分子遗传学中心法则范文

导语：如何才能写好一篇分子遗传学中心法则，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:分子生物学 遗传中心法则 教学主线 挑战与发展

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.008

遗传中心法则是分子生物学教学的重点内容,其重要意义在于以简明扼要的形式来表示生物的遗传信息贮存、传递、表达的过程及方向。把DNA自我复制、DNA转录产生RNA、RNA翻译产生蛋白质从而表现生物的遗传性状这种普遍的传递方式,以及逆转录、RNA复制等特殊的传递方式进行科学性的高度概括。因此遗传中心法则应成为分子生物学教学的一条主线,来引导整个教学过程,对于克服解决分子生物学的教学难点可以产生事半功倍的效果。本人在教学中对此制定了若干教学策略,发掘利用一些相关的教学资源,并采取相应的措施加以实施。

1.教学时机的选择

在各类教材中,关于遗传中心法则的编排,有几种不同的方式。有的排在DNA复制、逆转录、转录、翻译等内容之前的导言部分,有的排在上述内容之后的总结部分,有的插在DNA复制的章节之中。这些不同的编排方式实际上体现了不同编者对遗传中心法则教学时机选择的不同看法。本人在教学中采用前后结合的方式,即在导言部分先展示遗传中心法则的关系式,并简要介绍其基本内容。在讲解完DNA复制、转录、翻译、反转录、RNA复制等过程之后,再次以遗传中心法则来概括总结上述内容。并重点强调各种物质在遗传信息传递过程中的作用及相互关系,使遗传中心法则发挥了先头引导和终末总结的双重作用。

2.教学进程步骤的选择

补充发展的遗传中心法则包含了遗传信息在DNA、RNA、蛋白质这三大类物质之间传递的五个过程:

这些过程的详述内容多数教材是以三大类物质各自的生物合成方式编排的。按此编排顺序讲解,不利一点在于因为这过早涉及到逆转录和RNA复制这两种主要存在于病毒的传递方式,会影响学生对生物界最普遍、最重要的三条“生产线”,即DNA复制、转录、翻译过程认识的连贯性。本人选择的教学步骤是先连贯起来讲解这三条最重要的“生产线”,阐明其普遍性意义,然后补充介绍逆转录和RNA复制的特殊性。这样一方面使重点内容更加突出,主次更加分明。另一方面也能体现出遗传中心法则学说本身的历史发展过程。

3.重点内容知识的理解巩固措施

遗传中心法则所包含的内容属于分子生物学的范畴,抽象的名词概念较多,往往使初学者在理解上有一定的难度。可以采取以下措施来克服解决:

3.1要求学生不仅能正确写出遗传中心法则的表示式,还帮助、要求学生能用简要的文字说明来概括其内容要点:①DNA分子中贮存着生物的遗传信息,并以亲代DNA为模板,通过自我复制把遗传信息传递给子代DNA②DNA遗传信息表达的第一步是以DNA为模板通过转录指导合成RNA,把DNA的遗传信息传递给RNA③遗传信息表达的第二步是以mRNA为模板,通过翻译指导合成蛋白质;④某些RNA病毒能通过逆转录过程,以RNA为模板指导合成DNA,把RNA病毒的遗传信息传递给DNA⑤某些病毒的RNA也能进行自我复制。

3.2布置一些与遗传中心法则有关的习题,有助于加强重点内容知识的理解巩固:①设某一DNA分子有转录功能的模板链的碱基排列顺序为:

写出由它转录产生的RNA链的碱基排列顺序。

②假设上题转录产生的是一条mRNA链,查阅遗传密码表,写出由此mRNA翻译产生的蛋白质的氨基酸排列顺序。

③某一病毒的RNA的碱基顺序为:

写出由它逆转录产生的cDNA单链及DNA双链。

4.介绍与遗传中心法则有关的人物及成果

让学生了解一些遗传中心法则的历史发展过程,有助于对其科学性和重要意义的认识。本人结合教材内容适当补充介绍一些与遗传中心法则的建立有关的人物与成果:

(1)1958年克里克首先提出遗传中心法则,认为DNA的遗传信息先传递给一种中间模板(RNA),蛋白质是以中间模板进行生物合成的。

(2)1961年雅各布和莫诺等人发现并证明了克里克所说的中间模板就是mRNA。

(3)1968年在尼伦伯格等人的多年研究下,一套生物界通用的遗传密码表全部破译了,证实了从mRNA到蛋白质的信息传递过程。

(4)1965年斯皮格尔曼在RNA病毒中发现了RNA复制酶,证明了RNA复制过程,使遗传中心法则得到补充。

(5)1970年坦明和巴尔的摩发现了逆转录酶,证明了以RNA为模板指导DNA合成的逆转录过程,使遗传中心法则又得到重要的补充和发展。

5.探索遗传信息传递的其它可能性

目前的遗传中心法则似乎还有几笔没有填写的“空白”,这也是一些求知欲较强的学生往往会提出的问题。可借此引导学生运用科学思维对未知领域大胆猜想,古往今来很多重要的科学发现最初也是从猜想、假说引发的。

5.1 DNA能否直接决定蛋白质

这种猜想在遗传中心法则提出之前就曾有过。在还未发现RNA是DNA到蛋白质的中间模板之前,曾经设想各种氨基酸是嵌入在DNA形成的“空洞”里,在DNA模板上连接成多肽链。后来有人在一些离体实验中观察到,一些抗生素,如新霉素、链霉素,能扰乱核糖体对mRNA的选择和结合。受抗生素干扰的核糖体可以接受单链DNA分子代替mRNA分子,从而以单链DNA为模板翻译出多肽链的氨基酸顺序。另外还有人发现,细胞核里的DNA可以直接转移到细胞质的核糖体上,由DNA直接决定蛋白质的合成。

5.2 蛋白质能否传递遗传信息

克里克在提出中心法则时指出:信息从核酸到蛋白质的传递是可能的,但信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸中。也就是说,蛋白质是遗传信息传递的终点。这一观点现已面临诸多方面的挑战。

5.2.1蛋白质能否决定DNA

有人发现了一种被称为Rev1DNA聚合酶的蛋白质,它可以为DNA复制提供编码信息。研究者发现一些致癌物质能破坏DNA的鸟嘌呤(G),或者破坏鸟嘌呤与胞嘧啶(C)的配对。而Revl DNA聚合酶可以以自身为模板在DNA复制链上加一个胞嘧啶,这个胞嘧啶无论鸟嘌呤是否在DNA模板中存在,都会被Rev1加上去。这样在DNA下一次复制时就可以利用这条单链复制出与它互补的DNA新链。.Rev1的发现有两方面的意义,一方面它是在有致癌物质的情况下,对受损的DNA进行修复的一种新的机制。另一方面,这也许可以看作是蛋白质可以作为DNA合成模板的启示。

5.2.2蛋白质能否决定RNA

RNA编辑是1986年Benne等人首先在原生动物布氏锥虫线粒体内的发现的一种新的遗传现象。后来相继发现高等植物,哺乳动物和病毒也有RNA编辑作用。RNA编辑是指由基因转录产生的mRNA分子。在酶的催化作用下,发生核苷酸的删除,插入或替换,使得转录产物的序列不与基因的序列互补。RNA编辑对于生物来说具有校正、扩充遗传信息和调控翻译等重要的生物学意义。此外由于参与RNA编辑的酶属于蛋白质酶类,因此对于中心法则来说,也许可以在RNA蛋白质之间加上一个反向的箭头符号,即RNA蛋白质。

5.2.3 蛋白质能否复制

1997年度诺贝尔医学生理学奖授予美国的普鲁辛纳,以表彰他发现了一种可导致疯牛病和人类罕见的克雅氏症的蛋白质致病因子――普里昂蛋白。该致病因子只含蛋白质成分,不含核酸(DNA或RNA)成分。但却有极强的侵染性。致病型普里昂蛋白(prpsc)可诱使正常型普里昂蛋白(prpc)转化为致病型,两种蛋白质的一级结构相同,但二级结构不同,正常型prpc二级结构中α一螺旋占40以上,几乎不含β一折叠。而致病型prpsc含有高达50左右的β一折叠。目前对于prpsc扩增机制的研究有两种模型学说,一种是重折叠模型,又称模板辅助模型,另一种是晶种模型,又称成核聚合模型,都能使prpsc以几何级数扩增。由于prpsc扩增必须有致病型prpsc和正常型prpc的存在, 因此有人提出将这种扩增的方式称为“自他复制”,以区别于DNA的自我复制。这一发现在生物科学界引起了极大的震动,其重大意义在于使人类对病原体的认识又前进了一步,认识到除了通常的细菌、病毒、霉菌、寄生虫外,变异的蛋白质也可传播疾病。此外,随着对致病型普里昂蛋白复制原理及过程的进一步研究,也许在遗传中心法则中,蛋白质复制这个“圈”可能得到补充。

参考文献:

[1] 汪承润,屈艾,蒋继宏.中心法则的发展和面临的挑战[J]。生物学教学,2003,28(1)4-7.

[2] 李振刚.分子遗传学:第2版[M].北京:科学出版社,2004.

[3]药立波.医学分子生物学:第3版[M].北京:人民卫生出版社,2008.

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【关键词】高校专业课 教材 教学内容 教材模式 细胞生物学

【基金项目】本文系河南省高等教育教学改革研究省级研究项目（2012SJGLX134）和河南师范大学教学研究基金重点项目（521751）的研究成果。

【中图分类号】Q2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0175-02

一、高校专业课教学的现状

提高教学质量是教育的根本目的，课程是教学的最根本依据和最基本的知识源泉和表达形式[1]。细胞生物学是生命科学领域的基础和前沿学科，是从不同层次上（包括细胞整体、显微、亚显微和分子等层次）研究细胞结构、功能及基本生命活动规律的学科。细胞生物学是当今生命科学发展最为迅速的学科之一，学科的活跃发展为教学提供了日益丰富的内容。但是在高校课程改革的形势下，基础课和专业课的课时在不断的压缩，这就要求教师在有限的课时内，不仅要引导学生建立完整的课程体系，而且要及时补充最新的学科进展，平衡好教学内容和课时缩减之间的矛盾，因此高校专业课教学改革势在必行。

在以细胞生物学为例的专业课调查中发现，学生普遍认为细胞生物学是难度较高的课程，学习起来压力较大，这一方面是由于该学科发展迅速，内容更新快，教材内容多、难度大，尤其是研究层次已经进入分子水平，学科本身具有深奥和抽象的特点，一些涉及细胞功能和调控的实验难以通过学生实验开设，加上该学科研究技术难度提高、对实验设备和操作人员水平的要求严格，无法满足学生亲自操作的要求，所以总的感觉是理论教学和实验教学严重脱节，实验课已经不能起到深化理论课教学的作用；另一方面，对于有进一步深造意愿的学生来说（占我校生命科学学院应届毕业生的95%以上），细胞生物学常常是许多专业研究生入学的必考课程，因而学生对课程的学习要求很高，希望教师在教学中充分考虑重点院校和科研院所考研试题难度的要求，结合考研的要求把理论课讲深讲透，同时也希望通过课堂弥补理论和实验教学之间的断层和缺口，提高自身的考研竞争力，获得更多的深造机会。综上所述，我们认为教材和教学模式的研究对于提高专业课教学质量尤为重要。

二、对专业课教材的思考

以细胞生物学为例，为适应高校课程改革背景学生的需求，首先我们对现有的国内外优秀的细胞生物学教材进行了分析，从以下方面进行了探索和尝试。

1. 教材体系的构建：

专业教育的改革是以课程内容为重点的，教材是教学的重要载体，是学生学习的主要参考书，对学生学习有着深刻影响[2]。笔者认为教材应具备以下特征，首先是科学性和先进性，即与时俱进，及时反映学科发展的最新成果；其次是系统性，即注重知识的衔接和前后呼应，有助于学生学科知识体系的建立；再者是实用性，教材的编写从学生的实际出发，符合学生的求知实际，有助于学生科学素养、探索精神和创新思维的培养；此外，教材还应具有灵活性，即内容编排有弹性，给教师课堂教学留有较大的空间，对学生课外拓展和提高具有一定的指导作用。

教材是对课程标准的一次再创造、再组织。不同版本的教材具有不同的编写体例、切入视角、呈现方式、内容选择及图像系统。通过对国外优秀教材Karp的《cell and molecular biology》（第6版），以及目前国内著名的翟中和主编《细胞生物学》（第3版和第4版）、王金发主编的《细胞生物学》、韩贻仁主编的《分子细胞生物学》等教材的分析，结合课程目标、我校学生的培养方案和一线教师的教学体会，我们对课程结构和内容进行了重新的梳理和整合，本着教师易教、学生易学的指导思想，突出了教材的实用性、前瞻性、系统性和灵活性，将课程内容划分为概述和方法、细胞结构和功能、细胞生活和调控三个模块，以真核细胞结构、功能和调控为主线，将细胞生物学课程内容通过相对独立的11章贯穿起来，构建了一个特色鲜明、简洁清晰的细胞生物学教材体系，该教材已经于2012年8月由科学出版社作为生命科学核心课程系列教材之一出版发行。

2. 教学内容的衔接：

大学生四年系统的专业学习，将形成学生完整的专业知识体系。在教学实践中，我们发现一些进入大四准备考研的同学，甚至是考研面试的同学，并未完成专业课的系统梳理，还未达到融会贯通的境界，所以在专业基础理论的测试中存在不少问题。这些现象也提醒专业课教师，专业课程的开设，既要考虑学生的知识背景，也需要考虑课程设置的合理性和系统性。作为专业课任课教师，是否在教学中忽略了对本课程在专业知识体系中地位的介绍，以及与其他专业课之间联系的铺垫。

以细胞生物学教学为例，该课程在我校大二第二学期开设，在此之前，学生已经系统学习了植物学和动物学，所以在教学中，细胞生物学教学是从植物细胞和动物细胞的结构导入的，在复习旧知识的同时，引导学生从细胞这一层面上认识生物的统一性和多样性，进而导入原核细胞、真核细胞和古核细胞的概念，使学生非常自然的理解细胞生物学和已经学习的植物学、动物学之间的联系，也为学生继续学习微生物学等学科做了铺垫。从学生的认知上看，是以植物细胞和动物细胞的知识基础为起点的，接受起来并不困难，教师需要引导学生认识到细胞生物学是向更深、更广和更精方向的渗透和延伸，专业课之间是相互联系、各有侧重的关系。

3. 教学内容的整合优化：

内容重叠问题是专业课教学中经常遇到的问题，包括许多专业课在内容上存在部分的重叠，例如：关于真核基因表达的内容，在生物化学、分子生物学、分子遗传学和细胞生物学中都有涉及，给授课教师在教学中带来一定困扰。如何解决这一问题，避免各专业课老师都讲，但是都讲得不深不透这一问题呢？从学科特征上分析，细胞生物学侧重在细胞和分子水平上研究细胞结构、功能和调控；分子生物学则是从分子水平入手，研究大分子的结构与功能等生命本质问题；而生物化学则关注大分子的代谢本质。因此，在教学中，对真核基因表达调控部分的讲述在细胞生物学中突出遗传物质的组织、基因表达调控的多层次性，在分子生物学中则侧重于遗传信息遵循中心法则流动的分子机制，在生物化学中则将重点放在生物大分子的结构、功能和代谢的介绍上。

在侧重点的把握上，我们主要遵循两个原则，首先，一些最为基础的内容放在培养方案中最先开设的课程中详细讲解，例如：对生物大分子结构的介绍放在生物化学课程中，对真核生物遗传物质的组织和包装主要在细胞生物学课程中讲解，而遗传物质的复制、转录和翻译的分子机制则是分子生物学课程重点讲解的内容。这样学生在学习的过程中，不断有温故知新、渐入佳境的感觉，无形中也调动了学生的学习的积极性，激发了学生强烈的求知欲望，培养了学生的科学素养和探索精神。其次，要充分考虑学生的认知情况，根据学科特点进行取舍，确定在最适合的课程中讲授，尽量避免学生的知识链产生断层，挫伤学生的学习信心，影响教学进度和效果。

4. 保持教学内容的开放性：

尽管高校在课程的规划与设置上有较大的自，教师在课程设计和教学中也有较大的自主性、灵活性，但在教学实践中，教材与课程的关系处理不当，不仅影响学生的学习热情，而且将影响教学质量的提高。

在细胞生物学教学中，我们一贯重视教学内容的优化和更新问题，从国内外优秀教材中吸取精华，取长补短，结合教师自身的教学实践和体会，充分考虑学生的特点和需求，以易教易学为指导思想，在保证教学内容的基础性、创新性的同时，还贯彻了开放性、可塑性和灵活性，将学科前沿和进展与教学内容有机结合，使学生及时了解学科发展的新成果和趋势，拓宽学生思路，扩展学科知识的空间。例如：与细胞生物学有关的最新诺贝尔奖获得者的成就和对学科的贡献，在相关的章节讲解中都会涉及；在Science，Nature等期刊发表的最新进展也是任课教师考虑补充更新教学内容的来源。所以一些有考研打算的学生虽然在大二已经学习了细胞生物学，但是在大四，他们仍然会旁听细胞生物学课，因为他们了解细胞生物学这门课每年的教学内容都不会完全相同，一些补充更新的内容是他们在学这门课时没有听过的，所以细胞生物学的课堂总是座无虚席。其实，作为细胞生物学任课教师，也能感受到学生对于新知识的渴求。虽说保证教学内容常讲常新需要花费更多的时间备课、制作课件，但是学生从中获益，这样的付出是值得的。

三、对教学模式的思考

教材的主旨在于培养学生自主学习和创新能力，在我国现行课程体系中，细胞生物学是生物学类、医药学类、农学类和林学类本科生一门专业基础课。理论课教学学时在48～54 学时左右，有统计显示，全国仅设有生物科学、生物技术和生物工程三个专业的学科点共500 余个，在校本科生总数近10万人，因此教学需求量大。但是高校专业课教学，大多有重理论轻实验的传统，常常存在理论和实践脱节的问题，在课程建设上，处理好二者之间的关系，也是亟待解决的问题。

鉴于学科的特点，要将细胞生物学许多过于抽象、难于理解的理论讲明白，除了引导学生将理论与生活实际相结合，发挥想象力，使抽象的内容形象化和动态化之外，实验教学也是不容忽视的重要环节。为进一步贯彻《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》（教高[2007]1号）精神[3]，提高高校本科教学质量，推广研究性学习和个性化培养，我们对细胞生物学实验进行了改革，增大了设计性、创新性和综合性实验的比例，降低了验证性实验的份量，学生普遍反映改革后的实验课更加有趣，学生参与的主动性明显提高。同时，我们鼓励学有余力的同学积极参与大学生创新性实验项目，通过以大学生为主体的创新性实验改革，一部分学生得到了科学研究与发明创造的初步训练，学生的创新意识和实践能力增强。一些学生设计的细胞生物学实验不仅获得了大学生创新项目的支持，还获得“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖，学生的培养质量受到了广泛好评。

参考文献：

[1]刘昌，阎锡海.我国高校生物学专业课程现状及其改革的理论思考，高等理科教育[J]，1995，4：52-57

[2]邹方东，王喜忠.细胞生物学“教师、教材、教法”三位一体课程建设与改革，中国大学教学[J]，2009，1：52-54

[3]教育部.财政部“高等学校本科教学质量和教学改革工程”（2007年1号文件）