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教案首页（仅供参考）课程名称分子生物学年 级2009年级专业、层次临床医学专业五年制教 员XXX职务讲师授课方式（大、小班）大班课学时2授课题目（章，节）DNA损伤与修复（第八章第五节）基本教材(或主要参考书)生物化学第七版，査锡良主编，人民卫生出版社，2008年高等教育“十一五”国家级规划教材教学目的与要求：基本要求：阐述DNA突变与进化之间的关系，解释DNA多态性的概念，举例说明DNA突变对疾病的影响，归纳并列举引起DNA突变的各种因素、突变类型及DNA损伤修复的类型及作用机制。教学重点：DNA损伤的类型和DNA损伤修复的类型教学难点：DNA损伤修复的类型大体内容与时间安排，教学方法：第一学时：理论内容复习 5分钟DNA损伤与修复的辩证关系及其基本概念 8分钟 DNA损伤的因素及其作用机制 17分钟 DNA损伤的分子类型第一部分 10分钟第二学时：DNA损伤的分子类型第二部分 10分钟（接上个学时）DNA损伤的修复类型及其分子机制 15分钟课堂总结及提问 15分钟教学方法与手段：大班课讲授，启发式教学，多媒体幻灯片演示，应用网络课程，穿插提问和互动。教研室审阅意见： 教学准备充分，教案规范，教学设计可行，能适时运用PBL式教学，互动环节的设计、网络课程、课件运用合理，同意授课。（此处为手写内容）（教学组长签名） XXX（手签） （教研室主任签名） XXX（手签） 2010 年 11月 1日 第 五 次课 授课时间：2010年11月18日 教案完成时间：2010年10月25日讲授与指导内容讲课、互动内容设计信息技术运用设计课时分配备注复习前次课的讲授内容：DNA复制的基本规律1. 半保留复制是DNA复制的基本特征之一（回忆是通过如何的实验依据证明这一点结论的）2. 从复制起始位点向两个方向延伸形成双向复制是DNA复制的基本特征之一（DNA的存在形式为双链结构，决定其进行复制必须）3. DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制是DNA复制的基本特征之一（冈崎片段，前导链，随从链）DNA聚合酶的功能及特点：DNA-polI，DNA-polIII等的生物学功能第五节 DNA损伤与修复介绍本次课程学习的方法和技巧提出本次课程的学习是在完成DNA生物合成（DNA复制）全部课程的基础上进行的总结课、复习课一、 DNA损伤与修复的基本概念 个别dNMP残基以至片段DNA的构成、复制和表型功能的异常变化称为DNA损伤（DNA damage）或突变（mutation）。二、DNA损伤与修复的辩证关系 （一） 突变是进化的分子基础 DNA复制的基本规律决定了遗传物质的稳定性，对于物种的繁衍和维持至关重要，但是稳定意味着“保守”，这将阻碍生命体的进化过程！然而，漫长的生物进化史向我们展现的是物种的多样性，在这一现象背后的原因是什么？遗传物质的相对不稳定性“突变”或称之为“DNA损伤”决定了这一变化（二） 基因型突变形成DNA多态性表型（Phenotype）：生物体在基因型及其与环境相互作用下所产生的物理表观和可观察到的性质基因型（Genotype）：细胞或机体内基因组成的总和，或控制某一性状的基因组合（三） 突变是一些疾病的发病基础u DNA损伤（突变）与单基因遗传病，举例：镰刀状贫血u DNA损伤（突变）与复杂性遗传病，举例：着色性干皮病（XP，xeroderma pigmentosus）u DNA损伤（突变）与复杂性恶性增生性疾病，举例：恶性肿瘤三、引发DNA损伤（突变）的因素及其作用机制（一） 自发性突变u 碱基的异构互变 u 碱基的脱氨基作用u 脱嘌呤与脱嘧啶 u 碱基修饰与链断裂 （二） 物理因素引起的突变强大的外加能量可能产生对DNA分子稳定性的破坏，导致DNA完整性的丧失（三） 化学因素引起的突变食物中的化学致癌剂：食用色素、防腐剂、霉变作物中的黄曲霉素和稠环芳香烃类物质化工原料：二甲硝基苯、氨基偶氮苯无机物：亚硝酸盐、砷、石棉等（四） 生物因素引起的突变 病毒感染人体可以通过逆转录方式随即整合入基因组中，通过破坏基因组的稳定性和插入并表达外源功能蛋白对机体产生危害，导致恶性增生性疾病的发生逆转录 人为诱导的突变（农作物新型品种的诱变筛选）举例：一种作物诱变育种的新方法。采用2400-2500MHz、中心波长122mm的微波对作物湿种子、萌芽种子、花芽和生长点辐射处理一定时间，这一特定波长的微波能对作物细胞某些特定DNA片段发生诱变作用，引起作物遗传变异，其中用2450MHz的微波辐射诱变处理效果最好。通过对变异单株的多代定向选择，选育出具有目标性状的稳定作物新品种。这是利用物理因素导致DNA损伤实现的人为性遗传物质突变转基因技术在人类认识自身生物学功能中的重大意义四、DNA损伤的分子类型（一）DNA分子中单个核苷酸位点的替代突变Ras-Raf-MAPK信号通路持续活化的原因：Ras基因12位的氨基酸因为相应编码核苷酸的替代突变产生了一个Glycine（甘氨酸）到Valine（缬氨酸）的变化，Ras蛋白与GTP持续结合，导致下游促进细胞增殖的信号持续活化，促进了肿瘤的发生镰刀状贫血的病因：血红蛋白链上第六位氨基酸的编码基因发生了碱基替代突变，相应编码氨基酸发生了改变，结果导致红细胞体积顺应性的变化，最重产生溶血性贫血的病理现象（二）缺失、插入、框移突变概念：无义突变、整码突变、终止突变、错意突变等（三）重组或重排较大的DNA片段、乃至部分染色体的片段上发生的重新连接改变五、DNA损伤的修复类型及其分子机制机体针对DNA损伤程度的不同，会采取不同的修复机制进行自我拯救，以确保遗传物质的完整和表型的稳定（一） 直接修复光化酶在植物中，能够在不消耗能量ATP的前提下完成对T-T（胸腺嘧啶二聚体）解除的修复作用（二） 切除修复着色性干皮病（XP，xeroderma pigmentosus）相关基因XPA、XPB等在DNA损伤修复中的作用DNA聚合酶I（DNApol-I）在DNA损伤修复中的校读功能和DNA连接酶（DNA ligase）对DNA断片段的链接作用（三） 重组修复当DNA损伤的信息集中在DNA分子的某一片段局部，机体可能通过同源重组（homologous recombination）的方式将同源的未发生DNA损伤的DNA片段在同源重组酶（Recombinase）的作用下交换给携带错误遗传信息的DNA分子，实现重组修复的过程（四） SOS修复机体内最“无可奈何”的DNA损伤修复方式：速度快、大量消耗能量、修复后的DNA分子中保留了众多错误的遗传信息本章总结第一节内容的知识点：DNA复制的基本规律，记住“两个半”；第二节内容的知识点：DNA复制的化学反应的实质；DNA复制中最主要作用酶的名称和功能；第三节内容的知识点：概念：复制叉、前导链、随从链、冈崎片段、Klenow 片段、RNA引物、参与原核生物DNA复制的DNA聚合酶的功能、参与真核生物DNA复制的DNA聚合酶的功能、端粒酶的结构与功能；第四节内容的知识点：逆转录的概念、逆转录的生物学意义；第五节内容的知识点：DNA损伤的基本类型、DNA损伤修复的基本类型记忆口诀：“两个半”（双向复制bidirectional replication；第一个“半”半保留复制semi-conservative replication；第二个“半”semin-continuous replication）举例：Auther Kornberg家族在DNA复制研究中的巨大贡献以DNA-polI的生物学功能为切入点，提出思考问题：DNA复制严格遵循A-T，G-C的碱基互补原则，为什么还有错配的时候？What？什么是DNA损伤和修复Who？是什么因素导致了DNA损伤，又是什么机制产生了针对损伤的修复How？各种因素是如何导致DNA损伤的，DNA损伤的修复机制又是如何对损伤的DNA进行修复的结合视频，请学员尽可能的总结出DNA损伤的类型：单个核苷酸的改变、DNA（染色体片段的缺失）和异常DNA（染色体片段的插入）DNA的损伤和修复的生物学过程充分反应了辩证唯物主义中“对立与统一”。提出决定生命活动的关键是机体内在的遗传物质-DNA。劳动是促成人类进化的外部动力，而决定人类进化的最根本原因是“适宜”的DNA损伤（突变）讨论物种进化论。博物学家达尔文在百年前提出了物种进化理论的学说，体现了DNA损伤（突变）在物种进化中的“原动力”，而赫胥黎的“物竞天择，适者生存”理论也从劳动的角度阐释了外界因素对进化的影响讨论交流：基因型（genotype）与表型（phenotype）的逻辑关系如何？有基因型不一定有表型，但是表型的改变一定与基因型的变化有关扩展：基因多态性在法医鉴定、亲子鉴定中的应用讨论：同学们在生活中知道哪些与突变有关的疾病？核苷酸的基本结构是什么？DNA损伤会发生在哪些环节上？生物体内的反应是否真的如数学计算公式一样精确呢？-酶的催化反应存在一定程度上的不均一性。单核苷酸结构中多种共价键的破坏都是DNA损伤的因素举例：日光中的UV照射对皮肤细胞中DNA结构的破坏、电离辐射对机体的影响、切尔诺贝利核电站核污染事件等举例：食物中的亚硝酸盐、黄曲霉素B1、苯并芘等化学原料举例：肯德基的苏丹红使用色素、麦当劳的“永不腐败”牛肉饼举例：2009年诺贝尔生理与医学奖的重要贡献（病毒感染导致基因组的不稳定，引发肿瘤的产生）讨论交流：外源DNA分子的导入和内源DNA分子的丢失对机体的影响是什么？DNA突变是不是就意味着只存在危害？举例：2008年诺贝尔生理与医学奖的重要贡献（利用重组的方式将外源基因插入动物基因组，建立转基因技术）举例：肿瘤相关信号通路的激活举例：镰刀状贫血（珠蛋白链上第六位氨基酸的编码基因发生了）讨论交流：同学们可以根据字面分析各种核苷酸缺失、插入和移码突变的现象举例：费城染色体与白血病的发生。地中海式贫血扩展：香港大学华人教授简悦威是世界上第一个利用血红蛋白基因重排特性进行基因诊断的科学家DNA损伤与修复“对立与统一”的完美结合体。以讨论和交流的形式请学员提出、设想、猜测DNA损伤可能的修复机制举例：胸腺嘧啶二聚体的解除举例：着色性干皮病讨论和交流：发生DNA损伤的错误遗传信息依然存在于体内，通过重组修复之后是否还对机体存在影响？讨论和交流：中心问题是SOS修复见于何种情况下？这样的修复方式生物学意义何在？这样的修复能够确保受损遗传信息的完整？以口头问答的形式，采用填空题、问答题、选择题、论答题的方式强调本章需要掌握的重点和需要熟悉的内容，并布置课后复习题板书提示结合幻灯：显示DNA复制前期章节的内容提要板书：手绘DNA复制叉板书：提出本次课程学习的“文档目录”：关于What，Who，How的问题视频：双链DNA发生损伤的过程和形式图示：文字总结DNA损伤（突变的概念）图示：批判性的理解恩格斯关于劳动决定由猿向人进化过程中的决定性因素图示：从猿到人的进化转变图示结合板书：基因型（genotype）、表型（phenotype）、单核苷酸多态性（SNP）图示：镰刀状贫血、着色性干皮病和恶性肿瘤性疾病板书结合图示：解释DNA损伤的机制图示结合板书：自发性突变的化学变化（绘制单核苷酸的结构示意图）图示：胸腺嘧啶二聚体的产生及后果（导致DNA复制的中断或复制信息的丢失）图示：亚硝酸盐导致DNA损伤的机制（通过脱氨作用产生CU的核苷酸信息改变）图示：黄曲霉素与肝癌（肝脏分解代谢产物活化形式的黄曲霉素B1对肝细胞基因组稳定性的破坏）图示：导致突变的病毒、逆转录图示：转基因小鼠模型（眼球内部特定基因的敲除使得小鼠眼球的体积在发育结束后较正常小鼠要小）图示：小G蛋白Ras的持续激活图示：镰刀状贫血的病变细胞和致病机制板书结合图示：缺失、插入、框移突变对编码蛋白质DNA序列的影响图示：DNA片段的重排和重组图示：在光化酶的作用下，胸腺嘧啶二聚体的解除图示：DNA损伤修复酶的基因缺失或突变失活导致着色性干皮病的发生图示结合动画：切除修复图示结合动画：重组修复图示结合动画：SOS修复5分钟8分钟17分钟20分钟（第一学时完成10分钟，第二学时完成10分钟）15分钟15分钟第一节课结束第二节课开始小 结1. DNA损伤（突变）对疾病的影响：1) 单基因遗传疾病与DNA损伤（突变）之间的关系2) 多基因遗传病与DNA损伤（突变）之间的关系3) 复杂性疾病与DNA损伤（突变）之间的关系2. DNA损伤（突变）与物种进化的关系（DNA损伤是进化的分子基础）3. DNA损伤的基本类型：1) 单个核苷酸的替代突变、插入和缺失2) 片段化DNA的缺失或异常插入3) 片段化DNA的结构重排4DNA损伤修复的基本类