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分子生物学教学大纲  

研究生《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:Medical molecular biology

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:基础医学院

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

授课方式:理论与实验

考核方式:闭卷考试

选用教材:

1.《医学分子生物学》,田余祥主编,科学出版社,2013年。

2.《现代分子生物学》,朱玉贤主编,高等教育出版社,2007年。

3.《医学分子生物学》,查锡良主编,人民卫生出版社,2003年。

4.《分子生物学常用实验操作》,胡维新主编,湖南科学技术出版社,2003年。

5《生物化学与分子生物学实验》 肖建英主编,科学出版社,2011年。

参考教材:

1()本杰明.卢因编著.《基因北京:科学出版社. 2008年。

2Robert F. Weaver编著Molecular Biology(第二版). 北京:科学出版社. 2002年。 

3Sambrook and Ruussell编著.Molecular Cloning(第三版). 西安:世界图书出版公司.2002年。

4Timothy M. Cox & John Sinclair编著.Medical Molecular Biology北京:科学出版社. 2000年。

5. Gerald Karp. Cell and Molecular Biology 3rd ed.(影印版). New York: John Wiley & SonsInc. 2002.

6.《医学分子生物学》(卫生部八年制规划教材),冯作化主编,人民卫生出版社,2005年。

分子生物学相关网站:

1. http://mcb.berkeley.edu/courses/ 加州大学伯克利分校细胞与分子教学网站

2. NCBIhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/美国国家生物技术信息中心

3. http://homepage.2699.com/home0/ecoli/molecula/home.htm 分子生物学简明读本

4. http://www.dxy.cn丁香园/基础医学区/分子生物学

5. http://web.bioon.com/ 生物谷

6. http://bbs.bioon.com/中国生命科学论坛

 

前    言

[课程简介]

分子生物学(Molecular Biology)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]

分子生物学是生命科学的前沿学科,已成为医学科学领域的基础理论和主要技术手段。本课程的教学目标是使学生掌握分子生物学的基础知识、基本理论与基本技能,了解分子生物学的最新进展及其在医学研究领域的应用,培养学生用分子生物学的基本理论和基本知识来分析问题和解决问题的能力,激发学生的创新意思与创新能力。

本课程为我院医学研究生各相关专业学生的专业基础必修课,包含分子生物学理论与实验两个方面的教学内容。在教学过程中,不但注重基本理论、基础知识、基本技能的传授与学习能力的培养,还要注重分子生物学实验技术应用教学,使学生即掌握分子生物学的基本理论与基础知识,又了解分子生物学发展的前沿与进展,了解分子生物学理论和技术在医学研究中的应用,从而培养学生综合分析问题和解决问题的能力与创新思维能力。本课程还引导学生充分利用医学分子生物学精品课程网络教学开展互动学习,扩大学生知识面,加强自学能力培养,使学生专业知识及综合素质得到全面发展和提高。

[课程的重点、难点及解决办法]

重点:基因的结构与功能、DNA复制、损伤与修复、分子生物学研究方法

难点:原核生物基因表达与调控、核生物基因表达与调控、细胞信号转导

解决办法:重点内容系统讲授、注重理论与实际相结合;难点内容根据知识特点和结构开展案例教学、PBL教学、启发式教学等多元化教学方法,启发学生的思维;引导学生查阅文献、利用网络资源、丰富自己的知识,解决疑难问题。

[各章节主要内容及学时分配]

章节

内容

理论课学时数(36)

实验课学时数

第一章

绪论

2

 

第二章

染色体与DNA

4

 

第三章

生物信息的传递(上)——DNARNA

4

 

第四章

生物信息的传递(下)——mRNA到蛋白质

4

 

第五章

分子生物学研究法(上)——DNARNA及蛋白质操作技术

4

16

第六章

分子生物学研究法(下)——基因功能研究技术

4

 

第七章

基因的表达与调控(上)——原核基因表达调控模式

4

 

第八章

基因的表达与调控(下)——真核基因表达调控一般规律

4

 

第九章

疾病与人类健康

4

 

第十章

基因组与比较基因组学

2

 

 

第一章 绪论

[教学内容]

1.引言

2.分子生物学发展简史

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 染色体与DNA

[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.DNA的一级结构。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AGCTRNA分子中的碱基为AGCU,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.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。

5.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。

6.参加复制的物质,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。

7.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。

8.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。

9.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。

 

第三章 生物信息的传递(上)——DNARNA

[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。真核生物RNA聚合酶的种类、结构及作用。

2.结构基因、不对称转录、模板链、编码链、转录因子、断裂基因、外显子、内含子、核酶的概念。

3. 原核生物与真核生物的转录过程,真核转录因子,特别是参与RNA-pol转录的TF

4.原核生物与真核生物mRNA的特征。

5.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。核酶的特性,核酶研究的意义。

[教学要求]

1.了解:原核生物与真核生物mRNA的特征。

2.熟悉:RNA转录的基本过程,真核生物mRNA转录后的加工过程及机制。

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、断裂基因、外显子、内含子、单顺反子、多顺反子、核酶的概念。

 

第四章 生物信息的传递(下)——mRNA到蛋白质

[教学内容]

1.遗传密码的特性,阅读框。

2.参与翻译的物质,mRNAtRNArRNA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。

3.翻译的过程,原核生物生物翻译起始的不同,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。

4.蛋白质翻译后修饰,几种促进蛋白质折叠的大分子,蛋白质的靶向输送,分泌性蛋白质的输送过程。

5.蛋白质生物合成的干扰和抑制,干扰素的抗病毒机制。

6.蛋白质的降解

[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。

2.熟悉:核体循环过程。几种促进蛋白质折叠的大分子,分泌性蛋白质的靶向输送过程。

3.掌握:参与翻译的物质,mRNAtRNArRNA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。

 

第五章 分子生物学研究法(上)——DNARNA及蛋白质操作技术

[教学内容]

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。

[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、基因文库的筛选等原理。

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。

 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

 

第六章 分子生物学研究法(下)——基因功能研究技术

[教学内容]

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: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的原理。

2.熟悉:基因定点突变技术、芯片技术、原位杂交技术原理

 3.掌握:RNAi技术的原理及操作。

 

第七章 基因的表达与调控(上)——原核基因表达调控模式

[教学内容]

1.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。

2.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。

3.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:色氨酸操纵子的转录衰减调节,转录后调控机制。

2.熟悉:原核生物基因表达调控的基本原理。

3.掌握: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。

 

第八章 基因的表达与调控(下)——真核生物的表达和调控

[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DNA水平上的基因表达调控,甲基化与基因活性的调控。

3.真核转录因子,特别是参与RNA-pol转录的TF、增强子、反式作用因子对转录的影响。

4.蛋白质磷酸化对转录活性的调控。受cAMP水平调控的A激酶、C激酶与PIP2IP3DAGCaM激酶及MAP激酶、酪氨酸激酶途径。

5.乙酰化对基因表达的影响。

6.激素与热激蛋白对基因表达的影响。

7.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。

8.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。

 2.熟悉: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、反式作用因子的概念。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--螺旋)的结构特点,各种激酶的基因表达调控途径。

 

第九章 疾病与人类健康

[教学内容]

1.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。

2.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。

3.乙型肝炎病毒——HBVHBV的分类及结构、HBV基因组及编码蛋白、HBV复制。

4.人禽流感的分子生物学机制:病毒特点及分型、禽流感病毒进入细胞及转录、复制、感染人类机制。

5.SARS的分子机制

6.基因治疗:基因治疗的主要途径,病毒载体、非病毒载体。

[教学要求]

1.了解:病毒癌基因的结构特点,原癌基因的特点。

2.熟悉: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:癌基因、病毒癌基因、细胞癌基因、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。

 

第十章 基因组与比较基因组学

[教学内容]

1.高通量DNA序列分析技术:DNA序列测定的基本原理、基因组DNA大片度文库的构建、鸟枪法序列测定技术及改良

2.人类基因组计划:定义,人类基因组计划研究的内容和意义、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.其他基因组:大肠杆菌基因组的结构特点。

4.比较基因组学及相关研究:基因组数据的发掘与分析、基因组数据的比较研究。

 [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、人类基因组计划研究的内容和意义。

3.掌握:基因组的定义及结构特点,人类基因组的定义、大肠杆菌基因组与真核生物基因组的主要区别。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验课: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RNADNA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                                

 

 

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-PAGEwestern blot         

 

western blot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 )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DNARNA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-PAGEwestern blot 

[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western blot 分析蛋白质的原理

3.熟悉SDS-PAGEwestern blot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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