整

1、安陽職業(yè)技術(shù)學(xué) 院教 案院 系：教 研 室：姓 名：課程名稱：時(shí)間 課程名稱課程簡介對(duì)教師的要求教材選用參考書籍教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容備 注教 案單 位：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教 研 室：生物化學(xué)教研室姓 名：唐 微課程名稱：生物化學(xué)日期：2008年9月授課章節(jié)授課對(duì)象學(xué)時(shí)時(shí) 間授課地點(diǎn)教 材教學(xué)目的要求教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)方法教具授課提綱教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容備 注一、中心法則、復(fù)制的概念，復(fù)制的基本規(guī)律1中心法則（ central dogma）：遺傳信息傳遞的規(guī)律。2復(fù)制的概念：以DNA為模板合成DNA的過程稱DNA的復(fù)制，堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律是DNA復(fù)制的分子基礎(chǔ)。3.復(fù)制的基本規(guī)律：（1）半保留復(fù)制半保留

2、復(fù)制：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自為模板按堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一條單鏈則完全重新合成，兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。實(shí)驗(yàn)依據(jù)：1958年，M.Messelson和F.W.Stahl用實(shí)驗(yàn)證明半保留復(fù)制。意義：半保留復(fù)制的闡明，對(duì)了解DNA的功能和物種的延續(xù)性有重大意義。接半保留復(fù)制的方式，子代保留了親代DNA的全部遺傳信息，體現(xiàn)代與代之間DNA堿基序列的一致性。（2）半不連續(xù)復(fù)制DNA雙螺旋的兩股單鏈走向相反，一鏈為5至3方向，另一條鏈為3至5方向，復(fù)制時(shí)所形成

3、的復(fù)制叉上的兩股母鏈也是走向相反，因此復(fù)制時(shí)，沿母鏈的3至5是連續(xù)合成的而沿母鏈5至3方向?yàn)椴贿B續(xù)合成的。這種復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。二、DNA復(fù)制的酶學(xué)1. DNA復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)復(fù)制是在酶的參與下的核苷酸聚合過程，需要多種生物分子的共同參與。(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi2. DNA復(fù)制所需要的原料底物：dATP、dGTP、dCTP、dTTP；聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶，簡稱為DNA-pol；模板：解開成單鏈的DNA母鏈；引物：一小段RNA；其它酶和蛋白質(zhì)因子。3. DNA聚合酶類型及特點(diǎn)：DNA聚合酶具有5 3的聚合性質(zhì)，作用：DNA的延伸；5 3的核酸的內(nèi)切

4、酶性質(zhì)，作用：切除錯(cuò)誤DNA片段；3 5的核酸外切酶性質(zhì)，作用：即時(shí)校對(duì)。4. 參與復(fù)制中的幾何酶及其它酶。引發(fā)酶：合成一段RNA引物，供DNA復(fù)制的起始；解旋酶：將兩螺旋DNA解開成單鏈，有利于復(fù)制；單鏈結(jié)合蛋白：將解開的雙鏈結(jié)合，防止重新退火；DNA連接酶：將DNA片段連接起來；拓?fù)涿福菏勾蚪Y(jié)的雙鏈斷裂后重新連接，消去超螺旋。三、DNA生物合成過程1、 復(fù)制的起始；DNA的復(fù)制有固定的起始點(diǎn)，一般從富含AT較多的地方開始復(fù)制。先是DNA解鏈酶將雙鏈DNA解開成雙鏈，然后單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合上去，防止雙鏈重新退火變成雙鏈。同時(shí)，引發(fā)酶合成一段與DNA復(fù)制點(diǎn)堿基序列配對(duì)的RNA，提供OH基團(tuán)，為合

5、成作準(zhǔn)備。2、 復(fù)制的延長；在DNA聚合酶的催化下，按照堿基因互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律逐加入底物，鏈逐漸延長。3、 復(fù)制的終止；到達(dá)復(fù)制子末端后，水解引物，DNA聚合酶填補(bǔ)缺口，DNA連接酶連接，完成DNA的復(fù)制。4、 真核生物DNA復(fù)制后末端的補(bǔ)平；真核生物的DNA復(fù)制完成后，5端由于沒有引物，這時(shí)候由端粒酶補(bǔ)平。端粒酶是種反轉(zhuǎn)錄酶，自身帶模板，在DNA的末端逐漸加上堿基，形成完整的DNA分子。5、 滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制。四、逆轉(zhuǎn)錄1、逆轉(zhuǎn)錄概念、逆轉(zhuǎn)錄酶的特點(diǎn)；以RNA為模板合成DNA的過程稱逆轉(zhuǎn)錄。逆轉(zhuǎn)錄酶：依賴RNA的DNA聚合酶。2、逆轉(zhuǎn)錄的基本過程。五、DNA損傷（突變）與修復(fù)1、突變的意義（1

6、）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)；（2）只有基因型改變的突變；（3）致死性的突變；（4）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。2、引發(fā)突變的因素引起突變的因素主要有物理因素、化學(xué)因素、化學(xué)誘變劑等。物理因素：紫外線和各種輻射，其中紫外引起DNA鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基發(fā)生共價(jià)結(jié)合，生成嘧啶二聚體或稱TT、CC二聚體。3、突變的分子改變類型；（1）錯(cuò)配（2）缺失、插入和移框（3）DNA分子重排4、DNA損傷的修復(fù)類型。（1）光修復(fù)通過光修復(fù)酶使嘧啶二聚體解聚，DNA恢復(fù)正常。（2）切除修復(fù)將損傷的DNA單鏈直接水解，然后以相對(duì)的DNA單鏈的正常部分作模板而修復(fù)損傷的DNA。（3）重組修復(fù)損傷面太大，又不能及時(shí)修復(fù)

7、的DNA可先進(jìn)行復(fù)制，然后把正常的DNA補(bǔ)到缺口，這樣各部都有一條正常鏈，以之為模板合成雙鏈DNA。（4）SOS修復(fù)DNA損傷太多、難以繼續(xù)復(fù)制而誘發(fā)出的一系列復(fù)制修復(fù)過程。思考題1 什么是遺傳信息傳遞的中心法則？2 DNA復(fù)制遵循什么原則？3 DNA聚合酶有什么性質(zhì)，其作用是什么？4 參與DNA復(fù)制的幾何酶有哪些，各起什么作用？5 什么是半不連續(xù)復(fù)制和半保留復(fù)制，各自的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是什么？6 DNA復(fù)制的基本過程是什么？7 什么是岡奇片段？8 什么是復(fù)制叉（replication fork）、復(fù)制體(replicasome)、復(fù)制子(replicon)？9 什么是逆轉(zhuǎn)錄，其基本過程是什么？10

8、什么是突變，哪些因素引起DNA突變？11 突變的分子改變類型有哪些？12 DNA損傷有幾種類型，其修復(fù)過程如何？授課特點(diǎn)1.首先把前面所學(xué)的第一篇和第二篇的內(nèi)容進(jìn)行概要復(fù)習(xí)，再通過圖片和實(shí)例切入到本篇所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，承上啟下；2.先介紹本篇和本章內(nèi)容概要，教學(xué)目標(biāo)和要求，使學(xué)生明了本篇和本章應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容；3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實(shí)例，提高學(xué)習(xí)興趣；4.采用啟發(fā)式教學(xué)，適當(dāng)提問，啟迪學(xué)生思維；5.介紹學(xué)習(xí)方法，提高教學(xué)效果。授課章節(jié)第三篇 基因信息傳遞第十一章 轉(zhuǎn)錄授課對(duì)象2007級(jí)本科臨床專業(yè)1、2、3班學(xué)時(shí)4時(shí) 間2008.10.19/26授課地點(diǎn)5315、5506、230

9、1教室教 材生物化學(xué)第七版人民衛(wèi)生出版社教學(xué)目的要求1、掌握：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的區(qū)別與聯(lián)系，RNA聚合酶的組成、結(jié)構(gòu)，原核生物和真核生物的啟動(dòng)子的組成特點(diǎn)，真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工。2、熟悉：順式作用元件、反式作用因子，轉(zhuǎn)錄的基本過程。3、了解：RNA轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合及啟動(dòng)。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的區(qū)別與聯(lián)系，原核生物RNA聚合酶的組成及各亞基的功能，真核生物RNA聚合酶的種類及產(chǎn)物，原核生物轉(zhuǎn)錄終止子的類型及結(jié)構(gòu)。2.難點(diǎn)：原核生物和真核生物啟動(dòng)子的組成及特點(diǎn)。教學(xué)方法大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床教具多媒體教學(xué)課件授課提綱概述，遺傳傳遞的中心法則、轉(zhuǎn)錄的概念等5mins第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄的模板及引物1 轉(zhuǎn)

10、錄模板10mins2 RNA聚合酶25mins第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄過程1 原核生物的RNA聚合酶及其啟動(dòng)子20min2 真核生物的RNA聚合酶及其啟動(dòng)15mins小結(jié) 5mins第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄的基本過程1 原核生物轉(zhuǎn)錄的基本過程20mins2 真核生物轉(zhuǎn)達(dá)錄的基本過程15mins第四節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄后修飾1 真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后加工15mins2 tRNA轉(zhuǎn)錄后加工15mins3 rRNA轉(zhuǎn)錄后加工10mins總結(jié)5mins教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容備 注一、中心法則、轉(zhuǎn)錄的概念、轉(zhuǎn)錄的基本規(guī)律1中心法則（ central dogma）：遺傳信息傳遞的基本規(guī)律。2轉(zhuǎn)錄的概念：以DNA為模板合成RNA的過程

11、稱轉(zhuǎn)錄，堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律是也是轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)。3.轉(zhuǎn)錄的基本規(guī)律：不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄，它包括發(fā)下兩個(gè)主面含義。（1）轉(zhuǎn)錄時(shí)只有一條鏈作模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；（2）模板并非永遠(yuǎn)在同一條鏈上。二、轉(zhuǎn)錄的化學(xué)反應(yīng)及其原料1.轉(zhuǎn)錄的化學(xué)反應(yīng)：復(fù)制是在酶的參與下的核苷酸聚合過程，需要多種生物分子的共同參與。(NMP)n+NTP (NMP)n+1+PPi2.RNA轉(zhuǎn)錄所需要的原料等：底物： ATP、GTP、CTP、TTP；聚合酶：依賴DNA的RNA聚合酶，簡稱為RNA-pol；模板：解開成單鏈的DNA母鏈；其它酶和蛋白質(zhì)因子。3.轉(zhuǎn)錄的基本過程：與DNA鏈合成一樣，RNA鏈的合成也是從5向3端進(jìn)行的，此過程由RNA聚合酶

12、（RNA polymerase）催化。RNA聚合酶首先在啟動(dòng)子部位（promoter）與DNA結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄泡(transcription bubble)，并開始轉(zhuǎn)錄。在原核生物中只有一種RNA聚合酶完成所有RNA的轉(zhuǎn)錄；而在真核生物中，有3種不同的RNA聚合酶控制不同類型RNA的合成。RNA合成也同樣遵循堿基配對(duì)的規(guī)則，只是U代替了T。4.原核生物RNA聚合酶：RNA聚合酶具有5 3的聚合性質(zhì)。包括核心酶和全酶，核心酶由2構(gòu)成，核心酶加上因子為全酶，即2，其中亞基識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，亞基決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄，亞基與模板結(jié)合，亞基具有催化功能。5. RNA合成的一般特點(diǎn)：RNA的合成與DNA合成從總

13、體上看來非常相似，但有以下三方面明顯不同： 所用的原料為核苷三磷酸，而在DNA合成時(shí)則為脫氧核苷三磷酸； 只有一條DNA鏈被用作模板，而DNA合成時(shí)兩條鏈分別用作模板； RNA鏈的合成不需要引物，而DNA合成一定要引物的引導(dǎo)。轉(zhuǎn)錄合成的RNA鏈，除了U替換為T外，與用作模板的DNA鏈互補(bǔ)，而與另一條非模板鏈相同。如果轉(zhuǎn)錄的RNA是mRNA，其信息最后通過密碼子決定蛋白質(zhì)的合成。通常將用作模板進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄的DNA鏈稱作為模板鏈(template strand)；而另一條則稱為非模板鏈(nontemplate strand).二、原核生物RNA的合成通常把轉(zhuǎn)錄后形成一個(gè)RNA分子的一段DNA序列

14、稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位（transcript unit）。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可能剛好是一個(gè)基因，也可能含有多個(gè)基因。在細(xì)菌等原核生物中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位通常含有多個(gè)基因，而真核生物中則大多含有一個(gè)基因。RNA的轉(zhuǎn)錄可以分為三步：1.RNA鏈的起始；2.RNA鏈的延長；3.RNA鏈的終止及新鏈的釋放。RNA鏈轉(zhuǎn)錄的起始首先是RNA聚合酶在因子的作用下與DNA上的啟動(dòng)子部位結(jié)合，并在RNA聚合沒的催化下使DNA的雙鏈解離，形成轉(zhuǎn)錄泡，為RNA合成提供單鏈模板，并按堿基配對(duì)原則，結(jié)合核苷酸，在核苷酸之間形成磷酸二脂鍵，使其相連，形成RNA新鏈。因子在RNA鏈伸長到89個(gè)核酸后，就被釋放，然后由核心酶催化RNA的延伸。

15、鏈的延伸RNA鏈的延伸是在因子釋放之后，在RNA聚合酶四聚體核心酶的催化下進(jìn)行。因RNA聚合酶同時(shí)具有解開DNA雙鏈并使其重新閉合的功能。隨著RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA雙鏈不斷解開和重新閉合。RNA轉(zhuǎn)錄泡的大小約為18bp，而RNA合成的速度約為40bp/min。實(shí)際上，DNA模板與新合成的RNA鏈之間配對(duì)非常少，可能只有3bp，所以現(xiàn)在認(rèn)為并不是DNA模板與RNA鏈之間的氫鍵使轉(zhuǎn)錄復(fù)合體得以穩(wěn)定。鏈的終止當(dāng)RNA鏈延伸遇到終止信號(hào)（ternination signal）時(shí)，RNA轉(zhuǎn)錄復(fù)合體就發(fā)生解體，而使新合成的RNA鏈釋放出來?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中有兩類終止信號(hào)：一類只有在蛋白質(zhì)存

16、在的情況下，轉(zhuǎn)錄才會(huì)終止，稱為依賴于的終止子（-dependent terminator）；第二類使轉(zhuǎn)錄終止不需要的參與，所以稱為不依賴于的終止子（-independent terminator）.三、真核生物轉(zhuǎn)錄后加工：實(shí)際上在原核生物中，RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的合成以及mRNA的降解通常是同時(shí)進(jìn)行的。因?yàn)樵谠松镏胁淮嬖诤四し指舻暮?，另外，RNA的轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成都是從5向3方向進(jìn)行，只要mRNA的5端合成后，即可以開始蛋白質(zhì)的翻譯過程。在原核生物中mRNA的壽命一般只有幾分鐘。因此，往往在3端mRNA的轉(zhuǎn)錄還沒有最后結(jié)束，5端mRNA在完成多肽鏈的合成后，已經(jīng)開始降解。真核生物RNA的

17、轉(zhuǎn)錄及加工：大多數(shù)真核生物的mRNA在轉(zhuǎn)錄后必須進(jìn)行下面三方面的加工后（圖3-28），才能運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的翻譯。在mRNA前體的5端加上7-甲基鳥嘌呤核苷的帽子（cap） 當(dāng)RNA鏈合成大概達(dá)到30個(gè)核苷酸后，就在其5端上加上一個(gè)7-甲基鳥嘌呤核苷的帽子，它含有二個(gè)甲基和稀有的5-5三磷酸鍵。其作用是在蛋白質(zhì)翻譯時(shí)識(shí)別起始位置以及防止被RNA酶降解。在mRNA前體的3端加上聚腺苷酸(poly(A)的尾巴 真核生物中在RNA聚合酶催化下合成mRNA的前體hnRNA，比實(shí)際mRNA要長一些。一般hnRNA的轉(zhuǎn)錄終止于加poly(A)尾巴的3末端的下游1000-2000個(gè)核苷酸處，然后由核酸

18、內(nèi)切酶對(duì)其進(jìn)行加工，切除多余的核苷酸。核酸內(nèi)切酶一般在保守的共有序列AAUAAA的下游11-30個(gè)核苷酸處停止切割。最后在poly（A）聚合酶的催化下加上大約200個(gè)聚腺苷酸poly(A)尾巴，此過程一般稱為聚腺苷酸化，它對(duì)增加mRNA的穩(wěn)定性以及從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的運(yùn)輸具有重要作用。3如果基因中存在不編碼的內(nèi)含子序列，要進(jìn)行剪接，將其切除真核生物基因與原核生物基因的一個(gè)顯著的不同就是真核生物大多數(shù)基因內(nèi)含有大量的非編碼序列?，F(xiàn)在一般將一個(gè)基因中編碼蛋白質(zhì)合成的序列稱為外顯子（exon），而非編碼的序列則稱為內(nèi)含子（intron）。因?yàn)樵谝粋€(gè)基因中編碼序列之間存在著大量的非編碼序列，所以剛轉(zhuǎn)錄的

19、hnRNA同樣既含有編碼序列，也含有非編碼序列。因此，必須對(duì)hnRNA進(jìn)行剪接，切除這些非編碼序列，并將編碼序列連接起來，才能進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯。思考題1 什么是轉(zhuǎn)錄(transcription)，它和復(fù)制有什么區(qū)別和聯(lián)系？2 原核生物啟動(dòng)子的組成、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn).3 真核生物起動(dòng)子的基本組成、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。4 原核生物轉(zhuǎn)錄的終止有幾種方式？不依因子的終止子的結(jié)構(gòu)是什么.5 什么是轉(zhuǎn)錄單位(transcription unit)？6 舉例說明什么是順式作用元件(cis-acting elements)，什么是反式作用因子(trana-acting factors)？7 什么是基因(gene)、結(jié)構(gòu)基因

20、(structural gene)、斷裂基因(splitting gene)？8 什么是內(nèi)元（intron）、外元(exon)？內(nèi)元是真核生物的真質(zhì)標(biāo)志(hall marker)嗎？內(nèi)含子都含而不露嗎？9 真核生物轉(zhuǎn)錄后修飾有哪幾種方式？分別是什么？10 什么是增強(qiáng)子？它有什么作用特點(diǎn)？11 什么是核酶，有什么特點(diǎn)？授課特點(diǎn)1.首先把前面所學(xué)的第一篇和第二篇的內(nèi)容進(jìn)行概要復(fù)習(xí)，再通過圖片和實(shí)例切入到本篇所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，承上啟下；2.先介紹本篇和本章內(nèi)容概要，教學(xué)目標(biāo)和要求，使學(xué)生明了本篇和本章應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容；3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實(shí)例，提高學(xué)習(xí)興趣；4.采用啟發(fā)式教學(xué)，適當(dāng)提

21、問，啟迪學(xué)生思維；5.介紹學(xué)習(xí)方法，提高教學(xué)效果。授課章節(jié)第三篇 基因信息傳遞第十三章 基因表達(dá)調(diào)控授課對(duì)象2007級(jí)本科臨床專業(yè)1、2、3班學(xué)時(shí)4時(shí) 間2008.11.10/17授課地點(diǎn)5315、5506、2301教室教 材生物化學(xué)第七版人民衛(wèi)生出版社教學(xué)目的要求1、掌握：基因及其基因表達(dá)的概念，原核生物表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)，操縱子的結(jié)構(gòu)與功能，真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，順式作用元件，反式作用因子定義、類型，啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子的含義。2、熟悉：真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)，基因表達(dá)調(diào)控的四個(gè)層次，基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義，乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制。3、了解：基因表達(dá)調(diào)控的基本原理，基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性。教學(xué)

22、重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：乳糖操縱子和色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)與功能，真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，順式作用元件，反式作用因子定義、類型，啟動(dòng)子或啟動(dòng)序列、增強(qiáng)子、沉默子的含義。2.難點(diǎn)：基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性，基因表達(dá)調(diào)控的基本原理，真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)。教學(xué)方法大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床和生活實(shí)際實(shí)例教具多媒體教學(xué)課件授課提綱導(dǎo)入，概述5mins第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念與原理 一、基因表達(dá)的概念，基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性10mins二、基因表達(dá)的方式，基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義10mins三、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理15mins第二節(jié) 原核生物基因表達(dá)調(diào)控一、原核生物基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)20mins二、乳糖操縱子的

23、調(diào)節(jié)機(jī)制25mins三、其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)機(jī)制15mins第三節(jié) 真核生物基因表達(dá)調(diào)控一、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)15mins二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)15mins三、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)20mins總結(jié)10mins教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容備 注一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理1基因、基因組的概念（1）基因概念的多樣性A斷裂基因（splitting gene）：編碼序列為不編碼序列隔開，B。其中，編碼序列為外元，不編碼序列為內(nèi)元。真核生物的基因大多數(shù)為斷裂基因，或稱不連續(xù)基因。C假基因(pseudogene)：失去了基因功能的DNA序列。D重復(fù)基因(repeat gene)：一個(gè)基因含有兩個(gè)或兩個(gè)以上

24、的拷貝數(shù)。E重疊基因（overlapping gene）：基因部分重疊。F跳躍基因（transposon）：跳躍基因也稱轉(zhuǎn)座子，指基因復(fù)制到染色體的另一位置。（2）基因：染色體上的DNA片段；（3）基因組：一個(gè)物種的一整套遺傳信息；2基因表達(dá)（1） 基因表達(dá)的概念：基因表達(dá)就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯過程，其中轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步。（2） 基因表達(dá)的時(shí)空特異性基因表達(dá)的特導(dǎo)性包括時(shí)間特異性和空間特異性。（3） 基因表達(dá)的方式包括組成性表達(dá)、誘導(dǎo)和阻遏。（4） 基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖；維持個(gè)體發(fā)育與分化；（5）基因表達(dá)調(diào)控的基本原理A基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控。B基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基因要

25、素：特異DNA序列；順式作用元件（啟動(dòng)子序列，如TATA box、CCAAT box）；調(diào)節(jié)蛋白；DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用；RNA聚合酶二、原核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)1、原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)（1）sigma因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性；原核生物細(xì)胞僅有一種RNA聚合酶，核心酶參與轉(zhuǎn)錄延長，全酶具轉(zhuǎn)錄起始作用。在轉(zhuǎn)錄起始階段，sigma因子識(shí)別特異啟動(dòng)子序列；不同的sigma因子孫決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活。（2）操縱子模型的普遍性；除個(gè)別基因外，原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位操縱（operon），因此，操縱子機(jī)制在原核基因調(diào)控中具有普遍

26、意義。（3）阻礙蛋白與阻礙機(jī)制的普遍性。在很多原核操縱子系統(tǒng)，特異性的阻遏蛋白是控制原核啟動(dòng)序活性的重要因素。當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解散時(shí)，就會(huì)發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。2、乳糖操縱子和色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)。（1）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子包括ZYA三個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游的調(diào)節(jié)序列：操縱子序列O、啟動(dòng)子序列P及一個(gè)調(diào)節(jié)基因I。（2）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)（3）CAP的正性調(diào)節(jié)分解代謝物基因激活蛋白CAP是同二聚體，在其分子內(nèi)有DNA結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時(shí)，cAMP與CAP結(jié)合，這時(shí)CAP結(jié)合在lac啟動(dòng)序列附近的CAP位點(diǎn)

27、，可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。3、原核生物翻譯水平的調(diào)節(jié)。（1）蛋白質(zhì)分子的自我調(diào)節(jié)（2）反義RNA對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用4其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制（1）轉(zhuǎn)錄衰減（2）基因重組（3）SOS反應(yīng)大腸桿菌經(jīng)紫外線照射會(huì)發(fā)生染色體損傷或DNA復(fù)制抑制，誘發(fā)一系列表型變化，這一現(xiàn)象或過程稱為SOS反應(yīng)（SOS response）。三、真核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)1、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（1）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大；哺乳動(dòng)物基因組DNA約由3109堿基對(duì)組成，而大腸桿菌的基因組DNA大約只有4.2106堿基對(duì)。（2）真核基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物為單順反子；原核生物大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇串聯(lián)成操縱子，由操縱子機(jī)制控制轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為多順反子（p

28、oly-cistron）（3）真核生物的基因組中有重復(fù)序列；（4）真核生物的基因?yàn)椴贿B續(xù)基因。真核生物的基因大多數(shù)為不連續(xù)基因，即編碼序列為不編碼的序列所隔開。2、真核生物基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)。（1）RNA聚合酶；真核生物有三種RNA聚酶，分別負(fù)責(zé)三種RNA的轉(zhuǎn)錄。（2）活性染色體結(jié)構(gòu)變化；當(dāng)基因被激活時(shí)，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。（3）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)；真核生物廣泛地采用正性調(diào)節(jié)，其原因有：一、正性調(diào)節(jié)機(jī)制更有效；負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)。（4）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行；真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中進(jìn)行。（5） 轉(zhuǎn)錄后修飾、加工。鑒于真核基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄后剪

29、接及修飾等過程比原核生物基因復(fù)雜。3、RNA pol和pol的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。（1）RNA pol I轉(zhuǎn)錄體系的控制；（2）RNA pol III轉(zhuǎn)錄體系的控制。4、RNA pol對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)（1）順式作用元件指調(diào)節(jié)基因表達(dá)的DNA序列，主要包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子及沉默子（2）反式作用因子參與基因表達(dá)調(diào)控的蛋白質(zhì)部分，如基本轉(zhuǎn)錄因子、亮氨酸拉鏈、鋅指結(jié)構(gòu)。5轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（1）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)；（2）mRNA動(dòng)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)6翻譯水平的調(diào)節(jié)（1）翻譯起始因子（eIF）活性的調(diào)節(jié)；（2）RNA結(jié)合蛋白對(duì)翻譯起始的調(diào)節(jié)。思考題：1 什么是基因(gene)，什么是結(jié)構(gòu)基因(structura

30、l gene)，什么是假基因(pseudo-gene)，什么是斷裂基因(splitting gene)，什么是跳躍基因(jumping gene)？2 什么是基因表達(dá)(gene expression)?試述基因表達(dá)變化的特點(diǎn)及其調(diào)控對(duì)生物體的重要性。3 為什么說轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的中心環(huán)節(jié)?4 舉實(shí)際例子說明操縱元(0peron)的組成元件及其作用，并分析可阻遏的操縱元和可誘導(dǎo)的操縱元的調(diào)控方式。5 真核生物基因組(genome in eukaryote)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有哪些？6 比較真核和原核生物的基因表達(dá)和基因表達(dá)調(diào)控相似和不同之處。7 論述啟動(dòng)子（promotor）、增強(qiáng)子(enh

31、ancer)和轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors)的概念、結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系。8 什么沉默子(silencer)、衰減子(attenuater)，各有什么作用？授課特點(diǎn)1.首先把第十二章的內(nèi)容進(jìn)行概要復(fù)習(xí)，再通過生物界遺傳進(jìn)化的規(guī)律導(dǎo)入至本篇所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，承上啟下；2.先介紹本章內(nèi)容概要，教學(xué)目標(biāo)和要求，使學(xué)生明了本章應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容；3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實(shí)例，提高學(xué)習(xí)興趣；4.采用啟發(fā)式教學(xué)，適當(dāng)提問，啟迪學(xué)生思維；5.突出重點(diǎn)，將難點(diǎn)講清楚。授課章節(jié)第三篇 基因信息傳遞第十四章 基因重組與基因工程授課對(duì)象2007級(jí)本科臨床專業(yè)1、2、3班學(xué)時(shí)4

32、時(shí) 間2008.11.24/30授課地點(diǎn)5315、5506、2301教室教 材生物化學(xué)第六版人民衛(wèi)生出版社教學(xué)目的要求1、掌握：基因重組和基因工程的概念，轉(zhuǎn)化作用、限制性核酸內(nèi)切酶、基因載體、cDNA文庫、基因組DNA文庫的概念，目的基因的來源，基因載體的類型。2、熟悉：同源重組、特異位點(diǎn)的基因重組、轉(zhuǎn)座重組的概念和基本過程，重組DNA技術(shù)的操作步驟。 3、了解：重組DNA技術(shù)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系，重組DNA技術(shù)的操作程序。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的接合作用、轉(zhuǎn)化作用和轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，限制性核酸內(nèi)切酶、基因載體、cDNA文庫、基因組DNA文庫的概念，目的基因的來源，基因載體的類型。2.難點(diǎn)：重組D

33、NA技術(shù)基本原理和操作步驟。教學(xué)方法大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床和生活實(shí)際實(shí)例教具多媒體教學(xué)課件授課提綱概述，基因重組與基因工程概念5mins第一節(jié) DNA的重組 一、同源重組15mins二、位點(diǎn)特異性重組15mins三、接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)20mins四、轉(zhuǎn)座20mins小結(jié) 5 mins第二節(jié) 重組DNA技術(shù)一、重組DNA技術(shù)相關(guān)概念15mins二、重組DNA技術(shù)基因原理25mins三、重組DNA技術(shù)的研究進(jìn)展15mins四、重組DNA技術(shù)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系15mins總結(jié)10mins教 學(xué) 主 要 內(nèi) 容備 注一、基因重組和基因工程的概念1基因重組概念基因重組或稱遺傳重組是指由于不同DNA鏈的斷裂和連接

34、而產(chǎn)生的DNA片段的交換和重新組合，形成新的DNA分子的過程。因此，新的DNA分子中含有原來的兩個(gè)DNA 分子的片段。嚴(yán)格說來，所有DNA均是重組DNA。在遺傳工程中，人們只是設(shè)法在試管中改變和連接DNA分子，企圖引起基因表達(dá)發(fā)生比較簡單的改變。在這里，人們只是模仿大自然在進(jìn)化過程中進(jìn)行的重組和突變而已。2基因工程概念基因工程(genetic engineering）是指采用人工方法將不同來源的DNA進(jìn)行重組，并將重組后的DNA引入宿主細(xì)胞中進(jìn)行增殖或表達(dá)的過程。 二、自然界的基因重組根據(jù)重組的機(jī)制和對(duì)蛋白質(zhì)因子的要求不同,可以將狹義的基因重組分為三種類型,即同源重組、位點(diǎn)特異性重組和異常重組

35、。同源重組的發(fā)生依賴于大范圍的DNA同源序列的聯(lián)會(huì),在重組過程中,兩條染色體或DNA分子相互交換對(duì)等的部分。真核生物的非姊妹染色單體的交換、細(xì)菌以及某些低等真核生物的轉(zhuǎn)化、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)接合、噬菌體的重組等都屬于這種類型。大腸桿菌的同源重組需要RecA蛋白,類似的蛋白質(zhì)也存在于其他細(xì)菌中。位點(diǎn)特異性重組發(fā)生在兩個(gè)DNA分子的特異位點(diǎn)上。它的發(fā)生依賴于小范圍的DNA同源序列的聯(lián)會(huì),重組也只限于這個(gè)小范圍。兩個(gè)DNA分子并不交換對(duì)等的部分,有時(shí)是一個(gè)DNA分子整合到另一個(gè)DNA分子中。這種重組不需要RecA蛋白的參與。異常重組發(fā)生在順序不相同的DNA分子間,在形成重組分子時(shí)往往依賴于DNA的復(fù)制而完成

36、重組過程。例如,在轉(zhuǎn)座過程中,轉(zhuǎn)座因子從染色體的一個(gè)區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個(gè)區(qū)段,或從一條染色體轉(zhuǎn)移到另一條染色體。這種類型的重組也不需要RecA蛋白的參與。1、同源重組的概念和機(jī)制。最基本的DNA重組方式，同源重組是指發(fā)生在同源序列間的重組，它通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換，又稱基因重組。2、細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組接合作用、轉(zhuǎn)化作用、轉(zhuǎn)化作用。3、特異位點(diǎn)重組噬菌體DNA的整合，細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組，免疫球蛋白的基因重排。4、轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座子(transposon, Tn)1950年麥克林托克(McClintock)在對(duì)玉米籽粒顏色遺傳進(jìn)行觀察時(shí)所發(fā)現(xiàn)。轉(zhuǎn)座子在移

37、位過程中，導(dǎo)致DNA鏈的斷裂/重接，或是某些基因啟動(dòng)/關(guān)閉。（1）原核細(xì)胞轉(zhuǎn)座子 其原型是E.coli的IS(insertion sequence, 插入序列)，一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞常帶少于10個(gè)IS序列。IS兩端存在著反向重復(fù)序列IR(inverted repeat)，IR長短不一。IS本身沒有任何表型效應(yīng)，只攜帶和它轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因，稱轉(zhuǎn)座酶基因。 （2）真核細(xì)胞轉(zhuǎn)座子 真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)座子以玉米和果蠅研究最多。玉米中至少有4種影響突變和基因重組的轉(zhuǎn)座子；果蠅中有多個(gè)在基因組內(nèi)隨機(jī)分布而能重復(fù)移動(dòng)的轉(zhuǎn)座子。而在其他高等生物基因組中都存在與玉米或果蠅轉(zhuǎn)座子相似的序列。真和細(xì)胞基因組流動(dòng)性可能比原核細(xì)胞

38、更大。三、重組DNA技術(shù)1、重組DNA技術(shù)相關(guān)概念等（1）概念：（2）DNA克?。?）工具酶在重組DNA技術(shù)中，常需要一些工具酶進(jìn)行基因操作。如限制性核酸內(nèi)切酶、連接酶等（4）目的基因需要進(jìn)行克隆的外源基因（5）基因載體攜帶外源基因進(jìn)行入宿主的特殊DNA，如制裁粒等。2、重組DNA技術(shù)基本原理及操作步驟：（1）目的基因的獲取方法，人工合成；基因組DNA文庫；cDNA文庫；聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。A直接從染色體DNA中分離：僅適用于原核生物基因的分離，較少采用。 B根據(jù)已知多肽鏈的氨基酸順序，利用遺傳密碼表推定其核苷酸順序再進(jìn)行人工合成。適應(yīng)于編碼小分子多肽的基因。 C從mRNA合成cDNA：采用一定的方法釣取特定基因的mRNA，再通過逆轉(zhuǎn)錄酶催化合成其互補(bǔ)DNA（cDNA），除去RNA鏈后，再用DNA聚合酶合成其互補(bǔ)DNA鏈，從而得到雙鏈DNA。這一方法通?？傻玫娇杀磉_(dá)的完整基因。 利用PCR合成： D如已知目的基因兩端的序列，則可采用聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction, PCR）技術(shù)，在體外合成目的基因。但此法可能會(huì)造成克隆的目的基因堿基序列的改變。 （2）克隆載體的選擇與