《生物化学与分子生物学》课程教学大纲

《生物化学与分子生物学》课程教学大纲◆英文名称：BiochemistryandMolecularBiology◆适用专业：临床医学、口腔医学、预防医学、麻醉学、医学心理、医事法学等本科专业◆总学时：126学时，理论教学90学时，实验教学34学时，考试2学时◆选用教材：《生物化学与分子生物学》，查锡良、药立波主编，人民卫生出版社，第八版；一、课程简介与教学目标生物化学与分子生物学是由生物化学与医学遗传学两部分组成。生物化学与分子生物学是发展和更新较快的前沿学科之一，其主要任务是在分子水平上研究和阐述生物大分子物质的结构与功能，物质代谢途径、规律及调节机制，遗传信息的传递与表达，细胞信号的转导等。生物化学与分子生物学是一门边缘学科，越来越多的成为生命科学的共同语言，与其他有关的基础医学如生理学、微生物学、免疫学、生物物理学、药理学、病理学、病理生理学、组织学及寄生虫学等都有越来越密切的联系，是医学科学的重要基础。生物化学与分子生物学是医学生必修的基础医学课程，为学习其它基础医学和临床医学课程、在分子水平上认识病因和发病机理、诊断和防止疾病奠定扎实的基础。学生在修完数学、物理、无机化学、有机化学等课程后修读本课程。本课程与许多医学基础课程和临床医学专业课程之间均存在十分紧密的联系，如生物化学与分子生物学的理论对于解释许多疾病的病理和征象，其技术和方法应用于某些疾病的诊治和预防等方面，具有其独特的优势和广泛的实用价值。生物化学与分子生物学内容主要有生物体的化学组成、结构及功能(包括蛋白质、核酸、酶、多糖、蛋白聚糖、脂类)，物质代谢及其调控（包括糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、生物氧化、物质代谢联系与调节等），遗传信息的贮存、传递与表达（包括复制、转录、翻译、基因表达调控等），分子生物学技术及其与医学的联系和应用（重组DNA和基因工程技术、基因诊断与治疗、癌基因、基因组学等），细胞间信息传递（信息分子、受体和传递途径等），血液、肝的生物化学及维生素等生命科学知识。学习和掌握这些知识，将为医学生深入学习其他医学基础课程和临床医学课程、对指引毕业后医学实践工作及毕业后的继续教育、为辅助医学各学科的科研工作等奠定理论与实验基础。从生物化学与分子生物学不断发展与其应用范围日益扩大的实际考虑，根据国家教委对医学生物化学与分子生物学教学要求的精神，为密切配合教学需要，通过生物化学与分子生物学课程学习，学生将能够：1.描述生物体(主要是人体)内的主要物质的组成、生物学功能，物质代谢途径及其调控的规律。2.解释生物大分子结构与机能的关系、遗传信息传递与基因表达调控的主要方式及其与生命现象的关系。3.学会初步运用生物化学与分子生物学知识解释或论述与人类健康、疾病相关的医学实践问题。4.熟悉常用的生物化学英语词汇，为进一步阅读外文专业书刊打下基础。二、教学方式与方法根据具体教学内容，采用大班讲授的方法。教师在充分备课、写好教案、集体备课的基础上，利用制作好的多媒体教学课件，加强直观教学，以加深学生对有关内容的理解和记忆。讲课要采用启发诱导，课后小测试，课堂讨论等多种形式，突出重点和难点，以调动学生的思维活动，培养分析问题和解决问题的能力。对学有余力的学生，积极开展第二课堂，因材施教。学生在听课和实验的基础上，积极主动地自学。对学有余力的学生，通过指定课外阅读资料，翻译专业文献，专题讲座，组织业余兴趣小组等形式适当提高。复习过程中，及时了解学生学习情况，针对存在的问题进行答疑。同时，教学过程中应注意培养学生热爱祖国、立志献身于医学事业的正确态度，树立良好的职业道德、全心全意为人民服务的思想，培养严谨的、实事求是的科学作风。并在教学中对学生进行多种能力的培养，包括逻辑思维能力、自学能力、阅读能力、分析综合能力、创造思维能力等。三、教学内容概述（一）理论部分第一章蛋白质的结构与功能（一）教学要求掌握蛋白质的元素组成特点，氨基酸的结构通式；氨基酸的分类、三字英文缩写符号；蛋白质一级结构的概念及其主要的化学键；蛋白质的二级结构的概念、主要化学键和形式：α-螺旋，β-折叠，β-转角与无规卷曲；掌握α-螺旋，β-折叠的结构特点；蛋白质的三级结构概念和维持其稳定的化学键：疏水作用、离子键、氢键和范德华引力；蛋白质的四级结构的概念和维持稳定的化学键；蛋白质的结构与功能的关系：一级结构决定空间结构，空间结构决定生物学功能；蛋白质的理化性质：两性电离，胶体性质，蛋白质变性的概念和意义，紫外吸收和呈色反应。熟悉肽、肽键与肽链的概念，多肽链的写法。生物活性肽的概念；肽单元概念；模体、锌指结构、分子伴侣的概念；结构域的特点；蛋白质的分类；蛋白质的沉淀，等电点沉淀，凝胶过滤，超过滤和超速离心；蛋白质分离和纯化技术：盐析、电泳和分子筛的原理；了解几种重要的生物活性肽；胰岛素一级结构的特点；分析血红蛋白的四级结构特点；多肽链中氨基酸序列分析的原理；蛋白质空间结构预测的原理和意义。（二）知识点提示蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的高分子物质。酶、抗体、多肽激素、转运蛋白、收缩蛋白以及细胞的骨架结构均为蛋白质。几乎在所有的生物过程中起着关键作用。蛋白质的基本组成单位是氨基酸。构成天然蛋白质的氨基酸有二十种,分为非极性、疏水性氨基酸；极性、中性氨基酸；酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸借助肽键连接成多肽链。多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘曲而具有一定的构象称为蛋白质的高级结构。又分为二、三、四级结构。二级结构是指局部或某一段肽链的空间结构，也就是肽链某一区段中主链骨架原子的相对空间位置。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,也就是整条肽链的三维结构。四级结构是由两条或两条以上的多肽链借助次级键连接而成的结构。维持蛋白质空间结构的次级键有氢键、离子键、疏水键及范德华力。蛋白质在某些理化因素的作用下，其空间结构会发生改变,从而使其理化性质发生改变，生物学活性丧失,这称为蛋白质的变性作用。用某些方法可使蛋白质从溶液中析出，称为沉淀。蛋白质按形状分类可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。肌红蛋白和血红蛋白属于球状蛋白质。其功能均为运输或贮存O2。肌红蛋白由一条多肽链组成；血红蛋白由四条多肽链(两条α-肽链，两条β-肽链)组成。血红蛋白的氧解离曲线为S型而肌红蛋白的氧解离曲线为直角双曲线。用盐析及丙酮沉淀、电泳、透析、层析、分子筛及超速离心等方法可将蛋白质分离与纯化。用一定的方法可分析出多肽链中氨基酸的排列顺序。（三）教学内容第一节蛋白质的分子组成氨基酸的结构与分类及理化性质，肽键与肽链。第二节蛋白质的分子结构蛋白质的一级结构、二级结构（α-螺旋、β-折叠）、三级结构、四级结构的概念和维持键以及模体、结构域的概念，蛋白质的分类。第三节蛋白质结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系，蛋白质空间结构与功能的关系，肌红蛋白和血红蛋白分子结构，别构效应。第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质，蛋白质的变性。第五节蛋白质的分离、纯化与结构分析蛋白质的分离和纯化及其原理，多肽链中氨基酸序列分析，蛋白质空间结构测定。（四）思考题1.简述蛋白质一、二、三、四级结构的概念、结构要点及维系各级结构的化学键。2.列举分离纯化蛋白质的主要方法,并扼要说明其原理。第二章核酸的结构与功能（一）教学要求掌握常见核苷酸的结构、符号和性质；DNA和RNA的分子组成；核酸分子中核苷酸的连接方式、键的方向性，核酸的一级结构及其表示法；DNA的二级结构的特点，原核生物DNA的超螺旋结构，真核生物染色体的基本单位-核小体的结构；DNA的生物学功能，RNA的种类与功能；信使RNA和转运RNA的结构特点；tRNA二级结构的特点与功能；DNA的变性和复性概念和特点，解链曲线与Tm。熟悉核蛋白体RNA的结构与功能。核酸分子杂交原理。了解核酸酶的分类与功能。（二）知识点提示核酸是生物体遗传的物质基础。各种生物都含有两类核酸，即核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。病毒只含有DNA或RNA。核酸的基本组成单位是核苷酸，核酸是由数十个到数十万核苷酸连接而成的，故也称为多核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成。碱基与戊糖结合后的生成物称核苷。核苷与磷酸以磷酯键相连称为核苷酸，又分为一磷酸核苷、二磷酸核苷和三磷酸核苷等。核酸分子的结构分为三级：一级结构是组成核酸的核苷酸按一定顺序排列，以3'，5'-磷酸二酯键相连的结构。具3'和5'末端。二级结构及三级结构统称为高级结构，DNA和RNA各有其特点。DNA的二级结构为双螺旋结构。其特点为双链双螺旋、两条链反向平行、碱基向内互补（A-T配对，G-C配对），氢键和碱基堆积力维持双螺旋结构的稳定。DNA的三级结构，原核生物为超螺旋；真核生物为核小体，核小体形成的串珠状结构再进一步卷曲成筒状，即染色质纤维。后者再形成染色体。RNA为单链结构，局部可形成双螺旋结构。RNA按功能不同可分为三类，即信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）及核蛋白体RNA（rRNA）。mRNA分子为线型单链结构，5'端有一个7-甲基鸟苷三磷酸（m7-GTP）的“帽”，3'端有多聚腺苷酸（polyA）的“尾”，中间为密码子，从5'→3'每三个相邻的核苷酸决定一个氨基酸。mRNA是蛋白质生物合成的模板。tRNA的二级结构呈三叶草型。有氨基酸臂，可结合氨基酸；有反密码环，其上的反密码子可识别mRNA上的密码子；另外还有DHU环、TψC环和附加叉。tRNA的三级结构为倒“L”型。rRNA不单独存在，它与蛋白质结合成核蛋白体，作为蛋白质合成的场所。DNA双螺旋的一个重要物理特性是双链可分开成单链及重新形成双链。试管内这种分与合的过程，分别称为变性和复性。DNA在260nm波长处具有强吸收。DNA具有增色效应和减色效应。变性温度Tm值的大小与核酸分子中的G-C对含量多少及核酸分子的长度有关。如果把不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理，或把单链DNA与RNA放在一起，只要有某些区域有成立碱基配对的可能，它们之间就可形成局部的双链。这个过程称为核酸杂交。在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术称探针技术。用已知序列的核苷酸片段判断被测DNA是否与其具有同源性。（三）教学内容第一节核酸的化学组成及一级结构基本组成单位-核苷酸，核苷酸的组成、结构与命名，核酸的一级结构，寡核苷酸和核酸（DNA和RNA）。第二节DNA的空间结构与功能DNA的二级结构-双螺旋结构模型要点，DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装，DNA的功能。第三节RNA的结构与功能信使RNA的结构与功能，遗传密码，转运RNA的结构与功能，核糖体RNA的结构与功能；其它小分子RNA及RNA组学。第四节核酸的理化性质核酸的一般理化性质，DNA的变性，DNA的复性与分子杂交，核酸探针。第五节核酸酶（四）思考题1.试比较RNA和DNA在分子组成及结构上的异同点。2.名词解释：核酸变性、复性、Tm、核酸分子杂交。3.简述DNA双螺旋结构的结构要点。4.简述mRNA、tRNA结构特点。第三章酶（一）教学要求掌握酶的概念，酶的化学本质；酶的分子组成，单纯酶和全酶；酶的活性中心的概念；必需基团的分类及其作用；酶促反应的特点：高效性、高特异性和可调节性；底物浓度对酶促反应的影响：米一曼氏方程，Km与Vmax值的意义；抑制剂对酶促反应的影响：不可逆抑制的作用，可逆性抑制包括竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制的动力学特征及其生理学意义；酶原与酶原激活的过程与生理意义；变构酶和变构调节的概念、机理和动力学特征；掌握酶的共价修饰的概念和作用特点；同工酶的概念和生理意义。熟悉酶促反应的机理，酶与底物复合物的形成即中间产物学说；酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂对酶促反应的影响；酶活性的测定与酶活性单位概念；酶含量的调节特点和调控。了解酶的作用原理：诱导契合学说、邻近反应及定向排列、多元催化、表面效应；酶的分类与命名的原则；酶在疾病发生、疾病诊断