啟動子與增強子和啟發(fā)式教學法

第三章第二節(jié)啟動子與增強子教學目標：教學重、難點：教學內(nèi)容：一、原核生物啟動子1啟動子：是一段位于結(jié)構(gòu)基因5'端上游區(qū)的DNA序列，在轉(zhuǎn)錄起始之前被RNA聚合酶結(jié)合的DNA部位稱為啟動子；啟動子的結(jié)構(gòu)影響它與RNA聚合酶的親和力，決定基因表達強度。轉(zhuǎn)錄單元：是一段從啟動子開始到終止子（terminator）結(jié)束的DNA序列，RNA聚合酶從轉(zhuǎn)錄起點開始沿著模板前進，直到終止子為止，轉(zhuǎn)錄出一條RNA鏈；在細菌中，一個轉(zhuǎn)錄單元可以是一個基因，也可以是幾個基因。2轉(zhuǎn)錄起點：指與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基，研究證實通常為一個嘌呤。上游：常把起點前面，即5'末端的序列稱為（upstream）上游;下游：起點后面即3'末端的序列稱為下游（downstream）。在描述堿基的位置時，起點為＋1，下游方向依次為＋2，＋3……，上游方向依次為－1，－2，－3……。3啟動子結(jié)構(gòu)：Pribnow框：在起始點上游，幾乎在所有啟動子都存在一個6bp富含A/T區(qū)域TATAAT。通常位于－18位到－9位，稱為Pribnow框。該區(qū)域是RNA聚合酶牢固結(jié)合位點，RNA聚合酶結(jié)合后，這一富含A/T的DNA雙鏈解開。Sextama框：位于－35區(qū)附近有一TTGACA序列，是RNA聚合酶中的σ因子識別位點。以上這兩個位點對于轉(zhuǎn)錄起始都是非常重要的。σ因子識別－35區(qū)并與之結(jié)合。由于RNA聚合酶分子覆蓋面積能達到70bp，因此酶分子上的一個合適部位能接觸－10區(qū)。酶分子一旦與－10區(qū)結(jié)合以后，就從識別位點上解離下來。此外，－35序列的重要性還在于在很大程度上決定了啟動子的強度。。－10區(qū)和－35區(qū)的最佳距離：在原核生物中，－35區(qū)和－10區(qū)的距離大約是16～19bp，小于15bp或大于20bp都會降低啟動子的活性；保持啟動子這兩段序列以及它們之間的距離是十分重要的，否則就會改變它所控制的基因表達水平。在細菌中常見兩種啟動子突變：下降突變：如果把Pribnow其從TATAAT變成AATAAT，就會大大降低其結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平；上升突變:：即增加Pribnow區(qū)共同序列的同一性。突變后的-10區(qū)和-35區(qū)越接近共同序列，轉(zhuǎn)錄的RNA就越多；越遠離共同序列，轉(zhuǎn)錄的RNA就越少。例如，在乳糖操縱子的啟動子中，將其Pribnow區(qū)從TATGTT變成TATATT，就會提高啟動子的效率，提高乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄水4啟動子區(qū)的識別一般認為，RNA聚合酶并不直接識別堿基對本身，而是通過氫鍵互補的方式加以識別。在啟動子區(qū)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，腺嘌呤分子上的N6、鳥嘌呤分子上的N2、胞嘧啶分子上的N4都是氫鍵供體，而腺嘌呤分子上的N7、N3，胸腺嘧啶分子上的O4、O2，鳥嘌呤分子上的N7、O6、N3和胞嘧啶分子上的O2都是氫鍵受體。由于它們分別處于DNA雙螺旋的大溝和小溝內(nèi)，因此都具有特定方位，而酶分子中也有處于特定空間構(gòu)象的氫鍵受體與供體，當它們與啟動子中對應(yīng)的分子在一定距離內(nèi)互補時，就形成氫鍵，相互結(jié)合。這種氫鍵互補學說較為圓滿地解釋了啟動子功能既受DNA序列的影響，又受其構(gòu)象影響這一事實。二、真核生物啟動子真核生物啟動子有三類，分別由RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ進行轉(zhuǎn)錄。類別Ⅰ（classⅠ）啟動子：只控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)切割和加工后生成各種成熟rRNA。類別Ⅰ啟動子由兩部分保守序列組成：核心啟動子（corepromoter）：位于轉(zhuǎn)錄起點附近，從-45至+20；上游控制元件（upstreamcontrolelement，UCE）：位于-180至-107；RNA聚合酶Ⅰ對其轉(zhuǎn)錄需要2種因子參與：UBF1：一條M為97000的多肽鏈，結(jié)合在上述兩部分的富含GC區(qū)；1個TBP，即TATA結(jié)合蛋白（TATA-bindingprotein，TBP）；SL1：一個四聚體蛋白，含有3個不同的轉(zhuǎn)錄輔助因子TAFⅠ；在SL1因子介導下RNA聚合酶Ⅰ結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起點上并開始轉(zhuǎn)錄。類別Ⅱ（classⅡ）啟動子：類別Ⅱ啟動子涉及眾多編碼蛋白質(zhì)的基因表達的控制。該類啟動子包含4類控制元件：+1基本啟動子（basalpromoter）：序列為中心在-25至-30左右的7bp保守區(qū)，TATAAAA/T，稱為TATA框或Goldberg-Hogness框。與RNA聚合酶的定位有關(guān)，DNA雙鏈在此解開并決定轉(zhuǎn)錄的起點位置。失去TATA框，轉(zhuǎn)錄將在許多位點上開始。+1起始子（initiator）：轉(zhuǎn)錄起點位置處的一保守序列，共有序列為：PyPyANT(A)PyPyPy為嘧啶堿（C或T），N為任意堿基，A為轉(zhuǎn)錄的起點。DNA在此解開并起始轉(zhuǎn)錄。上游元件（upstreamfactor）：普遍存在的上游元件有CAAT框、GC框和八聚體（octamer）框等。CAAT框的共有序列是GCCAATCT，GC框的共有序列為GGGCGG和CCGCCC，八聚體框含有8bp，共有序列為ATGCAAAT；應(yīng)答元件（responseelement）：誘導調(diào)節(jié)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄激活因子與靶基因上的應(yīng)答元件結(jié)合。如熱休克效應(yīng)元件HSE的共有序列是CNNGAANNTCCNNG，可被熱休克因子HSF識別和作用；血清效應(yīng)元件SRE的共有序列CCATATTAGG，可被血清效應(yīng)因子SRF識別和作用。參與RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄起始的各類因子數(shù)目很大，可分為3類：通用因子（generalfactor）：作用于基本啟動子上的輔助因子稱為通用（轉(zhuǎn)錄）因子（GTF），或基本轉(zhuǎn)錄因子（basaltranscription），為任何細胞類別Ⅱ啟動子起始轉(zhuǎn)錄所必需，以TFⅡⅩ來表示，其中Ⅹ按發(fā)現(xiàn)先后次序用英文字母定名，如TFⅡA、TFⅡD、TFⅡH。上游因子（upstreamfactor）：或轉(zhuǎn)錄輔助因子（transcriptionancillaryfactor），是指識別上游元件的轉(zhuǎn)錄因子?？烧T導因子（induciblefactor）：在真核生物中，與細胞類型和發(fā)育階段相關(guān)的基因表達，主要通過轉(zhuǎn)錄因子的重新合成來進行調(diào)節(jié)的，是長期的過程。對外界刺激的快速反應(yīng)則主要通過轉(zhuǎn)錄激活物（transcriptionactivator）的可誘導調(diào)節(jié)。這些誘導的轉(zhuǎn)錄激活因子與靶基因上所謂應(yīng)答元件相結(jié)合。類別Ⅲ（classⅢ）啟動子：類別Ⅲ啟動子為RNA聚合酶Ⅲ所識別，他涉及一些小分子RNA的轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶Ⅲ的啟動子有3種類型結(jié)構(gòu)：類型1基因內(nèi)啟動子：如5SrRNA基因的啟動子，位于轉(zhuǎn)錄起點下游，即在基因內(nèi)部，是下游啟動子，有兩個框架序列，被3種輔助因子所識別。5SrRNA基因的啟動子包括框架A（boxA）、中間元件（intermediateelement）和框架C（boxC）3個元件組成。TFⅢA結(jié)合在框架A上，然后促使TFⅢC結(jié)合，后者結(jié)合導致TFⅢB結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起點附近，并引導RNA聚合酶Ⅲ結(jié)合在起點上。TFⅢB使RNA聚合酶Ⅲ正確定位，起“定位因子”（positioningfactor）作用。類型2基因內(nèi)啟動子：如tRNA基因的啟動子，有兩個控制元件，分別為框架A和框架B。TFⅢC結(jié)合框架B，其結(jié)合區(qū)域包括框架A和框架B，然后導致TFⅢB結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起點附近，并引導RNA聚合酶Ⅲ結(jié)合在起點上。上游啟動子：如snRNA基因的啟動子，位于轉(zhuǎn)錄起點上游。有3個上游元件：OCT（八聚體基序octamermotif）、PSE（鄰近序列元件proximalsequenceelement）、TATA元件。在RNA聚合酶Ⅲ的上游啟動子中，只有靠近起點存在TATA元件，就能起始轉(zhuǎn)錄。然而PSE和OCT元件的存在將會增加轉(zhuǎn)錄效率。三、增強子及其功能增強子（enhancer）：能強化轉(zhuǎn)錄起始的序列稱為增強子或強化子（1）在SV40的轉(zhuǎn)錄單元上存在增強子，它位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游約200bp處，為兩段72bp的重復(fù)序列，它們不是啟動子的一部分，但能增強或促進轉(zhuǎn)錄的起始，除去這兩段序列會大大降低這些基因的轉(zhuǎn)錄水平，若保留其中一段或?qū)⑵淙〕霾逶贒NA分子的任何部位，就能保持基因的正常轉(zhuǎn)錄；除SV40外，還在反轉(zhuǎn)錄病毒基因、免疫球蛋白基因、胰島素基因、胰麋蛋白酶基因等許多基因的啟動子區(qū)中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了增強子的存在。增強子很可能通過影響染色質(zhì)DNA-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或改變超螺旋的密度而改變模板的整體結(jié)構(gòu)，從而使得RNA聚合酶更容易與模板DNA相結(jié)合，起始基因轉(zhuǎn)錄。（2）增強子的作用特點：①增強效應(yīng)非常明顯；②增強子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠距離作用，通?？删嚯x1～4kb、個別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用；③增強子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強子方向倒置依然能起作用；④增強子要有啟動子才能發(fā)揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現(xiàn)活性；⑤但增強子對啟動子沒有嚴格的專一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉(zhuǎn)錄；⑥增強子必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用；⑦增強子一般具有組織或細胞特異性；⑧大多為重復(fù)序列。

沉默子最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細胞的T抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負調(diào)控順式元件的存在。目前對這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多，但從已有例子看到：沉默子的作用可不受序列方向的影響，也能遠距離發(fā)揮作用，并可對異源基因的表達起作用。啟發(fā)式教學法在春秋時期，老祖先孔子已經(jīng)對“啟發(fā)式教學”有了論述。“不憤不啟，不悱不發(fā)。舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也”（出自《論語·述而》）。“不憤不啟，不悱不發(fā)”說的是“啟發(fā)”的條件和時機，“舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也”則說的是“啟發(fā)”的要求和標準。今人對“啟發(fā)式教學”進行傳承和豐富，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建了“啟發(fā)教學二十式”，一起來研究吧。研討啟發(fā)式在教學過程，抓住關(guān)鍵問題，師生共同研究探討，引導學生質(zhì)疑問題，各抒己見，共同做出結(jié)論。探究引路式探究中，“導演”在關(guān)鍵處思想引路，充分發(fā)揮“演員”的主體作用，集思廣益地“排練演出”，使課堂教學呈現(xiàn)百花齊放的、民主的色彩，使學生各得其所。講練引導式在講練課中，符合教學規(guī)律的整體思維導向，它貫穿整個教學過程。主要體現(xiàn)在教學的重要環(huán)節(jié)。其表現(xiàn)是，教師循循誘導于前，步步啟發(fā)，學生求索于后，自行分析，綜合、消化得出結(jié)論。語言動作式指教師適時運用恰當?shù)谋砬?、動作和藝術(shù)語言而達到“意會”，“傳神”，“移情”的潛在啟發(fā)引導，使學生逼真地掌握知識，在思想感情上得到感染。故謬激思式教師在講授知識的重要地方，故意“脫軌”讓學生糾正，意欲強化而采取的刺激性啟發(fā)方式。它迂回穿插、曲徑通幽，具有靈活的特點，在教師有意的或無意的教學情境中，促進知識的增值和鞏固。目標啟發(fā)式在教學過程中不僅要傳授知識，還要著重引導學生掌握學習知識的正確途徑和方法，并在此基礎(chǔ)上獨立思考。傳授知識絕不僅僅為儲存，而是為了促進學生掌握有關(guān)的基礎(chǔ)理論、技能和方法，進而能獲得更廣泛的知識。鼓勵學生主動思考、勇于探索，創(chuàng)造性地對待學習中的問題。啟發(fā)式教學的基本內(nèi)容和精髓就在這個地方。目標明確是激發(fā)動機的誘因和調(diào)節(jié)行為的標準。只有這樣，學生才能產(chǎn)生自覺學習的濃厚興趣。類推啟發(fā)式善于利用學生的生活經(jīng)驗和感性認識，突破教材難點，引起他們的相關(guān)聯(lián)想。通過概括化的活動，由此及彼，舉一反三，觸類旁通進行學習。運用此法教學，要注意引導學生運用舊知識和已有的經(jīng)驗，去探討新知識和未知領(lǐng)域的東西，把基礎(chǔ)知識和基本技能掌握與創(chuàng)造性的思維活動結(jié)合起來。要從學生已有的生活經(jīng)驗和已掌握的感性認認的實際出發(fā)，達到開發(fā)智力和開發(fā)能力的效果。對比啟發(fā)式魯迅說：“比較是醫(yī)治受騙的好方子?！比藗円_地認識客觀事物，就必須善于分析比較。對相互關(guān)系容易混淆的事物或知識，引導學生進行正反比較和新舊對比，啟迪學生在比較和分析中加深理解，積極思考去獲取知識。所以，用對比方式進行講授、提問、演示等，是啟發(fā)教學的重要手段。自學指導式“自學能力是具有不同層次的立體范疇，它不是屬于一般的能力，而是屬于特殊的能力。”教師在自學輔導課中研究教法，進行自學的思維引導。這就要求教課前應(yīng)選擇設(shè)計怎樣區(qū)分教材主次，易混淆的知識如何處理、如何審題、怎樣確定解題步驟、怎樣論證、檢查、演算、如何優(yōu)化自學時間、如何提高記憶力、如何利用智商等帶有啟發(fā)性問題，課中隨時引路。反詰啟發(fā)式在教學中，當學生對于自己提出的問題或?qū)處熖岢龅膯栴}作出不完全、不正確的理解回答時，教師有時并不直接解答或糾正，而是提出補充問題進行反問，使學生在反問的啟發(fā)誘導下，進一步開動腦筋，經(jīng)過獨立思考，自覺糾正錯誤或不足之處，找出正確的答案，這種方法叫做反詰式反問法。教師在運用反詰法時，必須熟悉教材、了解學生，掌握學生知與不知的矛盾所在；反詰的問題應(yīng)與本題有明確的必然的聯(lián)系，不要離題太遠，使學生感到“茫無邊際，摸不著頭腦”。假設(shè)式啟發(fā)假設(shè)式啟發(fā)是以虛構(gòu)的事例來說明某一觀點是錯誤的，從而啟發(fā)學生理解接受正確觀點。在教學過程中，如果遇到學生贊同某一錯誤觀點的不正常情況，這時，教師就不應(yīng)硬性制止，而應(yīng)用假設(shè)式啟發(fā)，即用歸謬法的論證步驟。一般是假設(shè)錯誤觀點是正確的，再按錯誤觀點的有關(guān)條件進行推理，結(jié)果引出矛盾的或是荒唐的結(jié)論，從而否定錯誤觀點，肯定正確觀點。激疑吸引式宋朝學者朱熹說：“讀書無疑者教有疑，有疑者卻要無疑，到這里方見長進?！?朱熹《學規(guī)類編》)“疑”是探究知識的起點。激疑吸引指教師在教學中有目的、有方向、蘊含吸引力的思維引導。在教學過程中，教師引導學生質(zhì)疑問難、有意創(chuàng)設(shè)問題的情境，是打開學生心靈之扉、促使他們開動腦筋的一把“金鑰匙”。比喻啟發(fā)式中國古代教育經(jīng)驗和方法中，就有“博喻”“善喻”的說法?？鬃泳褪沁@方面在的突出的代表之一，在《論語》中，就有許多運用比喻闡明抽象道理的記載。教師要用具體形象的、學生熟知的事物做比喻，激發(fā)學生聯(lián)想，啟發(fā)思維，進行對照，化繁為簡，化難為易，使學生生動活潑、妙趣橫生地學習。古代許多學者在百家爭鳴中，為了闡明自己的主張、駁斥對方的觀點，也常用一些發(fā)人深省的比喻，寫成寓言故事作為論戰(zhàn)的武器。教學中教師應(yīng)該在講解抽象的概念時，用具體形象的事物加以說明。一般地說，越是深奧、抽象的道理，越需要借助比喻。教師要對比喻的素材進行認真的整理和加工提煉，注意比喻的通俗性、科學性和理想性。點撥疏通式是教學中調(diào)整學生注意力、糾正馬虎認識、培養(yǎng)良好學習習慣的手段。如發(fā)現(xiàn)個別學生注意力不集中，則說“現(xiàn)在有的同學已不在教室了”加以提示。發(fā)現(xiàn)個別學生學習馬虎則說：“你計算的結(jié)果對嗎？”如發(fā)現(xiàn)有的學生眉頭緊皺則給予必要的點撥疏通，幫助學生克服看問題的表面性、孤立性，排除定勢干擾，培養(yǎng)逆向性和多角度思維。情境啟發(fā)式按教學的目的和教學法的要求，搞好教室等教學環(huán)境的布置，特別要注意美學原則；結(jié)合教材內(nèi)容，創(chuàng)造出多種多樣，符合教學法要求的形象化材料、標本、照片、實物等；板書、板畫、圖表等，要有啟發(fā)作用。1、情趣結(jié)合在教學中配合恰如其分的神色手勢傳情，以姿勢助說話，也可以借寓或故事把學生帶進與教材內(nèi)容相應(yīng)的氣氛中，使教學形象化，引起學生的學習興趣，引起感情共鳴，激發(fā)學生思維。2、情意結(jié)合教學要提倡“情于心而會于意”。比如在教學中教師讓學生把課文用自己的話進行復(fù)述，進而要求編故事進行復(fù)述，效果也很好。3、語言啟發(fā)教師的語言，特別是文科教師的語言聲調(diào)，更要求能夠抑揚頓挫，繪聲繪色地誦讀，使學生受到情境的熏陶和感染，是完成教學任務(wù)的重要條件。教師必須做到，語言形象生動，感情充沛，情趣橫溢。心理學研究證明：問題的情趣出現(xiàn)在教材的開頭比分布在后面效果要好。因為在教學開始時出現(xiàn)，可以引起學生長時間甚至是整堂課的積極化，可以提高整堂課的學習質(zhì)量，并有助于提高學生的認識能力。4、環(huán)境啟發(fā)教學法的環(huán)境設(shè)計和布置，是啟發(fā)式教學的重要研究課題。學生常常是通過眼、耳、鼻、舌、身等感官來學習周圍世界的。他們接觸到的語言文字，只有在他們的大腦里引起經(jīng)驗的共鳴時，才產(chǎn)生意義，也才能被記住和理解。因此，年齡越小，年級越低，越要強調(diào)把知識和學生們的親身經(jīng)驗結(jié)合起來，使他們親眼看到，親手摸到，親自得到結(jié)論。示范啟發(fā)式示范啟發(fā)式基本上是以教師的規(guī)范化示范來啟示學生掌握某一技能的啟發(fā)方式。它包括潛在型、解題型、操作型、口語型、榜樣型等形式。不論哪種形式，都是通過教師向?qū)W生展示自己的規(guī)范化的分析解決問題的過程，來引導學生學會分析問題和解決問題。示范啟發(fā)式的本質(zhì)是向?qū)W生展示規(guī)范化的過程。提示啟發(fā)式提示啟發(fā)式基本上是以教師突出強調(diào)為特征的。它包括關(guān)鍵型、奠基型、例示型、比較型、實驗型等形式。不管哪種提示，都是教師明確地強調(diào)問題的實質(zhì)或準確地顯示問題的突出特征，以此來引導學生積極思考，啟發(fā)學生正確思維，同時也兼有激發(fā)學生的性質(zhì)。1、關(guān)鍵型提示是教師指出理解問題的關(guān)鍵詞語和關(guān)鍵條件的啟發(fā)方法。反映任何事物的概念、判斷和推理，其文字表述都有關(guān)鍵的詞語，抓住它就可以抓住問題的實質(zhì)，就不難引導學生去理解和掌握知識。2、奠基型提示是教師首先重申與新知識有關(guān)或有直接聯(lián)系的舊知識，讓學生理解新知識奠定基礎(chǔ)的啟發(fā)方法。它就是我們常說的溫故而知新。3、例示型提示是教師用通俗、直觀的事例提示對復(fù)雜、抽象問題的理解的啟發(fā)方法。這就是我們通常所說的舉例說明。這種舉例有時用以闡述某一道理，有時是用以形象說明某一事物。4、比較型提示是教師對相近或相似的幾個知識點進行比較，以引導學生注意它們的區(qū)別與聯(lián)系的啟發(fā)方法。在各科的知識體系中，由于各知識點之間相互關(guān)系十分復(fù)雜，可以幫助學生看清幾個知識點的區(qū)別和聯(lián)系，這對學生準確掌握和理解知識點是至關(guān)重要的。5、實驗型提示是教師通過演示實驗，顯示事物的突出特征，來引導學生加深對知識的理解的啟發(fā)方法。直觀圖示式1、體系型圖示是連接各知識點，按其內(nèi)在聯(lián)系勾畫展示若干個知識點之間的相互關(guān)系。這種圖示能引導學生對所學的知識形成整體性認識。2、推理型圖示是定向連接有關(guān)知識點，以完成某個觀點的推理過程。這種圖示化推理的定向制約性非常鮮明、直觀，前后的因果聯(lián)系可根據(jù)學生的理解能力高低來靈活安排，既可粗略，又可細微。它可以使復(fù)雜的道理簡單化、通俗化、明朗化，很容易引導學生去深刻領(lǐng)會。3、展示型圖示是揭示事物的內(nèi)部構(gòu)成，反映定理或觀點的內(nèi)容，表明某些知識點的相互制約關(guān)系及說明題意等形式多樣、作用廣泛的圖式。