《生物化學(xué)》第七版教案

安陽職業(yè)技術(shù)

學(xué)院

教案

院系：

教研室：

姓名：

課程名稱：

時間

課程

名稱

課程

簡介

對教

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)

學(xué)

授課對象時間

時

授課地點教材

教學(xué)

目的

要求

教學(xué)

重點

難點

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（centraldogma）：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，

堿基互補配對規(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

半保留復(fù)制：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，

各自為模板按堿基互補配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子

代細胞的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，兩個子細胞的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。

實驗依據(jù)：1958年，M.Messelson和F.W.Stahl用實驗證

明半保留復(fù)制。

意義：半保留復(fù)制的闡明，對了解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)制時所形成的復(fù)制叉上的兩股母鏈

也是走向相反，因此復(fù)制時，沿母鏈的3’至5’是連續(xù)合成的而

沿母鏈5’至3’方向為不連續(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+PPi

2.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：

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)切酶性質(zhì)，作用：切除錯誤DNA片段；3’→

5’的核酸外切酶性質(zhì)，作用：即時校對。

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，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，

引發(fā)酶合成一段與DNA復(fù)制點堿基序列配對的RNA，提供

OH基團，為合成作準(zhǔn)備。

2、復(fù)制的延長；

在DNA聚合酶的催化下，按照堿基因互補配對規(guī)律逐加

入底物，鏈逐漸延長。

3、復(fù)制的終止；

到達復(fù)制子末端后，水解引物，DNA聚合酶填補缺口，DNA

連接酶連接，完成DNA的復(fù)制。

4、真核生物DNA復(fù)制后末端的補平；

真核生物的DNA復(fù)制完成后，5‘端由于沒有引物，這

時候由端粒酶補平。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；

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）突變是進化、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

的兩個嘧啶堿基發(fā)生共價結(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，又不能及時修復(fù)的DNA可先進行復(fù)制，然

后把正常的DNA補到缺口，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，各自的實驗依據(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（replicationfork）、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？

10．什么是突變，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

1.首先把前面所學(xué)的第一篇和第二篇的內(nèi)容進行概要復(fù)習(xí)，再通過圖片和實例切

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)容和重點內(nèi)容；

3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實例，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

2007級本科學(xué)

授課對象4時間2008.10.19/26

臨床專業(yè)1、2、3班時

《生物化學(xué)》·第七版·人民

授課地點5315、5506、2301教室教材

衛(wèi)生出版社

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

教學(xué)

核生物和真核生物的啟動子的組成特點，真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工。

目的

2、熟悉：順式作用元件、反式作用因子，轉(zhuǎn)錄的基本過程。

要求

3、了解：RNA轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合及啟動。

1.重點：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

教學(xué)

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

重點

終止子的類型及結(jié)構(gòu)。

難點

2.難點：原核生物和真核生物啟動子的組成及特點。

教學(xué)

大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床

方法

教具多媒體教學(xué)課件

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)錄模板10mins

2．RNA聚合酶25mins

第二節(jié)轉(zhuǎn)錄過程

1．原核生物的RNA聚合酶及其啟動子20min

2．真核生物的RNA聚合酶及其啟動15mins

授課小結(jié)5mins

提綱第三節(jié)轉(zhuǎn)錄的基本過程

1．原核生物轉(zhuǎn)錄的基本過程20mins

2．真核生物轉(zhuǎn)達錄的基本過程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15mins

2．tRNA轉(zhuǎn)錄后加工15mins

3．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（centraldogma）：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的過程稱轉(zhuǎn)錄，

堿基互補配對規(guī)律是也是轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)。

3.轉(zhuǎn)錄的基本規(guī)律：不對稱轉(zhuǎn)錄，它包括發(fā)下兩個主面含

義。

（1）轉(zhuǎn)錄時只有一條鏈作模板進行轉(zhuǎn)錄；

（2）模板并非永遠在同一條鏈上。

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+PPi

2.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’端進行

的，此過程由RNA聚合酶（RNApolymerase）催化。RNA聚

合酶首先在啟動子部位（promoter）與DNA結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄泡

(transcriptionbubble)，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α2ββ’構(gòu)成，核心酶加上σ因子為全酶，即σα2ββ’，

其中σ亞基識別轉(zhuǎn)錄起始點，α亞基決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄，β’

亞基與模板結(jié)合，β亞基具有催化功能。

5.RNA合成的一般特點：

RNA的合成與DNA合成從總體上看來非常相似，但有以

下三方面明顯不同：

①所用的原料為核苷三磷酸，而在DNA合成時則為脫

氧核苷三磷酸；

②只有一條DNA鏈被用作模板，而DNA合成時兩條

鏈分別用作模板；

③RNA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，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(nontemplatestrand).

二、原核生物RNA的合成

通常把轉(zhuǎn)錄后形成一個RNA分子的一段DNA序列稱為一

個轉(zhuǎn)錄單位（transcriptunit）。一個轉(zhuǎn)錄單位可能剛好是一個基

因，也可能含有多個基因。在細菌等原核生物中一個轉(zhuǎn)錄單位

通常含有多個基因，而真核生物中則大多含有一個基因。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δ因子的作用下

與DNA上的啟動子部位結(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。δ因子在RNA鏈伸長到8~9

個核酸后，就被釋放，然后由核心酶催化RNA的延伸。

鏈的延伸

RNA鏈的延伸是在δ因子釋放之后，在RNA聚合酶四聚

體核心酶的催化下進行。因RNA聚合酶同時具有解開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。實際上，DNA模板與新合

成的RNA鏈之間配對非常少，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（terninationsignal）時，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：一類只有在蛋白質(zhì)ρ存在

的情況下，轉(zhuǎn)錄才會終止，稱為依賴于ρ的終止子（ρ-dependent

terminator）；第二類使轉(zhuǎn)錄終止不需要ρ的參與，所以稱為不依

賴于ρ的終止子（ρ-independentterminator）.

三、真核生物轉(zhuǎn)錄后加工：

實際上在原核生物中，RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的合成以及

mRNA的降解通常是同時進行的。因為在原核生物中不存在核

膜分隔的核，另外，RNA的轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成都是從5’向3’

方向進行，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的轉(zhuǎn)錄及加工：

大多數(shù)真核生物的mRNA在轉(zhuǎn)錄后必須進行下面三方面

的加工后（圖3-28），才能運送到細胞質(zhì)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的翻譯。

⒈在mRNA前體的5’端加上7-甲基鳥嘌呤核苷的帽子

（cap）

當(dāng)RNA鏈合成大概達到30個核苷酸后，就在其5’端上

加上一個7-甲基鳥嘌呤核苷的帽子，它含有二個甲基和稀有的

5’-5’三磷酸鍵。其作用是在蛋白質(zhì)翻譯時識別起始位置以及

防止被RNA酶降解。

⒉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Ⅱ催化下合成mRNA的前體

hnRNA，比實際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個核苷酸處，然后

由核酸內(nèi)切酶對其進行加工，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個聚腺

苷酸poly(A)尾巴，此過程一般稱為聚腺苷酸化，它對增加

mRNA的穩(wěn)定性以及從細胞核向細胞質(zhì)的運輸具有重要作用。

3如果基因中存在不編碼的內(nèi)含子序列，要進行剪接，將

其切除

真核生物基因與原核生物基因的一個顯著的不同就是真

核生物大多數(shù)基因內(nèi)含有大量的非編碼序列。現(xiàn)在一般將一個

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）。因為在一個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hnRNA同樣既含有編

碼序列，也含有非編碼序列。因此，必須對hnRNA進行剪接，

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．原核生物啟動子的組成、結(jié)構(gòu)及特點.

3．真核生物起動子的基本組成、結(jié)構(gòu)及特點。

4．原核生物轉(zhuǎn)錄的終止有幾種方式？不依ρ因子的終止子的結(jié)構(gòu)是什

么.

5．什么是轉(zhuǎn)錄單位(transcriptionunit)？

6．舉例說明什么是順式作用元件(cis-actingelements)，什么是反式

作用因子(trana-actingfactors)？

7．什么是基因(gene)、結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)、斷裂基因

(splittinggene)？

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

(hallmarker)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？

10．什么是增強子？它有什么作用特點？

11．什么是核酶，有什么特點？

授課特點

1.首先把前面所學(xué)的第一篇和第二篇的內(nèi)容進行概要復(fù)習(xí)，再通過圖片和實例切入

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)容和重點內(nèi)容；

3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實例，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·第十三章基因表達調(diào)控

2007級本科學(xué)

授課對象4時間2008.11.10/17

臨床專業(yè)1、2、3班時

《生物化學(xué)》·第七版·人民

授課地點5315、5506、2301教室教材

衛(wèi)生出版社

1、掌握：基因及其基因表達的概念，原核生物表達調(diào)控的特點，操

縱子的結(jié)構(gòu)與功能，真核基因組結(jié)構(gòu)特點，順式作用元件，反式作

教學(xué)

用因子定義、類型，啟動子、增強子、沉默子的含義。

目的

要求2、熟悉：真核基因表達調(diào)控的特點，基因表達調(diào)控的四個層次，基

因表達調(diào)控的生物學(xué)意義，乳糖操縱子調(diào)節(jié)機制。

3、了解：基因表達調(diào)控的基本原理，基因表達的時間性及空間性。

1.重點：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，順式作用元件，反式作用因子定義、類型，啟動子或啟動

教學(xué)

序列、增強子、沉默子的含義。

重點

難點2.難點：基因表達的時間性及空間性，基因表達調(diào)控的基本原理，

真核基因表達調(diào)控的特點。

教學(xué)

大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床和生活實際實例

方法

教具多媒體教學(xué)課件

導(dǎo)入，概述5mins

第一節(jié)基因表達調(diào)控的基本概念與原理

一、基因表達的概念，基因表達的時間性及空間性10mins

二、基因表達的方式，基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義10mins

三、基因表達調(diào)控的基本原理15mins

第二節(jié)原核生物基因表達調(diào)控

授課一、原核生物基因表達調(diào)控特點20mins

提綱二、乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機制25mins

三、其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機機制15mins

第三節(jié)真核生物基因表達調(diào)控

一、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點15mins

二、真核生物基因表達調(diào)控特點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．?dāng)嗔鸦颍╯plittinggene）：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(repeatgene)：一個基因含有兩個或兩個以上的

拷貝數(shù)。

E．重疊基因（overlappinggene）：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：一個物種的一整套遺傳信息；

2．基因表達

（1）基因表達的概念：

基因表達就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯過程，其中轉(zhuǎn)錄是基因表達的

第一步。

（2）基因表達的時空特異性

基因表達的特導(dǎo)性包括時間特異性和空間特異性。

（3）基因表達的方式

包括組成性表達、誘導(dǎo)和阻遏。

（4）基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義

適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖；維持個體發(fā)育與分化；

（5）基因表達調(diào)控的基本原理

A．基因表達的多級調(diào)控。

B．基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基因要素：特異DNA序列；順式作用

元件（啟動子序列，如TATAbox、CCAATbox）；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、原核生物基因表達調(diào)節(jié)

1、原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點

（1）sigma因子決定RNA聚合酶識別特異性；

原核生物細胞僅有一種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

識別特異啟動子序列；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，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位—操縱

（operon），因此，操縱子機制在原核基因調(diào)控中具有普遍意

義。

（3）阻礙蛋白與阻礙機制的普遍性。

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，就會發(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、啟動子序列P及一個調(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。當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，

cAMP與CAP結(jié)合，這時CAP結(jié)合在lac啟動序列附近的

CAP位點，可促進轉(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對翻譯的調(diào)節(jié)作用

4．其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制

（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)

（SOSresponse）。

三、真核生物基因表達調(diào)節(jié)

1、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點。

（1）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大；

哺乳動物基因組DNA約由3×109堿基對組成，而大腸

桿菌的基因組DNA大約只有4.2×106堿基對。

（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，

由操縱子機制控制轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為多順反子

（poly-cistron）

（3）真核生物的基因組中有重復(fù)序列；

（4）真核生物的基因為不連續(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、真核生物基因表達調(diào)控特點。

（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，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)機制更有效；負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟。

（4）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進行；

真核細胞有細胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不

同亞細胞結(jié)構(gòu)中進行。

（5）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工。

鑒于真核基因結(jié)構(gòu)特點，轉(zhuǎn)錄后剪接及修飾等過程比原

核生物基因復(fù)雜。

3、RNApolⅠ和polⅢ的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。

（1）RNApolI轉(zhuǎn)錄體系的控制；

（2）RNApolIII轉(zhuǎn)錄體系的控制。

4、RNApolⅡ?qū)D(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

（1）順式作用元件

指調(diào)節(jié)基因表達的DNA序列，主要包括啟動子、增強

子及沉默子

（2）反式作用因子

參與基因表達調(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(structuralgene)，什

么是假基因(pseudo-gene)，什么是斷裂基因(splitting

gene)，什么是跳躍基因(jumpinggene)？

2．什么是基因表達(geneexpression)?試述基因表達變化的特

點及其調(diào)控對生物體的重要性。

3．為什么說轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控是基因表達調(diào)控的中心環(huán)節(jié)?

4．舉實際例子說明操縱元(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(genomeineukaryote)的結(jié)構(gòu)特點有哪

些？

6．比較真核和原核生物的基因表達和基因表達調(diào)控相似和

不同之處。

7．論述啟動子（promotor）、增強子(enhancer)和轉(zhuǎn)錄因子

(transcriptionalfactors)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

1.首先把第十二章的內(nèi)容進行概要復(fù)習(xí)，再通過生物界遺傳進化的規(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

點內(nèi)容；

3.就相應(yīng)內(nèi)容聯(lián)系臨床和生活實例，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，將難點講清楚。

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

2007級本科學(xué)

授課對象4時間2008.11.24/30

臨床專業(yè)1、2、3班時

《生物化學(xué)》·第六版·人民

授課地點5315、5506、2301教室教材

衛(wèi)生出版社

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

教學(xué)

來源，基因載體的類型。

目的

要求2、熟悉：同源重組、特異位點的基因重組、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。

1.重點：細菌基因轉(zhuǎn)移的接合作用、轉(zhuǎn)化作用和轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，限制性

教學(xué)

核酸內(nèi)切酶、基因載體、cDNA文庫、基因組DNA文庫的概念，目

重點

難點的基因的來源，基因載體的類型。

2.難點：重組DNA技術(shù)基本原理和操作步驟。

教學(xué)

大課講授，適當(dāng)結(jié)合臨床和生活實際實例

方法

教具多媒體教學(xué)課件

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、位點特異性重組15mins

三、接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)20mins

四、轉(zhuǎn)座20mins

授課小結(jié)5mins

提綱第二節(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

圖引起基因表達發(fā)生比較簡單的改變。在這里，人們只是模

仿大自然在進化過程中進行的重組和突變而已。

2．基因工程概念

基因工程(geneticengineering）是指采用人工方法將不同

來源的DNA進行重組，并將重組后的DNA引入宿主細胞中

進行增殖或表達的過程。

二、自然界的基因重組

根據(jù)重組的機制和對蛋白質(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、位點特異性重組和

異常重組。同源重組的發(fā)生依賴于大范圍的DNA同源序列

的聯(lián)會,在重組過程中,兩條染色體或DNA分子相互交換對等

的部分。真核生物的非姊妹染色單體的交換、細菌以及某些

低等真核生物的轉(zhuǎn)化、細菌的轉(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)也存在于其他細菌中。位點特異性重組發(fā)生在兩個

DNA分子的特異位點上。它的發(fā)生依賴于小范圍的DNA同

源序列的聯(lián)會,重組也只限于這個小范圍。兩個DNA分子并

不交換對等的部分,有時是一個DNA分子整合到另一個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,在形成重組分子時往往依賴于

DNA的復(fù)制而完成重組過程。例如,在轉(zhuǎn)座過程中,轉(zhuǎn)座因子

從染色體的一個區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個區(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DNA分子

同源序列間進行單鏈或雙鏈片段的交換，又稱基因重組。

2、細菌的基因轉(zhuǎn)移與重組

接合作用、轉(zhuǎn)化作用、轉(zhuǎn)化作用。

3、特異位點重組

λ噬菌體DNA的整合，細菌的特異位點重組，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)在對玉米籽粒顏色遺傳

進行觀察時所發(fā)現(xiàn)。轉(zhuǎn)座子在移位過程中，導(dǎo)致DNA鏈的

斷裂/重接，或是某些基因啟動/關(guān)閉。

（1）原核細胞轉(zhuǎn)座子

其原型是E.coli的IS(insertionsequence,插入序列)，一個

細菌細胞常帶少于10個IS序列。IS兩端存在著反向重復(fù)序

列IR(invertedrepeat)，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）真核細胞轉(zhuǎn)座子

真核細胞中轉(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；果蠅中有多個在基因組

內(nèi)隨機分布而能重復(fù)移動的轉(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。真和細胞基因

組流動性可能比原核細胞更大。

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克隆

（3）工具酶

在重組DNA技術(shù)中，常需要一些工具酶進行基因操作。如

限制性核酸內(nèi)切酶、連接酶等

（4）目的基因

需要進行克隆的外源基因

（5）基因載體

攜帶外源基因進行入宿主的特殊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