分子生物学课程教学大纲

分子生物学》课程教学大纲
课程编码：03220080
课程名称：分子生物学（ Molecular Biology ）
学分：3 学分
总学时：60 学时
理论学时：36 学时
实验学时：24 学时适用专业：生物技术专业先修课程：生物化学、微生
物学使用教材及主要参考书：
1.使用教材：《基础分子生物学》，郑用琏编著，高等教育出版社，2012 年；《分子生物学及基因工程实验教程》，刘箭编著，科学出版社，2012年；
2.主要参考书：
《现代分子生物学》（第二版），朱玉贤、李毅编著，高等教育出版社，2007 年；《分子生物学》，郜金荣，叶林柏编著，武汉大学出版社，2007 年；《分子生物学简明教程》，刘永明主编，化学工业出版社，2006
年；《精要速览系列：分子生物学》（第3 版）（中译版），特纳（Phil Turner）著，科学出版社，2010 年；
一、课程在培养方案中的地位、目的和任务
分子生物学（molecular biology）是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学。

分子生物学的理论和方法已在生命科学、医学和工农业生产等各个领域里得到广泛应用。

通过本课程的学习应使学生了解生命科学发展的方向与前沿，了解分子生物学在生命科学等领域的应用与前景。

使学生掌握分子生物学的概念、研究内容与特点，掌握生命活动中重要的生物大分子的结构与功能、遗传信息的表达及其调节控制等内容。

二、课程基本要求
（一）基本理论和基本知识
1.掌握分子生物学的概念、研究内容与特点；
2.了解基因概念的演变，掌握基因的概念，及核算分子的精细结构与功能；
3.掌握原核生物与真核生物基因组的结构及特点；
4.掌握DNA 复制的一般特点及过程，掌握基因突变和遗传重组的分子机制；
5.理解转录的基本过程、机制；掌握真核RNA 的转录后加工；
6.掌握蛋白质合成的生物学机制；
7.掌握原核基因表达调控模式和真核基因表达调控的一般规律，深刻理解基因表达的精细性和复杂性及高度可调控性；
（二）基本技能
1.掌握质粒DNA 、RNA 的提取和检测方法；
2.掌握PCR 方法，及感受态制备和转化筛选方法；
3.了解生命科学发展的方向与前沿，及其在有关领域的应用与前景。

4.在教师的指导下能设计和组合实验内容，对实验结果能进行综合判断分析和解释；
三、学时分配
1.本大纲配套使用的教材为普通高等教育“十五”国家级规划教材、全国高等学校教材《基础分子生物学》第2 版。

2.本大纲内容按“掌握、熟悉、了解”三级要求学习及掌握。

其中，考试内容中“掌握”占70% 左右；“熟悉、了解”的内容占30% 左右。

“掌握”部分要求理解透彻，包括有关概念及其研究进展等内容细节，并能运用其理论及概念于相关学科的学习及今后的生产和科研工作；“熟悉”部分要求能熟知其相关内容的概念及有关理论，并能适当应用；“了解”部分要求能对其中的概念有一定认识，对相关内容有所了解。

3.本大纲供四年制生物技术专业使用。

4. 总教学参考学时为60 学时，理论与实验比值约为3 : 2，即讲授理论学时为36，实验学时为24 学时。

具体安排如下：
四、考核考核方式：平时成绩、实验成绩和期末考试；成绩构成：考勤10%，平时成绩10%，实验考试成绩占10%，期末考试成绩占70%；
五、课程基本内容
第1 章绪论
［目的要求］
1、明确学习分子生物学的目的和学习方法以指导全课程的学习；
2、掌握分子生物学的定义；
3、熟悉分子生物学研究的主要内容；
4、了解分子生物学的发展简史及发展前景；
［讲课时数］ 1 学时
［教学内容］
1、分子生物学定义；
2、分子生物学的发展简史；
3、当代分子生物学研究的主要内容；
4、分子生物学展望；
［教学方法］讲授法，启发式
［教学手段］多媒体教学
第2 章基因概念的演变与发展
［目的要求］
1.掌握
(1)基因的分子结构、DNA 双螺旋结构模型及影响其稳定性的因素；
(2)DNA 的变性及复性
(3)DNA 的一级、二级、三级结构；
(4)顺反子，重复序列、重叠基因，间隔基因，跳跃基因，假基因的概念；
2.熟悉
(1)核酸的物理化学性质；
(2)经典基因概念、等位基因、复等位基因、拟等位基因的概念；
(3)原核生物的转座因子，真核生物的转座因子，及反转录病毒；
(4)转座作用的遗传效应和转座机制；
(5)拓扑异构酶的作用特点。

3.了解
(1)基因概念的发展历程；
(2)三股螺旋DNA 和四股螺旋DNA ；
(3)生物进化的C 值矛盾；
(4)转座因子的研究进展；
［讲课时数］ 5 学时
［教学内容］
第1 节早期的“基因”概念
1.早期“基因”概念的提出及发展
第2 节经典的基因概念
1.基因概念演变
(1)经典基因概念
(2)经典基因概念的第一次修正
(3)拟等位基因概念
(4)顺反子理论
2.DNA 是主要的遗传物质
第3 节基因的分子结构
1.核酸的分子结构
2.DNA 双螺旋结构模型
(1)DNA 双螺旋结构的特点
(2)影响双螺旋结构稳定性的因素
3.DNA 的变性与复性
(1)DNA 分子变性和复性的定义
(2)变性与复性的特点
(3)减色效应、增色效应、Tm 的概念，增色效应的跳跃现象
(4)影响变性与复性的因素
第4 节核酸分子的空间结构
1.DNA 的一级结构的概念
2.DNA 的二级结构
(1)B-DNA 、Z-DNA 的特点
(2)三股螺旋DNA 和四股螺旋DNA 的特点
3.DNA 的三级结构
(1)超螺旋结构的分类
(2)拓扑异构酶的作用特点
第5 节基因概念的多样性
1.生物进化的C 值矛盾
(1)大C 值和小c 值概念
2.重叠基因
(1)重叠基因的概念
(2)基因重叠方式
3.重复基因
(1)重复基因的概念
(2)重复序列的种类：单一拷贝序列、中度重复序列、高度重复序列
4.间隔基因
(1)间隔基因、内含子、外显子的概念
(2)原核生物与真核生物基因的特点
5.跳跃基因或转座子
(1)转座现象的发现
(2)转座子的定义及转座机制
(3)原核生物的转座因子类型：IS序列、TnA 转座子家族、复合型转座子
(4)转座机制
(5)真核生物转座因子的分类：剪贴式转座因子和反转录转座子
(6). 转座因子的遗传效应
6.假基因的概念
［教学方法］讲授法，启发式
［教学手段］多媒体教学
第3 章DNA 复制
［目的要求］
1.掌握
(1)DNA 复制的基本特征，DNA 复制的方向、起点；
(2)细菌DNA 复制过程；
(3)DNA 复制中重要的酶和蛋白质；
2.熟悉
(1)原核生物和真核生物DNA 复制的酶系统；
(2)DNA 复制的模式：滚环复制、D 环复制、θ环复制等；
3.了解
(1)真核生物DNA 复制的特点；
(2)DNA 复制的调控。

(3)线形DNA 复制避免5'端缩短的方式
［讲课时数］ 3 学时
［教学内容］
第1 节DNA 复制的基本特征
1.DNA 复制的基本特征
(1)DNA 的半保留复制和半不连续复制
(2)DNA 复制的起点、方向
(3)复制的酶和蛋白质及其引物
2.DNA 复制的模式
(1)细菌的θ环复制
(2)单链环状DNA 的滚环复制
(3)D 环复制
3.线形DNA 复制避免5'端缩短的方式
第2 节真核生物DNA 复制的特点
1.多复制子复制
2.真核生物避免5'端缩短的机制——端粒和端粒酶
第3 节DNA 复制的终止
1.DNA 复制终止子的结构
2.DNA 复制终止机制
第4 节DNA 复制的调控
1.DNA 复制的调控［教学方法］讲授法，启发式［教学手段］多媒体教学
第4 章RNA 的转录
［目的要求］
1.掌握
(1)转录的基本概念和特点，转录反应体系的组成；
(2)转录的不对称性，原核和真核生物RNA 聚合酶的种类和作用，及启动子的结构，-10 区和-35 区的最佳间距；
(3)终止和终止子；
(4)原核生物转录的过程：起始-延伸-终止；
(5)原核生物转录终止机制
(6)真核生物mRNA 转录后的加工机制；
2.熟悉
(1)真核生物转录起始；
(2)反式作用因子与DNA 结合的常见的几种不同的模体；
(3)增强子和沉默子的结构和作用；
3.了解
(1)真核生物转录的过程；
(2)转录因子的种类和功能；
(3)不同前体RNA 的具体剪接机制；［讲课时数］ 3 学时［教学内容］
第1 节转录的基本概念1.RNA 转录的基本特征
(1)转录的模板：有义链和反义链；
(2)不对称转录
(3)转录的极性
第2 节转录起始1.原核生物的启动子
(1)启动子的发现与证实
(2)原核生物启动子的结构，及其突变效应；
2.真核生物的启动子
(1)启动子的基本结构
3.RNA 聚合酶
(1)原核RNA 聚合酶的组成及作用
(2)原核生物RNA 转录过程
(3)真核生物RNA 聚合酶的种类
(4)真核生物RNA 转录起始
4.转录因子及顺式作用元件
(1)转录因子的种类
(2)增强子、沉默子和绝缘子的结构和功能
(3)反式作用因子常见的集中模体
第3 节转录延伸1.原核生物的转录延伸
(1)转录延伸的特点
2.真核生物的转录延伸
第4 节转录终止
1.不依赖于ρ因子的终止子的结构与功能
2.依赖ρ因子的终止子的结构与功能
3.抗终止作用
第5 节RNA 的加工
1.RNA 加工的概念，及加工的目的
2.真核生物RNA 加工的过程
(1)RNA 的5'端带帽
(2)RNA 的3'端的多聚腺苷化
(3)RNA 内含子的剪接机制
(4)RNA 编辑
［教学方法］讲授法，启发式
［教学手段］多媒体教学
第5 章蛋白质的翻译
［目的要求］
1.掌握
(1)蛋白质合成的反应体系：mRNA、tRNA 、核糖体、酶和各种因子；
(2)核糖体的组成，结构和功能；
(3)原核生物蛋白质合成的生物学机制：氨基酸的活化、翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止；
2.熟悉
(1)mRNA 、tRNA 的结构与功能；
(2)密码子的特点；
(3)原核生物翻译中各种因子的作用；
3.了解
(1) 保证蛋白质翻译准确起始的机制：tRNA 的准确负载、反密码子对密码子的准确识读；
(2)蛋白质前体的加工和运输过程、蛋白质合成抑制剂
［讲课时数］ 3 学时
［教学内容］
第1节蛋白质合成的装备
1.mRNA 的结构与功能
2.tRNA 的结构与功能
3.rRNA 与核糖体的结构与功能
第2节遗传密码及其简并
1. 三联体密码的特征
2.遗传密码的简并：简并性的特点、摇摆假说、同工受体tRNA 、密码子的利用率
第3 节蛋白质的翻译
1. 基本概念
多顺反子、开放阅读框、反密码子、氨酰tRNA 合成酶、核糖体结合位点2.原核生物多肽链的合成
(1) 氨基酸活化及氨酰-tRNA 的表示方法
(2)翻译的起始过程：起始因子的种类及作用，SD 序列的结构
(3)多肽链的延伸，及延伸因子的种类和作用
(4)翻译的终止，及释放因子的作用
(5)保证蛋白质翻译准确起始的机制
［教学方法］讲授法，启发式
［教学手段］多媒体教学
第6 章基因表达调控
［目的要求］
1. 掌握
(1) 基因表达的基本概念；
(2)原核基因调控机制的类型与特点；
(3)乳糖操纵子调控模型和色氨酸操纵子模型；
(4)真核生物转录后水平的调控——RNAi 和反义RNA ；
(5)真核生物DNA 甲基化和组蛋白乙酰化与基因活性的调控；
2.熟悉
(1) λ噬菌体发育阶段的选择调控；
(2) 基因重排导致免疫球蛋白的多样性；
(3)翻译后基因表达调控；
3.了解
(1) 真核生物基因表达调控；
(2) 翻译水平的调控；
(3)真核生物的基因表达调控的特殊类型;
［讲课时数］ 15学时
［教学内容］
第1 节原核生物基本表达调控的理论与模式
1. 基因表达调控的基本概念正调控、负调控、管家基因、奢侈基因
2. 操纵子调控模型
(1) 操纵子的概念与结构
(2) 乳糖操纵子的阻遏蛋白负调控诱导及CAP 正性调节及协调调节
(3)色氨酸合成酶操纵子负控制阻遏模型级衰减子调控
第2 节不利生长条件下的应急反应(自学)
第3 节操纵子调控的综合实例
1. λ噬菌体发育阶段的选择调控
(1) λ噬菌体的繁殖和基因组结构及基因的功能
(2) λ噬菌体溶源途径的建立
(3)λ噬菌体裂解途径的建立
第4 节DNA 重排和基因表达
1. DNA 重排与基因表达
(1) 免疫球蛋白的多样性
(2) DNA 重排机制
第5 节转录后水平的调控
1. 真核生物转录后mRNA 的加工
2. RNA 干涉
(1) RNAi 的定义
(2) RNAi 的发现与证实
(3)RNAi 的特征与分子机制
3.反义RNA
(1) 反义RNA 的概念
(2) 反义RNA 的作用机制
第6 节翻译水平的调控(自学)
第7 节翻译后的基因表达调控
1. 蛋白质前体的加工
2. 蛋白质的转运
(1) 信号肽假说
(2) 翻译后的转运机制
3.蛋白质的讲解
4.蛋白质的折叠
第8 节真核生物基因表达调控的特殊类型
1. 真核生物DNA 水平的调控
(1) 组蛋白的乙酰化和甲基化修饰与基因的表达
(2) DNA 的甲基化与基因活性
2. mRNA 的结构对翻译水平的调控［教学方法］讲授法，启发式［教学手段］多媒体教学
第7章基因突变和遗传重组的分子机制［目的要求］1. 掌握
(1) DNA 修复的方式；
(2) 重组机制，Holliday 模型及酶在重组过程中的作用；
2. 熟悉
(1) DNA 损伤的原因、类型；
3.了解
(1) DNA 损伤的修复机制；
(2) 位点特异性重组和同源重组；
［讲课时数］ 2 学时
［教学内容］
第1 节基因突变
1. 基因突变的种类自发突变、点突变、转换突变、颠换突变、错义突变、无义突变、同义突变、移码
突变
2. 基因的诱变
(1) 诱变因素：物理诱变因素和化学诱变因素
(2) 诱变的分子机制：碱基类似物、修饰碱基结构的诱变剂、插入诱变剂、体外定点诱变、植物转座子和Ti 质粒插入靶基因引发插入突变(3)基因的自发突变
第2 节生物体保证稳定遗传的机制
1. 错配修复
2. 尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统
(1) 光修复
(2) 切补修复
(3)重组修复
(4)SOS修复
3.基因的回复突变
第3 节基因重组交换的分子机制
1. 同源重组的分子机制——Holliday 模型
2. 同源重组的酶类及交换热点
［教学方法］讲授法，启发式
［教学手段］多媒体教学
第8 章常见的分子生物学研究技术
［目的要求］
1. 掌握
(1) 基因克隆的过程；
(2) PCR 原理及操作过程；
2. 熟悉
(1) PCR 常见的种类；
(2) 酵母双杂交系统
3.了解
(1) 基因克隆的载体，工具酶；
(2) 研究基因结构及表达的常用技术
(3)蛋白质组学研究方法［讲课时数］ 4 学时［教学内容］
第1 节基因克隆技术
1. 基因克隆技术的过程
(1) 限制性内切核酸酶的作用
(2) 载体的种类和目的基因的获得
(3)载体和目的基因的连接
(4)重组子转化宿主细胞
(5)转化子的筛选
2. 基因组文库的构建
3.PCR 及其衍生技术
第2 节研究基因结构及表达常用的方法
1. 标记示踪物
2. 基因活性的研究方法
第3 节DNA- 蛋白质相互作用分析
1. 滤膜结合法
2. 免疫沉淀法
3.凝胶阻滞法
4.DNA 酶足迹
第4 节蛋白质组学研究方法
1. 蛋白质分离技术
2. 蛋白质分析技术
3.蛋白质相互作用的研究方法——酵母双杂交技术［教学方法］讲授法，启发式
[教学手段] 多媒体教学。