《医学分子生物学》课程教学大纲.docx
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《医学分子生物学》课程教学大纲
《医学分子生物学》课程教学大纲
课程编码:
007
课程名称:
医学分子生物学
英文名称:
Medicalmolecularbiology
开课学期:
第一学年第一学期
授课对象:
一年级研究生
开课院系:
基础学院
开课教研室:
生物化学与分子生物学教研室
学时:
52(其中理论学时:
36实验学时:
16)
学分:
2
课程类型:
必修课(必修课/选修课/专业课)
授课方式:
理论与实验
考核方式:
闭卷考试
选用教材:
朱玉贤.医学分子生物学.第三版.北京:
高等教育出版社.2010年12月
主要参考书:
[1]周爱儒.生物化学.第六版.北京:
人民卫生出版社.2004年1月
[2]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学.第三版.北京:
高等教育出版社.2002年8月
[3]BenjaminLewin.GenesⅧ.PublishedbyPearsonPrenticeHall,2004.
[4]GeraldKarp.CellandMolecularBiology3rded.(影印版.NewYork:
JohnWiley&Sons,Inc.2002.
前言
[课程简介]
分子生物学(MolecularBiology)是一门医学与药学的必修课程,主要是在分子水平上阐明生命现象与本质的科学,是现代生命科学的“共同语音”,与医学有着紧密的联系。
分子生物学又是生命科学中进展迅速的前沿学科,它的理论和技术已经渗透到生命科学的各个领域,产生了诸如分子遗传学、分子生理学、分子免疫学、分子微生物学、分子神经生物学、分子病理学和分子药理学等新兴的交叉学科,医学分子生物学也应运而生。
医学分子生物学是分子生物学的重要分支,它与基础医学和临床医学密切结合,研究生物大分子结构、功能调控机制及其人体各种生理和病理状态的分子机制。
医学分子生物学的进步大大促进了基础医学和临床医学的发展,有效地推动了新的诊断、治疗、预防方法的简历及新的健康理念的发展。
医学分子生物学的研究内容主要分为DNA重组技术(基因工程)、基因表达调控研究、生物大分子的结构功能研究和基因组、功能基因组与生物信息学研究。
从基因展开,在围绕基因、基因组的结构、功能的基础上对DNA复制、转录、翻译和基因表达调控、常用基因操作的原理重点阐述;从蛋白质的结构与功能出发介绍蛋白质的产生及清除过程;从分子水平介绍疾病与人类健康的关系;生物学科的最新发展动态-基因组与比较基因组学。
这些前沿内容与疾病的发生发展和诊断治疗紧密相连,也是研究生开展基础学和临床医学科学研究的必备知识。
[教学目的与任务]
通过理论与实验教学,使学生逐步掌握医学分子生物学的基本知识和基本理论,学会从分子水平上分析和探讨生命科学级疾病的发病机制,并运用分子生物学的理论与技术解决医学研究领域中的实际问题。
同时,通过各种教学活动尽量使学生掌握生物化学及分子生物学领域的基本实验技术,了解学科重要的新进展和新技术,培养学生独立分析问题和解决问题的能力,为学习后续的课程打下坚实的基础。
[各章节内容及学时分配]
章节
内容
理论课学时数
实验课学时数
第一章
绪论
2学时
16学时
第二章
基因的结构与功能
4学时
第三章
基因组
2学时
第四章
DNA复制、损伤与修复
4学时
第五章
原核生物基因表达与调控
4学时
第六章
真核生物基因表达与调控
4学时
第七章
细胞信号转导
6学时
第八章
分子生物学研究方法
6学时
第九章
癌基因、抑癌基因与肿瘤
2学时
第十章
基因诊断与基因治疗
2学时
第一章绪论
[教学内容]
1.引言
2.分子生物学简史
3.分子生物学主要研究内容
4.展望
[教学要求]
1.了解:
DNA的发现过程及意义,
2.熟悉:
分子生物学主要研究内容
第二章基因的结构和功能
[教学内容]
1.基因的定义,功能;
2.DNA的化学组成。
DNA的核苷酸为脱氧核糖核苷酸(dNMP),核苷酸由磷酸、戊糖和碱基组成。
组成DNA分子的戊糖为D-2脱氧核糖,DNA分子中的碱基为A、G、C、T,RNA分子中的碱基为A、G、C、U,核酸分子中核苷酸之间通过3´-5´-磷酸二酯键连接。
3.DNA的空间结构与功能。
DNA双螺旋结构模型的要点,维持DNA双螺旋结构稳定的因素,DNA结构的多样性,DNA的超螺旋结构及功能。
4.DNA的变性作用、增色效应,DNA的解链温度(Tm),DNA的复性和分子杂交,核酸在260nm波长下有最大紫外吸收。
复性的概念,核酸的杂交分类和应用。
生物芯片的概念和应用。
5.病毒的基本概念,病毒核酸的一般特征,DNA病毒和RNA病毒的核酸结构。
6.反义核酸的概念,反义技术的应用。
[教学要求]
1.了解:
生物芯片的概念和应用,反义技术的应用。
2.熟悉:
真核生物的基因特征。
3.掌握:
基因的定义、功能,化学组成,DNA的分子组成,核苷酸之间的连接方式。
DNA双螺旋结构及维持稳定的因素。
三种RNA分子的结构特点及功能。
DNA的变性、复性和分子杂交、增色效应、DNA的解链温度(Tm)、核酶、端粒与端粒酶等概念。
病毒核酸的一般特征,反义核酸的概念。
第三章基因组
[教学内容]
1.染色体的概念及组成;真核生物及原核生物基因组特点。
2.基因组的定义,结构特点,基因组的染色体倍数性和数目,遗传图谱、物理图谱、基因图谱。
3.人类基因组定义,人类基因组计划研究的内容和意义,人类基因组的多态性与基因组药学,后基因组研究计划及人类基因组的生物信息在药物研究中的应用。
[教学要求]
1.了解:
遗传图谱、物理图谱、基因图谱。
2.熟悉:
人类基因组的多态性与基因组药学,后基因组研究计划及人类基因组的生物信息在药物研究中的应用。
3.掌握:
基因组的定义及结构特点,人类基因组的定义,染色体的概念及组成;真核生物及原核生物基因组特点。
第四章DNA复制、损伤与修复
[教学内容]
1.复制的基本规律,半保留复制的概念、特点,双向复制、复制的半不连续性。
2.复制叉、复制子、引发体、领头链、随从链、岡崎片段、端粒、端粒酶、突变、逆转录、cDNA的概念。
3.参加复制的物质,各种酶在复制中的作用。
原核生物与真核生物DNA聚合酶区别、结构与功能。
Klenow片段。
4.DNA复制的过程,端粒与端粒酶的结构特点与功能,逆转录酶催化的反应,逆转录研究的意义。
5.突变的分子类型及主要的修复方式。
DNA损伤修复与衰老和肿瘤的关系。
6.基因重组的概念。
自然界基因重组类型。
同源重组、特异位点重组、接合、转化、转导、转座、插入序列、转座子的概念。
转座子机制。
[教学要求]
1.了解:
DNA损伤修复与衰老和肿瘤的关系。
转座子机制。
2.熟悉:
真核及原核生物的基因特征,复制的基本规律,半保留复制的概念、特点,双向复制、复制的半不连续性。
3.掌握:
基因组的定义、功能,化学组成,DNA的分子组成,核苷酸之间的连接方式。
DNA双螺旋结构及维持稳定的因素。
三种RNA分子的结构特点及功能。
半保留复制的概念、特点,参加复制的物质,各种酶在复制中的作用。
岡崎片段、Klenow片段、端粒、端粒酶、突变、逆转录、cDNA的的概念。
端粒与端粒酶的结构特点与功能,逆转录酶催化的反应,逆转录研究的意义。
突变的分子类型及主要的修复方式。
自然界基因重组类型。
同源重组、特异位点重组、接合、转化、转导、转座、插入序列、转座子的概念。
第五章原核生物基因表达与调控
[教学内容]
1.复制和转录的异同点,大肠杆菌RNA聚合酶的组成,核心酶、全酶的作用,模板与酶的辨认结合。
2.结构基因、不对称转录、模板链、编码链、转录因子、的概念。
3.原核生物的转录过程。
4.遗传密码的特性,阅读框。
5.参与翻译的物质,mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质合成中的作用,核糖体及结构,氨基酸活化,氨基酰-tRNA合成酶的作用。
6.翻译的过程,原核生物生物翻译起始,氨基酰-tRNA合成酶的作用各种蛋白质因子在翻译中的作用,核蛋白体循环过程。
7.蛋白质翻译后修饰,几种促进蛋白质折叠的大分子,
8原核生物蛋白质生物合成的干扰和抑制。
9.原核生物蛋白质的降解
10.原核生物基因表达调控的基本原理,顺式作用元件、基因特异性转录因子、启动子、增强子的概念。
11.原核生物结构基因特点(多顺反子),原核基因转录调节特点,操纵子的概念和组成。
乳糖操纵子的结构及调节机制。
色氨酸操纵子的转录衰减调节。
12.转录水平上的σ因子调节作用等调控及转录后调控。
[教学要求]
1.了解:
核糖体组成及结构,蛋白合成抑制剂及机制,蛋白降解机制。
转录后调控机制。
2.熟悉:
原核生物mRNA的特征,RNA转录的基本过程,核体循环过程。
几种促进蛋白质折叠的大分子。
原核生物基因表达调控的基本原理。
3.掌握:
复制和转录的异同点,大肠杆菌RNA聚合酶的组成,核心酶、全酶的作用。
不对称转录、结构基因、模板链、编码链、多顺反子的概念。
参与翻译的物质,mRNA、tRNA、rRNA的作用,遗传密码的特性,氨基酰-tRNA合成酶的作用。
遗传密码、SD序列、信号肽、分子伴侣的概念。
原核基因转录调节特点,乳糖操纵子、色氨酸操纵子的结构及调节机制。
第六章真核生物基因表达与调控
[教学内容]
1.真核生物基因结构特点,转录因子、断裂基因、外显子、内含子的概念。
2.真核生物RNA聚合酶的种类、结构及作用。
3.真核生物的转录过程,真核转录因子,特别是参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ。
4.真核生物的转录后加工,特别是真核生物mRNA的首、尾修饰和剪接,内含子的剪接过程。
核酶的概念、特性,核酶研究的意义。
5.真核生物核糖体及结构。
3.翻译的过程,真核生物与原核生物生物翻译起始的不同,各种蛋白质因子在翻译中的作用。
4.真核生物蛋白质翻译后修饰,蛋白质的靶向输送过程及机制。
5.真核生物蛋白质生物合成的干扰和抑制,干扰素的抗病毒机制。
6.真核生物蛋白质的降解:
蛋白酶体和泛素介导的降解机制
7.真核生物DNA水平上的基因表达调控,甲基化与基因活性的调控。
8.真核生物mRNA的特征(单顺反子)。
真核转录因子,特别是参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ、增强子、反式作用因子对转录的影响。
9.真核生物的转录后修饰,特别是真核生物mRNA的转录后加工多样性对基因表达的影响。
10.翻译水平的基因表达调控。
[教学要求]
1.了解:
DNA水平、转录后及翻译水平的基因表达调控方式。
真核生物核糖体组成及结构,蛋白合成抑制剂及机制,蛋白降解机制。
2.熟悉:
真核生物mRNA的特征。
真核生物mRNA转录后的加工过程及机制。
分泌性蛋白质的靶向输送过程。
真核生物基因表达调控特点。
3.掌握:
断裂基因、外显子、内含子、增强子、单顺反子、反式作用因子、核酶的概念。
真核生物转录水平基因表达调控机制、转录因子、增强子、反式作用因子对转录的影响。
真核生物基因结构特点。
基本转录因子,转录因子特异的DNA结合域(锌指、亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋)的结构特点。
第七章细胞信号转导
[教学内容]
1.细胞间联系的方式,细胞间信息物质,细胞内信息物质,第二信使、第三信使的概念。
2.化学信息分子的性质及其与靶细胞的作用,水溶性信息分子与脂溶性信息分子作用特点。
3.细胞信号系统,受体的概念、分类。
各类受体结构特点及功能。
受体与配体结合的特点。
受体活性的调节。
4.cAMP-蛋白激酶A通路
1腺苷酸环化酶的激活与抑制
2环腺苷酸(cyclicadenosinemonophosphate,cAMP):
结构、合成与分解、功能
3PKA的作用
4cAMP信号系统对靶细胞的调节
5磷蛋白磷酸酶(phosphoproteinphosphatases,PP)
6cAMP介导的基因转录
5.磷脂与Ca2+-蛋白激酶通路
1IP3及DG的生成及代谢
2IP3的作用
3DG的作用
4蛋白激酶C(PKC):
分类、结构特点、作用
5细胞内Ca浓度的调节
6钙结合蛋白
7Ca2+-CaM系统
6.cGMP-蛋白激酶信号系统
1cGMP:
结构、合成与分解
2cGMP的功能
3膜结构型及胞浆水溶性鸟苷酸环化酶的结构与作用
4依赖cGMP的蛋白激酶
7.受体酪氨酸蛋白激酶信号传递
1生长因子受体的结构及分类
2受体的激活:
与配体结合、受体二聚化、自身磷酸化、靶细胞磷酸化
3SH2蛋白
4受体酪氨酸蛋白激酶的信号传递途径:
PLC-PKC途径;Ras蛋白信号传递途径
5生长因子信号系统与癌基因
8.细胞因子受体的信号传递
1细胞因子受体的结构
2非受体型酪氨酸蛋白激酶的分类与结构
3JAKs-STATs信号传递途径
9.胰岛素受体信号传递
1胰岛素受体的结构
2细胞内胰岛素受体底物(IRS):
IRS的结构、功能,Shc蛋白
3胰岛素信号所激发的胞内信号传递途径:
Ras-MAP激酶途径;P13-K途径
10.核因子κB系统
11.TGF-β信号传导通路
12.胞内受体(类固醇激素受体)信号传递
1类固醇激素受体在细胞的定位与激活
2类固醇激素受体的结构
3类固醇激素受体与DNA的相互作用
[教学要求]
1.了解:
化学信息分子的性质及其与靶细胞的作用,水溶性信息分子与脂溶性信息分子作用特点。
受体活性的调节。
细胞因子受体的信号传递,核因子κB系统。
2.熟悉:
细胞间联系的方式,细胞内信息物质。
各类受体结构特点及功能。
胰岛素受体信号传递,TGF-β信号传导通路
3.掌握:
细胞间信息物质,第二信使的概念。
受体的概念。
细胞膜受体绝大部分是糖蛋白,细胞内受体为DNA结合蛋白。
G蛋白偶联受体和酪氨酸蛋白激酶型受体的结构特点,G蛋白的概念及结构特点,受体与配体结合的特点。
cAMP蛋白激酶途径,cGMP蛋白激酶途径,Ca2+-依赖性蛋白激酶途径,酪氨酸蛋白激酶途径、细胞内受体介导的信息传递途径。
第八章分子生物学研究方法
[教学内容]
DNA、RNA及蛋白质操作技术(上篇)
1.重组DNA操作基本过程。
2.DNA基本操作技术的原理及操作:
核酸凝胶电泳技术、细菌转化与目标DNA分子的增殖、PCR技术、实时定量PCR、基因组DNA文库构建。
3.RNA基本操作技术的原理及操作:
总RNA的提取、mRNA的纯化、cDNA文库的构建、基因文库的筛选。
4.SNP的理论与应用
5.基因克隆技术的原理及操作:
RACE技术等
6.蛋白质组与蛋白质组学技术的原理及操作:
双向电泳技术、蛋白质印迹法、蛋白质质谱分析技术。
基因功能研究技术(下篇)
1.基因表达研究技术:
基因表达系列分析技术、RNA的选择性剪接技术、原位杂交技术、基因定点突变技术。
2.基因敲除技术:
基本原理及技术路线
3.蛋白质及RNA相互作用技术:
酵母单杂交系统、酵母双杂交系统、体外蛋白质相互作用技术、细胞内蛋白质相互作用研究——荧光共振能量转移法、RNAi技术。
4.芯片及数据分析:
芯片技术原理、基因芯片点制过程及数据分析。
5.其他分子生物学技术:
凝胶缓滞实验、噬菌体展示技术、蛋白质磷酸化分析技术。
[教学要求]
1.了解:
SNP的理论与应用、RACE技术、基因组DNA文库构建、cDNA文库的构建、基因文库的筛选、基因敲除技术:
基本原理及技术路线、噬菌体展示技术、蛋白质磷酸化分析技术等的原理。
2.熟悉:
重组DNA操作基本过程。
细菌转化与目标DNA分子的增殖、双向电泳技术的原理和操作。
基因定点突变技术、芯片技术、原位杂交技术原理。
3.掌握:
核酸凝胶电泳技术、PCR技术、总RNA的提取、mRNA的纯化、蛋白质印迹法的原理和操作。
RNAi技术的原理及操作。
第九章癌基因、抑癌基因与肿瘤
[教学内容]
1.癌基因、病毒癌基因、细胞癌基因和原癌基因的概念。
癌基因的分类,癌基因的产物与功能,癌基因活化的机制。
2.抑癌基因的概念、分类,抑癌基因的作用机制。
3.生长因子的概念,生长因子的作用机制,生长因子与疾病的关系。
4.肿瘤与癌症:
反转录病毒致癌基因概念及结构特点、原癌基因概念、产物及分类、原癌基因表达调控。
5.人类免疫缺陷病毒——HIV:
病毒结构、HIV基因组及编码蛋白、HIV复制、HIV基因表达调控、HIV的感染及致病机制、治疗及预防。
[教学要求]
1.了解:
病毒癌基因的结构特点,原癌基因的特点。
抑癌基因的概念、分类。
2.熟悉:
生长因子的概念,生长因子的作用机制,生长因子与疾病的关系。
3.掌握:
癌基因、病毒癌基因、细胞癌基因、原癌基因、抑癌基因、生长因子的概念。
癌基因的分类,癌基因的产物与功能。
癌基因活化的机制。
P53基因的抑癌机制。
第十章基因诊断与基因治疗
[教学内容]
1.基因诊断的概念和特点。
基因诊断常用的技术方法有核酸分子杂交技术、聚合酶链反应、基因测序和基因芯片。
基因诊断的应用。
2.基因治疗的概念,基因治疗的基本方法为基因矫正、基因置换、基因增补、基因失活和自杀基因的应用。
3.基因治疗的基本程序,基因治疗的应用与展望。
[教学要求]
1.了解:
基因诊断的应用。
基因治疗的基本程序,基因治疗的应用与展望。
2.熟悉:
基因诊断常用的技术方法,基因治疗常用的载体及用于基因治疗载体的基本条件。
3.掌握:
基因诊断和基因治疗概念。
基因治疗的基本方法,基因失活技术。
实验:
实验项目一览表
序号
实验项目
内容提要
实验
类型
学时
分配
主要仪器
设备
实验
地点
备注
1
实验一质粒DNA和细胞总mRNA的提取及电泳分析
应用碱变性法利用染色体DNA与质粒DNA的变性与复性的差异,而达到分离目的从而将质粒DNA与大肠杆菌染色体DNA分离。
利用Trizol试剂抽提总RNA,它在破碎和溶解细胞时能保持RNA的完整性,裂解细胞并释放出RNA,酸性条件使RNA与DNA分离,加入氯仿后离心,样品分成水样层和有机层。
RNA存在于水样层中。
收集上面的的水样层后,RNA可以通过异丙醇沉淀来还原。
然后经琼脂糖凝胶电泳分析DNA的质量。
综合性
4学时
离心机,电泳仪
生物化学教研室
2
实验二RT-PCR技术
用trizol提取小鼠总RNA,在逆转录酶作用下,以mRNA为模板,经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的cDNA链。
再以cDNA为模板,进行PCR扩增技术。
PCR由变性、退火、延伸三个步骤组成一个循环周期。
每个周期的产物又可作为下一周期的模板,如此循环往复,经过一定次数循环后,目的DNA分子的拷贝数大量增加。
综合性
4学时
PCR仪,离心机,电泳仪
生物化学教研室
3
实验三蛋白质提纯、SDS-PAGE、westernblot
westernblot一般由凝胶电泳、样品的印迹和免疫学检测三个部分组成。
第一步是做SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳,使待测样品中的蛋白质按分子量大小在凝胶中分成带。
第二步把凝胶中已分成条带的蛋白质转移到一种固相支持物上,用得最多的材料是硝酸纤维素膜(NC膜和PVDF膜,蛋白转移的方法多用电泳转移(转移电泳)。
第三步是用特异性的抗体检测出已经印迹在膜上的所要研究的相应抗原。
该技术被广泛应用于蛋白表达水平的检测中。
8学时
实验一:
质粒DNA和细胞总mRNA的提取及电泳分析
[实验目的与任务]
1.熟悉分子生物学实验的操作特点。
2.掌握质粒DNA及总mRNA提取的基本原理。
3.熟悉DNA及RNA操作的基本方法。
4.熟悉琼脂糖凝胶电泳的原理和操作。
[实验教学基本要求]
实验在老师的指导下,由学生自己采取两人一组完成实验操作。
实验二:
RT-PCR技术及其产物电泳分析
[实验目的与任务]
1.熟悉RT-PCR反应的原理。
2.掌握RT-PCR反应的操作步骤以及PCR反应参数的选择与优化。
3.掌握PCR扩增产物的琼脂糖凝胶电泳检测方法。
[实验教学基本要求]
实验在老师的指导下,由学生自己采取两人一组完成实验操作。
实验三:
蛋白质提纯、SDS-PAGE、westernblot
[实验目的与任务]
1.掌握SDS-PAGE测定蛋白质分子量及分离纯化蛋白质的原理
2.掌握westernblot分析蛋白质的原理
3.熟悉SDS-PAGE、westernblot的操作技术
[实验教学基本要求]
实验在老师的指导下,由学生自己采取两人一组完成实验操作。
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