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第一章绪论
本章主要介绍分子生物学的概念、起源和发展史。包括3节内容,包括分子生物学的概念和起源、分子生物的建立和初步发展、以及分子生物学的快速发展阶段。
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●1.1分子生物学的概念和起源
本节内容主要介绍分子生物学的基本概念、研究内容和起源。
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●1.2分子生物学的建立和初步发展
本节主要讲授分子生物学的建立过程,包括遗传物质的确立、核酸基本结构和性质的发现过程等。
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●1.3分子生物学的快速发展阶段
本节主要介绍在分子生物学快速发展阶段中重要科学和关键技术的发现,以及对现代分子生物学的推动作用。
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第二章DNA结构
本章主要介绍DNA分子的结构,包括它们的基本组成、一级和二级结构、以及超螺旋结构,同时介绍DNA的变复性及其在分子生物学中的应用。
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●2.1DNA的一级和二级结构的特点
本节内容主要介绍DNA的一级结构和二级结构的基本特点,包括DNA的双螺旋结构的特点、以及影响DNA稳定性的因素等。
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●2.2DNA二级结构的多样性
本节主要讲授DNA二级结构的多样性,包括A型、B型、Z型DNA的特点、生物学意义等。
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●2.3DNA 的超螺旋结构
本节主要介绍在DNA超螺旋的类型、性质和生物学意义等。
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●2.4DNA的变性
本节主要介绍DNA变性的定义、以及影响和导致DNA变性的条件和因素。
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●2.5DNA的复性
本节主要介绍DNA复性的定义,以及影响DNA复性的条件和因素、DNA复性速度和难易程度等。
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●2.6DNA变复性的应用
本节主要介绍DNA变复性的应用,核酸杂交的类型、基本原理、方法、步骤和应用场景等。
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第三章基因和基因组
本章包含10节内容共12节课,主要内容包括基因组与C值矛盾、原核生物基因组、真核生物基因组、真核生物的不连续基因、真核生物DNA序列的类型、基因家族、人类基因组计划(2节课)、转录组学、蛋白质组学和代谢组学(2节课)。
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●3.1基因组与C值矛盾
本节的内容包括基因组、C值以及C值矛盾的概念以及C值矛盾的表现。
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●3.2原核生物基因组
本节的内容主要包括原核生物基因组的特点、大肠杆菌的基因组简单介绍、噬菌体的基因组简单介绍,以及原核生物的重叠基因现象及介绍。
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●3.3真核生物基因组
本节主要介绍真核生物基因组的特点。
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●3.4真核生物的不连续基因
本节主要介绍不连续基因的概念、发现和检测方法、数目和大小,外显子和内含子之间的关系,内含子的可能功能。
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●3.5真核生物DNA序列的类型
本节主要介绍真核生物DNA序列的四种类型,即非重复序列、轻度重复序列、中度重复序列、高度重复序列。
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●3.6基因家族
本节主要介绍基因家族的概念,基因家族的分类,rRNA基因家族、5S rRNA基因的重复单元、tRNA基因家族。
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●3.7人类基因组计划
本节主要介绍人类基因组计划产生的背景、人类基因组计划的任务和意义,还介绍了基因资源的保护以及人类基因组计划的伦理问题。
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●3.8转录组学
本节主要介绍转录组学的定义、分类和分析方法,简单介绍RNA-seq技术的测序平台和优势,以及转录组学应用举例。
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●3.9蛋白质组学
本节主要介绍蛋白质组学的基础知识、基于质谱技术的蛋白质组学原理和蛋白质组学主要技术。
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●3.10代谢组学
本节主要介绍代谢物、代谢组、代谢组学定义,代谢组学的分类以及代谢组学的挑战。还介绍代谢组学的一般流程、代谢组学样品处理和化合物提取、代谢组学的分析平台以及代谢组学的应用。
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第四章DNA复制
生命的遗传实际上是染色体DNA自我复制的结果。而染色体DNA的自我复制主要是通过半保留复制来实现的,是一个以亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。
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●4.1DNA复制概述
细胞分裂时,通过DNA准确地自我复制,亲代细胞所含的遗传信息就原原本本地传送到子代细胞。由于DNA是遗传信息的载体,因此亲代DNA必须以自身分子为模板来合成新的分子——准确地复制成两个拷贝,并分配到两个子代细胞中去。
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●4.2DNA复制有关的酶和蛋白质
江河万里总有源,树高千尺也有根。中华人民共和国至今已走过了70年历程,70年来国家的政治、法律等上层建筑均发生了深刻变化,积累了丰富的经验。70年来的政治建设历程及其成就经验可以分为改革开放前和改革开放以来两个时期。
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●4.3半不连续复制的机制
DNA两条链反向平行,一条链走向为5‘→3‘,另一条链也为5‘→3‘,但与复制叉移动方向相反,但所有DNA聚合酶合成方向都是在引物3‘-OH上合成,使链从5‘→3‘延长,那么5‘→3‘链是如何同时作为模板复制呢?
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●4.4真核生物DNA复制
DNA复制的研究最初是在原核生物中进行的,有些原核生物的DNA复制已经搞得很清楚。真核生物比原核生物复杂得多,但DNA复制的基本过程还是相似的。
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第五章基因的转录
本章主要介绍基因的转录,包括5节内容,包括转录的概念及转录的过程、)参与转录的主要成成分、DNA中影响RNA转录的结构因素、真核生物mRNA转录后的加工、真核生物tRNA和rRNA的加工等内容。
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●5.1转录概述
本节内容主要介绍转录的概念及转录的过程,并介绍各环节的参与因素。学习参与转录的成分,包括RNA聚合酶, 转录模板等,并介绍原核生物与真核生物转录的区别。介绍启动子、增强子和弱化子等顺式作用元件对转录的影响。
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●5.2真核生物转录后加工
本节主要学习真核生物mRNA转录后的加工过程,包括mRNA的剪接、RNA编辑等。介绍真核生物tRNA和rRNA的加工过程,包括tRNA的特征、tRNA的加工成熟以及RNA编辑。
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第六章蛋白质的生物合成
生物按照从脱氧核糖核酸 (DNA)转录得到的信使核糖核酸(mRNA)上的遗传信息合成蛋白质的过程。由于mRNA上的遗传信息是以密码(见遗传密码)形式存在的,只有合成为蛋白质才能表达出生物性状,因此将蛋白质生物合成比拟为转译或翻译。
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●6.1mRNA的结构
信使RNA(mRNA)是一大类RNA分子,它将遗传信息从DNA传递到核糖体,在那里作为蛋白质合成模板并决定基因表达蛋白产物肽链的氨基酸序列。
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●6.2遗传密码
遗传密码是一组规则,将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列,以用于蛋白质合成。它决定肽链上每一个氨基酸和各氨基酸的合成顺序,以及蛋白质合成的起始、延伸和终止。遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码,匿藏了生命及其历史演化的秘密。
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●6.3核糖体结构
核糖体,旧称“核糖核蛋白体”或“核蛋白体”,普遍被认为是细胞中的一种细胞器,除哺乳动物成熟的红细胞,植物筛管细胞外,细胞中都有核糖体存在。“中心法则”里 RNA翻译到蛋白质这一过程就发生在核糖体。
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●6.4tRNA
在tRNA被发现以前,佛朗西斯·克里克就假设有种可以将RNA讯息转换成蛋白质讯息的适配分子存在。1960年代早期,亚历山大·里奇、唐纳德·卡斯帕尔等生物学家开始研究tRNA的结构,1965年,罗伯特·W·霍利首次分离了tRNA,并阐明了其序列与大致的结构,他因此贡献而获得1968年的诺贝尔生理学或医学奖。tRNA最早由罗伯特·M·博克(Robert M. Bock)成功结晶,之后陆续有人提出tRNA苜蓿叶状的二级结构,此结构于1973年由金成镐与亚历山大·里奇的X射线衍射分析证实。另一个由阿龙·克卢格领导英国团队,在同一年发布同样的射线晶体学的发现。
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●6.5可溶性蛋白质因子
在蛋白质的生物合成过程中,除了需要前面所讲的tRNA、核糖体以外,一些可溶性蛋白质因子也参与其中,发挥着重要的作用。例如起始因子、延伸因子和终止因子。
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●6.6原核生物蛋白质合成的过程
氨基酸在核糖体上缩合成多肽链是通过核糖体循环而实现的。此循环可分为肽链合成的起始,肽链的延伸和肽链合成的终止三个主要过程。
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●6.7真核生物的蛋白质合成机制
原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别,真核生物此过程更复杂,如蛋白质合成后的加工修饰等。
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第七章分子生物学技术
本章重点介绍分子生物学技术实验原理和技能,并将其应用于科研工作中,对分子生物学实验操作过程中经常出现的问题进行了分析,以培养学生综合应用分子生物学理论知识和实验技能的能力。
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●7.1核酸的提取与鉴定
提取高质量的DNA和RNA是顺利进行分子生物学实验研究的前提和基础。本节重点介绍DNA和RNA提取的原理、方法和步骤,并介绍了提取核酸的鉴定和含量测定方法,分析了影响核酸提取成功的因素。
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●7.2分子杂交技术
分子杂交技术广泛应用于基因的筛选与鉴定中。本节重点介绍了Southern杂交、Northern杂交、Western杂交技术的基本原理、步骤和应用。
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●7.3PCR技术
PCR技术已成为分子生物学研究中强有力的工具之一,随着科学的进步,不断衍生了新的PCR技术。本节重点介绍了PCR技术的基本原理、PCR反应体系和反应条件,并对目前比较热门的PCR衍生技术基本原理和应用进行了介绍。
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●7.4启动子克隆及功能验证
启动子克隆及功能验证是目前分子生物学研究的热点,本节介绍了启动子的克隆方法、启动子的分析方法、启动子功能验证方法、启动子必需顺式作用元件的确定、启动子与蛋白质结合等方面的研究方法和前沿。
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●7.5密码子偏爱性设计及应用
密码子偏爱性设计有利于基因的高效表达,本节介绍了如何利用密码子偏爱性设计基因序列、如何验证基因的功能,有利于提高学生科研创新能力。