分子生物学电子教案.docx
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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:
***
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
MOLECULARSTRUCTUREOFNUCLEICACIDS
Wewishtosuggestastructureforthesaltofdeoxyribosenucleicacid(D.N.A).Thisstructurehasnovelfeaturewhichareofconsiderablebiologicalinterest.
DNADOUBLEHELIXMODEL
1、Inthedoublehelix,thetwoDNAstrandsareorganizedinanantiparallelarrangement.
2、Onestrandisoriented5’→3’andtheotherisoriented3’→5’.
3、Thetwostrandsruninoppositepolarity.
4、Thebasesofthetwostrandsarecomplementarybasepairing.
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5~10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(April25,1953)上发表的MOLECULARSTRUCTUREOFNUCLEICACIDS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(biomembranesystem)
2、质膜(plasmamembrane)
3、内膜系统(internalmembrane)
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
ThenucleosomeiscomposedofacoreofeighthistoneproteinsandtheDNA(coreDNA,146bp)wrappedaroundthem.TheDNAbetweeneachnucleosomeiscalledalinkerDNA.EacheukaryotehasacharacteristicaveragelinkerDNAlength(20-60bp).
五、染色体的包装结构
1、多级螺旋模型(multiplecoilingmodel)
2、骨架—放射环结构模型
(Scaffold-radialloopstructuremodel)
复习题
1、问答题:
染色体的多级螺旋模型(multiplecoilingmodel)
和骨架—放射环结构模型(Scaffold-radialloopstructuremodel)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(Linkingnumber),双链DNA的交叉数,不发生链断裂时,L为定值。
T为盘绕数(Twistingnumber),双链DNA的缠绕数,初级螺旋圈数。
W为超盘绕数(Writhingnumber)。
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-ConservationReplication)
1、DNA的半保留复制的英文表述
InthecourseofDNAreplication,thehydrogenbondsbetweentwobasesbreakup,thedoublehelixopensupandbothstrandsserveastemplateforthesynthesisofnewDNA,producingcomplementarydouble-strands.
Theproductsofthereactionaretwodaughterdouble-strandedDNAmolecules,eachofwhichhasoneoriginaltemplatestrandandonestrandofnewlysynthesizedDNA.Sothebasesofthetwodaughterdouble-strandedDNAmoleculesarethesameastheoriginalDNAmolecules.Thus,replicationissemi-conservative.
2、1958Meselson-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(replicationfork)
2、单链DNA结合蛋白(singlestrandbindingprotein,SSBP)
3、RNA引物酶
4、先导链(leadingstrand)
后滞链/后随链(laggingstrand)
5、半不连续复制(semi-discontinuousreplication)
岗崎片段(Okazakifragment)
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(EnzymologyofDNAReplication)
(一)DNA聚合酶(polymerase)
(二)DNA解螺旋酶(helicase)
(三)DNA旋转酶(Topoisomerase)
(四)DNA连接酶(DNALigase)
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DNADNA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φX174DNA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
(DNAreplicationinProkaryote)
(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)φX174DNA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
Thepolymerasechainreaction(PCR)isusedtoamplifyasequenceofDNAusingapairofoligonucleotideprimerseachcomplementarytooneendoftheDNAtargetsequence.
ThetwoprimersareextendedtowardeachotherbyaDNApolymeraseinareactioncycleofthreesteps:
denaturation,annealing,extension.
PCRallowsspecificDNAsequencetobeamplifiedoveramillionfold.AmplifiedDNAisusedfortheanalysisofgenes.
(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.KaryMullis1993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(DNAmutation)
1、突变
2、点突变
3、沉默突变(silentmutation)
4、致死突变(lethalmutation)
5、渗漏突变(leakymutation)
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
MutS:
结合于错配碱
MutH:
结合于GATC
MutL:
使MutS和MutH连结成复合物
4、易错修复:
重组修复\应急措施(SOSresponse)
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)
TranspositionisaspecificformofgeneticrecombinationthatmovescertaingeneticelementsfromoneDNAsitetoanother.
Thesemobilegeneticelementsarecalledtransposableelementsortransposons.
MovementoccursthroughrecombinationbetweentheDNAsequencesattheendsofthetransposonsandasequenceinthehostDNAwithlittlesequenceselectivity.
2、转座子的结构特征
(1)反向重复序列(invertedrepetitivesequence,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(monocistronicmRNA)
多顺反子mRNA(polycistronicmRNA)
(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)rRNA
1、核糖体的功能
2、大亚基功能
3、小亚基功能
(三)tRNA
1、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(RNAPolymerase)
1、原核生物RNA聚合酶
InE.coli,allgenesaretranscribedbyasinglelargeRNApolymerasewiththesubunitstructureα2ββ′σ.Thiscompleteenzymeiscalledtheholoenzyme.RNApolymerasewithouttheσ-subunitiscalledthecoreenzyme(α2ββ′).
Althoughitcontainsthecatalyticsiteforpolymerization,thecoreenzymecannotinitiatetranscriptionspecificallyatpromotersites;onlythecompleteholoenzymeα2ββ′σcandothis.
三、启动子(promoter)
1、原核生物
-10区嘌呤盒:
TATAAT(thepribnowbox)
-35区序列:
TTGACA
2、真核生物(RNA聚合酶II)
-30区:
TATA盒:
TATAAAA
-80区:
CAAT盒:
GGTCAATCT
-110区:
GC盒:
GCCACACCC\GGGCGGG
3、转录单元(transcriptunit)
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ω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、σ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σ
因子
四、RNA合成的终止
1、终止子(terminator)
2、不依赖ρ因子的终止子
3、依靠ρ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α-鹅膏蕈碱的敏感性
1、RNA聚合酶I:
核仁中,合成rRNA
2、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:
DNA5′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ρ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
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