分子生物学篇1

抗菌药物产生耐药性，为人类战胜病原菌提出了一个严峻的挑战。细菌耐药的机制非常复杂，通常认为涉到以下几个方面:（1）产生灭活酶和钝化酶。细菌能产生可破坏抗生素或使之失去抗菌作用的酶，使药物在作用于菌体前即被破坏或失效。（2）抗菌药物渗透障碍［1］。细菌外层的细胞膜和细胞壁结构对阻碍抗生素进入菌体有着重要作用。膜上有亲水性的药物通过蛋白，称外膜蛋白，主要有2种:分子较大的为OmpF和分子较小的为OmpC;最近又发现了第三种蛋白PhoE。外膜蛋白的缺失可导致细菌耐药性的发生，在某些细菌的外膜上还有特殊的药物泵出系统，使菌体内的药物浓度不足以发挥抗菌作用而导致耐药。（3）药物使用靶位的改变。菌体内有许多抗生素结合的靶位，细菌可通过靶位的改变使抗生素不易结合，是耐药发生的重要机制。（4）代谢途径改变。绝大多数细菌不能利用已有的叶酸及其衍生物，必须自行合成四氢叶酸。肠球菌属等某些营养缺陷型细菌能利用外源性胸苷或胸腺嘧啶，表现出对磺胺和甲氧嘧啶等药物的耐药。

从分子生物学角度认识细菌的耐药机制，过去主要集中在基因突变的研究中，认为基因突变的积累是细菌产生耐药性的重要机制。但近年来研究发现，没有接触过抗生素的病原菌，对抗生素也具有抗性，耐药性具有转移的特点。整合子（integron）被认为是抗性基因在水平传播的重要因子［3］，由两部分组成:5’与3’端保守区域（conservedsegˉments，简称CS）以及中间的基因簇，选择性地整合到整合子上而获得耐药性。通过整合子的整合作用，抗性基因之间能够互相交换，再借助于转化、转导与接合作用，使得耐药性在畜禽与畜禽、畜禽与人类、人类与人类之间的病原菌上广泛传播，给人类健康造成严重威胁。

1细菌对β-内酰胺类抗生素的耐药机制

β-内酰胺类抗生素为高效杀菌剂，对人的毒性极小。其中革兰阳性细菌产生的耐药主要通过青霉素结合蛋白（PBP）的改变介导，而革兰阴性细菌产生的耐药则主要通过β-内酰胺酶介导。

1.1PBP改变介导的细菌耐药青霉素结合蛋白（peniˉcillinbindingproteins，PBP）位于细菌细胞质膜外壁，是细胞壁肽聚糖合成后期具有转肽酶、转糖苷酶及羧基肽酶等作用的一系列酶，也是β-内酰胺类抗生素的作用靶点。当β-内酰胺类抗菌药物与PBP结合后，PBP便失去酶的活性，使细胞壁的合成受到阻碍，最终造成细胞溶解、细菌死亡［8］。β-内酰胺类抗生素的抗菌活力，一是根据与PBP亲和性的强弱，二是根据其对PBP及其亚型的选择即对细菌的作用特点而决定的。PBP基因的变异，使β-内酰胺类抗生素无法与之结合或结合能力降低，是形成耐药的根本原因。PBP改变包括获得的对抗生素低亲和力的PBP和本身发生修饰导致对抗生素的亲和力下降的PBP，前者主要发生在葡萄球菌中，后者主要发生在肺炎链球菌中。PBP按分子量的不同分为5种，每种又有若干亚型。PBP1A、PBP2X、PBP2B的基因排序已经证明1～3个位点基因变异，位点变异造成PBP结构变化，使β-内酰胺类抗生素不易与之结合，使其之间的亲和力下降，导致抗菌力低下。

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）对所有β-内酰胺类抗生素均耐药，其原因是由于获得了未知起源DNA编码的新的耐β-内酰胺PBP，这种PBP由细菌染色体mecA基因编码，被命名为PBP2a。mecA基因的表达受多种因素的影响，包括pH、温度、渗透性、上游调节序列和抗生素的诱导。mecA的转录有3种形式:①非诱导持续表达型，此型MRSA缺少mecR1-mecI基因和β-内酰胺酶质粒;②即刻诱导型，此型缺少mecR1-mecI基因而具有β-内酰胺酶质粒，通过β-内酰胺酶的调控基因来调控mecA的表达;③延迟表达型，此型MRSA具有mecR1-mecI基因，其耐药性在甲氧西林诱导后48h才能充分表达，临床常规药敏试验常误将此型菌株判断为敏感，因此具有重要的临床意义。

1.2β-内酰胺酶介导的细菌耐药现已发现4种新的临床上重要β-内酰胺酶［4］:①超广谱β-内酰胺酶（extended-spectrumβ-lactamases，ESBLs）;②金属β-内酰胺酶;③质粒介导的AmpCβ-内酰胺酶;④OXA型β-内酰胺酶。

1.2.1超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）ESBLs属于Bush分类法的A组，最早由克雷伯菌属和大肠埃希菌等肠杆菌科细菌产生，由质粒介导，从TEM、SHV突变而来。临床对β-内酰胺类药物耐药者包括青霉素类、第三代和第四代头孢霉素以及氨曲南，但对酶抑制剂敏感。ESBLs种类最多的是TEM族酶（已超过90种）、SHV族酶（已超过25种）和CTX-M族。

TEM族超广谱β-内酰胺酶:TEM-1是革兰阴性菌最常见的β-内酰胺酶。超过90%大肠埃希氏菌对氨苄西林耐药的原因是由于其产TEM-1。越来越多耐氨苄西林和青霉素的流感嗜血杆菌，淋病奈瑟氏球菌也产TEM-1。TEM-1能水解青霉素和头孢噻吩、头孢拉定等第一代头孢菌素。发生在个别位点的氨基酸取代对ESBLs表型至关重要。Glu-104Lyx，Arg-164Ser/His，Gly-238Ser及Glu-240Lys。

SHV族超广谱β-内酰胺酶:产SHV-1最常见的细菌是肺炎克雷伯杆菌。肺炎克雷伯杆菌质粒介导的氨苄西林耐药的原因超过20%是其产SHV-1。Ser-238Gey及Lys-240Glu是SHV型ESBLs的最常见情况。

CTX-M族超广谱β-内酰胺酶。近年来，一个新的质粒介导的ESBLs家族—CTX-M（以高度水解头孢噻肟为特征）的数量也在不断增加。这类酶主要由鼠伤寒沙门菌、大肠埃希菌或肠杆菌属某些种产生，包括CTX型酶和Toho-1，2。CTX-M型酶对头孢噻肟、头孢他啶的水解能力比对青霉素强，相对头孢他啶来说，更优先水解头孢噻肟。尽管这族酶中的一些也能水解头孢他啶，但通常不引起临床耐药。所有CTX-M族酶都有Ser237，提示该位点对其超广谱酶活性起重要作用。

驱动ESBLs进化的选择压力通常要归因于氧亚胺β-内酰胺类抗生素的使用强度。β-内酰胺类抗生素的强选择压力不仅对ESBLs基因的编码区而且对启动子、拷贝数以及其它基因起作用。这些改变可明显增加菌株的耐药水平和扩大底物谱。细菌高产ESBLs通常是诸如启动子上调突变，可转座因子插入启动子区域附近，ESBL基因拷贝数增加或产生2种不同的ESBLs等原因造成。目前，已发现不少菌株产ESBL同时伴有AmpC酶去阻遏突变。产ESBL菌株常常也对氨基糖苷类、喹诺酮类等其它类抗菌药物耐药。编码ESBLs的基因常与编码氨基糖苷类纯化酶的基因在同一接合性质粒上，因而可以一起在菌株间传播。这意味着只使用其中一类抗菌药物便可产生对2类不同药物耐药性的共选择。

1.2.2金属β-内酰胺酶属于Bush分类法的B组，是一组活性部位为金属离子，且必须依赖少数金属离子（主要为Zn2+）存在而发挥催化活性的酶类。大多数编码金属酶的基因序列已被确认，包括来源于脆弱类杆菌的cfiA基因、腊样芽孢杆菌的Bc-Ⅱ基因、嗜麦芽寡食单胞菌的L-1基因、以及铜绿假单胞杆菌及粘质沙雷菌为主的部分革兰阴性杆菌携带的IMP基因和VIM基因。除IMP及VIM外，几乎所有的金属酶编码基因都位于染色体上，其中cfiA基因和L-1基因的表达与药物诱导有关。TMP-1基因是目前所有金属酶基因研究的热点，介导IMP-1基因水平传递的机制已基本明确，即IMP-1基因位于可移动的基因元件———整合子上。一个整合子可捕获多个基因盒（genecasˉsette），目前已发现60多种基因盒，大多为耐药基因，除TMP-1金属酶基因盒外，还有与β-内酰胺类、氨基糖苷类、氯霉素及磺胺类抗菌药物耐药有关的基因盒，新近发现部分超广谱β-内酰胺酶基因也存在于整合子上，这些基因借助于整合子上的启动子得以转录、表达、并可能介导细菌的多重耐药性。

1.2.3AmpCβ-内酰胺酶质粒AmpC酶可见于克雷伯菌、沙门菌、弗劳地枸橼酸杆菌、产气肠杆菌、奇异变形杆菌和大肠埃希菌等，常携带大质粒，同时编码对其它抗生素的耐药性，表现为对第一～三代头胞菌素、头霉素、氨基糖苷类及抗假单胞菌青霉素均耐药，但对碳青霉烯类、四代头孢和氟喹诺酮类敏感。现已报道的AmpC酶至少有25种，根据遗传学关系，可分为5个家族:①枸橼酸杆菌起源的LAT-族（包括LAT-1～4、CMY-2～9和BIL-1）;②未知起源的FOX-族（包括FOX-1～6、CMY-1、MOX-1～2和CMY-8）;③阴沟肠杆菌起源的Entb-族（包括MIR-1、ACT-1）;④摩根菌起源的Morg-族（目前仅发现DHA-1一个酶）;⑤蜂房哈夫尼起源的Haf-族（ACC-1）。产CMY-1和MOX-1酶的菌株对头孢他啶的MICs比头孢噻肟小，而其它类型的AmpCβ-内酰胺酶对头孢他啶和头孢噻肟的MICs值相等。

1.2.4OXA型βˉ内酰胺酶OXA型βˉ内酰胺酶以高度水解苯唑西林、氯唑西林、活性被克拉维酸仅轻微抑制为特征。OXA型酶主要由铜绿假单胞菌产生，产赋予细菌对头孢他啶等氧亚胺头孢菌素高水平耐药，当将其编码基因转化大肠埃希氏菌时则对氧亚胺头孢菌素呈微弱耐药。OXA型酶可被氯离子强烈抑制，100mmol/L的氯离子可以完全抑制OXA型酶的活性。

OXA型酶的耐药性与整合子有关。大多数肠杆菌科细菌和假单孢菌中的OXA型酶位于可转移质粒上，质粒能携带可移动元件———转座子。有些转座子只编码单个耐药性，编码多重耐药的质粒和转座子常常还有另一基因元件，即整合子。整合子是一个遗传结构，可位于质粒、染色体或转座子上，具有整合独立的耐药基因盒的能力。基因盒中存在整合子可解释为什么质粒可积累不同的耐药基因，为什么OXA型酶常与其他抗生素耐药性关联。

2细菌对氨基糖苷类抗生素的耐药机制

氨基糖苷类抗生素因其具有浓度依赖性快速杀菌作用、与β-内酰胺类抗菌药物产生协同作用、细菌的耐药性低、临床有效和价廉等优点，它仍是目前临床常用药物，广泛用于革兰阴性杆菌所致的败血症、细菌性心内膜炎和其它严重感染。其作用机制是通过抑制细菌细胞膜蛋白质的合成并改变膜结构的完整性而发挥强有力的杀菌作用。对生长繁殖旺盛的细菌，氨基糖苷类通过细菌的细胞外膜扩散后，与其内（细胞质）膜上具有跨膜摄取功能的一种能量依赖性（限速）转运系统“I相转运”蛋白呈低亲和力结合;敏感细菌与其胞膜相连的白体30S亚基的高亲和力位点上不断集聚药物，由此触发第二种能量依赖性转运系统“II相转运”而明显加速药物在细胞内的集聚，抑制细菌蛋白质合成，破坏细胞质膜结构，导致细菌内容物外漏直至细菌死亡［8］。细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药性的机制牵涉到以下几个方面:

2.1药物摄取的减少氨基糖苷类药物主要通过寡核系统转运至体内，寡核结合蛋白（oligopeptidebindingprotein，OPPA）是寡核转运系统的重要组成部分，而大肠埃希氏菌耐卡那霉素突变株的OPPA数目明显减少，有的突变株甚至不含OPPA。前者是因为在翻译水平上OPPA发生了OPˉPA合成的减少，后者则是由于编码OPPA的基因OPPA发生了无义突变。

2.2酶的修饰钝化作用这是细菌对氨基糖苷类抗生素发生耐药的主要机制。氨基糖苷类药物修饰酶催化氨基糖苷类药物氨基或羟基的共价修饰，使得氨基糖苷类药物与核糖体的结合减少，促进药物摄取EDP-II也被阻断，因而导致耐药。根据反应类型，氨基糖苷类药物修饰酶有N-乙酰转移酶（N-acetyltransferases，AAC）、0-核苷转移酶（0-nucleotidyltransferase，ANT）和0-磷酸转移酶（0-phosphoˉtransferases，APH）。这些酶的基因决定族即使在没有明显遗传关系的细菌种群间也能传播。AAC以乙酰辅酶A为供体，乙酰化氨基糖苷类药物的1、3、6′、2′位氨基，而APH和ANT两者均以ATP为供体，APH作用于氨基糖苷类药物的3位和4位、3″和6位-OH，ANT作用于氨基糖苷类药物的2″、4″位和3″位、6位、9位-OH使之磷酸化，从而使氨基糖苷类药物钝化。

2.3核糖体结合位点的改变链霉素作用于核糖体30S亚基，导致基因密码的错读，引起mRNA翻译起始的抑制和异常校读。大量研究表明编码S12核糖体蛋白的rplS基因及编码16SrRNA的rrs基因突变都会使核糖体靶位点改变，使细菌对链霉素产生显著水平的耐药。S12蛋白是30S亚基中的一个组分，主要控制链霉素与30S亚基的结合，它可以稳定由16SrRNA所形成的高度保守的假节结构，Rpsl中氨基酸的置换将会影响16SrRNA的高级结构，导致对链霉素的耐药，而16SrRNA结构的改变又破坏了16SrRNA与链霉素的相互作用。

3细菌对大环内酯类抗生素的耐药机制

大环内酯类抗生素主要通过与细菌核糖体结合，抑制细菌蛋白质合成，而发挥抗菌作用。细菌核糖体由大亚基（50S）、小亚基（30S）构成，亚基中mRNA及蛋白质的改变，可引起与抗菌药物亲和力的变化，而产生耐药性。

3.1靶粒修饰大环内酯类抗生素产生耐药常常因为获得了erm基因（红霉素耐药的甲基化酶），erm基因编码产生的酶能将23SrRNA上一个特异性腺嘌呤残基N6位双甲基化，甲基化改变了核糖体的构象，通过使抗生素结合位点发生重叠而降低对抗生素的亲和力。白体的甲基化亦导致对大环内酯类和林可霉素交叉耐药。

对各种临床菌株运用核酸序列分析和DNA-DNA杂交技术至少可以得到9种不同的erm基因，其中部分还有交叉性。可将临床分离株划分为4个杂交群:ermA、erˉmAM、ermC、ermF。不同杂交群产生的甲基化酶的氨基酸序列高度一致，提示它们可能来源于一个共同的亲代耐药株。

3.2抗生素灭活与活性泵出［7］靶粒修饰是对结构不同的抗生素的耐药，抗生素的酶灭活仅导致对结构相同药物的耐药。从口服红霉素的胃肠炎患者身上可分离到对红霉素高度耐药的肠杆菌，这些耐药株通过产生红霉素酯酶或通过2-磷酸转移酶催化的磷酸化反应破坏大环内酯类药物的酯环。现已发现由ereA和ereB基因编码的酯酶I和II，在对红霉素高度耐药的肠杆菌中亦发现ereA和ereB的复合物（编码rRNA甲基化酶）。另有约20%的肺炎链球菌和相当数量的化脓性链球菌对大环内酯类药物耐药，其耐药机制不是酶灭活作用，而是存在编码产生抗生素泵出系统的mefE和mefA决定因子。金黄色葡萄球菌和部分凝固酶阴性葡萄球菌中msrA基因骗码产生一种具有转运功能的蛋白，导致对大环内酯类抗生素耐药。

4细菌对喹诺酮类抗菌药物的耐药机制

喹诺酮类药物的作用机制主要是通过抑制DNA拓扑异构酶而抑制DNA的合成，从而发挥抑菌和杀菌作用。细菌DNA拓扑异构酶有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，分2大类:第一类有拓扑异构酶Ⅰ、Ⅲ，主要参与DNA的松解;第二类包括拓扑异构酶Ⅱ、Ⅳ，其中拓扑异构酶Ⅱ又称DNA促旋酶，参与DNA超螺旋的形成，拓扑异构酶Ⅳ则参与细菌子代染色质分配到子代细菌中。但拓扑异构酶Ⅰ和Ⅲ对喹诺酮类药物不敏感，喹诺酮类药物的主要作用靶位是DNA促旋酶和拓扑异构酶Ⅳ。革兰阴性菌中DNA促旋酶是喹诺酮类的第一靶位，而革兰阳性菌中拓扑异构酶Ⅳ是第一靶位［6］。

DNA促旋酶通过暂时切断DNA双链，促进DNA复制转录过程中形成的超螺旋松解，或使松弛DNA链形成超螺旋空间构型。喹诺酮类药物通过嵌入断裂DNA链中间，形成DNA-拓扑异构酶-喹诺酮类3者复合物，阻止DNA拓扑异构变化，妨碍细菌DNA复制、转录、以达到杀菌目的。

4.1作用靶位的改变编码组成DNA促旋酶的A亚单位和B亚单位及组成拓扑异构酶Ⅳ的parC和parE亚单位中任一亚基的基因发生突变均可引起喹诺酮类的耐药性。在所有的突变型中，以gryA的突变为主，主要为Thr-83Ile，Ala和Asp-87Asn，Gly，Thr。两者约占75%以上，而其它的突变型罕见。GyrA双点突变仅发生在喹诺酮类高度耐药的菌株中，这是因为gyrA上的83和87位的氨基酸在提供喹诺酮类结合位点时具有重要的作用。而gyrB的突变株则较gyrA的突变少见，主要为Glu-470Asp，Ala-477Val和ser-468Phe。parC的突变主要为Ser-87Leu，Trp。但值得注意的是所有存在parC改变的发生是在gyrA突变之后才发生的，在同时具有gyrA和parC突变的菌株中，以gryA上的Thr-83Ile和parC上的Ser-87Leu类型为最多见。parE的突变型为Asp-419Asn、Ala-425Val，但现在parE出现突变极为罕见（3/150）。

4.2膜通透性改变喹诺酮类药物与其它抗菌药物一样，依靠革兰阴性菌的外膜蛋白（OMP）和脂多糖的扩散作用而进入细菌体内，外膜蛋白与脂多糖的变异均可使细菌摄取药物的量减少而导致耐。已发现多种喹诺酮耐药性外膜突变株如norB、norC、nfxC、nfxB和多种抗生素耐药的marA等。大肠埃希氏菌通透喹诺酮类药物的孔蛋白主要为OmpF和OmpC。在喹诺酮类药物作用下，发生变异而缺失OmpF的菌株，药物不能进入细胞出现耐药性，且常与四环素、氯霉毒等抗生素交叉耐药。

5细菌对糖肽类抗生素的耐药机制

糖肽类抗生素（万古霉素和肽可霉素）被用作治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA）和耐甲氧西林表皮葡萄菌（MRSE）等多种耐药G+菌株感染的首选药物，曾一度被誉为人类对付顽固性耐药细菌的最后一道防线。糖肽类抗生素主要作用于细胞壁（UDP-胞壁酸五肽）前体D-丙氨酸-D-丙氨酸，以阻断肽聚糖合成中的转糖基酶、转肽酶及D，D-羧肽酶的作用，从而阻断了细胞壁的合成，而导致细菌死亡。革兰阴性菌因糖肽类抗生素不能穿透细胞膜而天然耐药。随着耐万古霉素肠球菌（vancomycin-resistantenteˉrococcus，VRE）的出现，抗生素的最后一道防线正面临着崩溃。VRE不但对万古霉毒耐药，而且其耐药因子能转移给其它G+菌株（如MRSA和MRSE等）［2］。这种获得性耐药的主要表型是VanA和VanB型。

5.1VanA型耐药因子VanA型主要存在于粪肠球菌和屎肠球菌，对其耐药机制研究得比较清楚。VanA型耐药因子是一个基因簇，包括抗性基因和调节基因（能调节抗性基因的表达，属于双元件调控系统）两部分。抗性基因由vanH基因的PR启动子启动子转录。VanA型的基本耐药机制是:当VRE所在环境中有万古霉素等糖肽类抗生素存在时，位于膜上的VanS蛋白接受信号后发生自我磷酸化而激活，并将信号传递给细胞质中VanR蛋白使其活化。活化的VanR蛋白的DNA结合域与调节基因vanR和抗性基因vanH的启动子PR和PH的调节区相结合，从而激活抗性基因和调节基因的转录活性，使其大量表达。表达产物在脱氢酶VanH和连接酶VanA作用下形成D-Ala-D-Lac二羧肽，取代D-Ala-D-Ala二肽前体参与VRE的细胞壁合成，就这样VRE形成的细胞壁肽聚糖前体小肽就以D-Ala-D-Lac作为末端，从而极大地降低了各种以D-Ala-D-Ala为靶点的抗生素的亲和力，使VRE产生耐药性［5］。

5.2VanB型耐药因子VanB型耐药型主要存在于粪肠球菌和屎肠球菌，具有较高的万古霉耐药性，其耐药机制和VanA型类似。VanB型耐药因子也是一个基因簇，包括耐药基因和调节基因。抗性基因由vanYB、vanW、vanHB、vanB和vanXB等5个基因组成，调控基因分别由vanRB和vanSB组成。抗性基因由vanYB基因的PYB启动子启动，调控基因由vanRB基因的PRB启动子启动。vanB、vanXB、vanYB、vanW、vanRB和vanHB，编码的vanHB，是脱氢酶，其功能与vanH类似，能催化丙酮酸生成D-乳酸;vanB和连接酶vanA一样，连接D-Ala和D-Lac形成D-Ala-D-Lac二羧肽，取代细胞中的D-Ala-D-Ala二肽前体;VanXB和VanX一样是二肽酶，水解D-Ala-D-Ala二肽前体:VanXB和VanY功能类似，是一种D，D-羧肽酶，能将五肽前体C端的D-Ala切除;VanW属于VanB型所特有，其功能还不太清楚。调节基因vanRB，vanSB和VanA型的调节基因功能类似，同样能调控VanB型抗性基因的表达。

VanA型耐药性由转座子Tn1546及其类似的转座子介导，VanB型耐药因子可以通过接合作用发生转移。

6结束语

抗菌药物为人类的健康生存和发展作出了巨大的贡献。然而随着新的抗菌药物开发速度的减低，而细菌耐药性常为不可逆，抗菌药物耐药性成为需要紧急采取行动的全球性问题。深入了解药物的作用机制及其相关的耐药机制对研制新的有效的抗菌药物是非常必需的。通过对目前已有的抗菌药物的化学结构进行改造，或合理的联合用药，避免抗菌药物的滥用，对防治日益严重的感染、控制耐药菌株的传播大有裨益。

参考文献

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3DasukvaGJ，ClrreiaⅢ，VitalC，etal.Molecularcharacterizationofbla（IMP-5），anewintegron-bomemetallo-beta-lactamasegenefromanAcinetobacterbaumanniinosocomialisolateinPortugal.FEMSMicrobialLett，2002，215:33.

4GniadkowskiM.Evolutionandepidemiologyofwxtended-spectrumbeta-lactamases（ESBLs）andESBL-producingmicroorganisms.ClinMicrobiolInfect，2001，7:597.

5ChiosisG，BonecaIG.SelectivecleavageofD-Ala-D-Lacbysmallmolecules:re-sensitizingresistantbacteriatovancomycin.Science，2001，293（5534）:1484.

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分子生物学篇2

关键词：分子生物学；教学改革；经验介绍

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）31-0176-02

分子生物学主要研究DNA的复制、转录、蛋白质的翻译及其相关调控规律的学科，它是高等学校生物相关专业开设的核心课程之一。虽然分子生物学是近二十年才被写入高校生物类及相关专业本科及研究生培养大纲，但是分子生物学已成为生物类等很多专业的核心专业课程之一。分子生物学理论和实验结合最紧密的课程之一，不但是生物科学和其他生物技术专业的基础课，而且广泛应用于生命科学实验的各个领域。分子生物学这门课程内容繁杂，微观概念繁多，并且其理论体系演变发展很快，也对其课程教学带来了巨大的挑战。

笔者长期从事分子生物学课程的理论和实验技术的教学工作。在教学过程中，结合该课程微观概念繁多、抽象性强等特点，从教材的选用、内容、以及教学方法等几个方面进行了探索研究，并取得了一些成效。以下对教学改革的几点措施以及体会和认识进行具体的描述。

一、精心选择有关教材和参考书

教材是学生“学”和教师“教”的过程中的基本资料，市面上关于分子生物学的教材十分多。由于分子生物学所包涵的知识面十分广，在编写教材时有不同的侧重点，因此选用一本合适的教材十分重要。通常要求教材既能涵盖分子生物学基本概念与基础知识，同时又能反映学科的发展动态，体现学校的办学特色。分子生物学是我校较早实行双语教学的课程之一，根据学生的实际水平选择了科学出版社影印出版的英国经典分子生物学教材《MolecularBiology》（Turner）。本教材按主题，采用言简意赅的语言和简明清晰的图表，系统概括了分子生物学的核心内容、主要技术及前沿动态。而且，此教材有中文译本，可以帮助学生快速准确获得信息，十分适合作为双语课程的教材。

二、优化教学内容

由于目前大多数生物学课程，如遗传学、生物化学、细胞生物学等都进入了微观分子时代，因此均增加了蛋白质、核酸、基因表达调控等基础知识的讲解。这使得学生对开设在高年级的分子生物学有一些似曾相识的感觉。这虽然有助于学生对分子生物学的理解，但是也会使学生感觉好多内容是对前面的复习，出现厌学情绪。针对这种情况，我们邀请遗传学、生物化学、细胞生物学等可能涉及分子生物学内容课程的主要负责人，认真讨论，优化了各自的教学大纲，在保证课程内容完整性的前提下，尽量压缩分子生物学的相关内容。对于教学过程中，生物化学、遗传学和遗传学中必须出现的分子生物学内容，如蛋白质核酸的结构与组成，采用分组讨论的方式进行自学，调动学生的学习积极性，因势利导，使学生对所学知识能够更加理解，对所学知识的记忆和理解能够进一步加深，为以后对相关知识点的学习打下良好基础。与此同时，这既节约了教学时间，又不会再出现与遗传学和生物化学有相同内容的重复教学问题。这样，一方面对分子生物学的教学重点进行了明确，另一方面又突出了分子生物学的教学特点，即以遗传学和分子生物学为基础，保证了教学课程的系统性和完整性。

三、合理使用多媒体课件

分子生物学理论课教学内容多，而且抽象，因此学生很难熟练掌握和理解。另外，分子生物学又有着很强的技术性。其原理十分复杂、难度高，很难进行试验操作且成本很高，这样可以利用教学课件中的相关图像及动画来进行演示，提高学生的学习兴趣。教师还可根据学生的个性特点以及接受能力来选择合适的多媒体课件配合内容的讲解，文、声、图、像并茂的新闻课件能够从多个角度分层次地展现教学内容，使学生更加容易理解相关知识，从而提高教学质量。美观清晰的多媒体界面，逼真的动画模拟更加方便教师在教学过程中的使用。通过多媒体向学生提供信息，是对学生进行多种感官的综合刺激，在获取信息的过程中，学生通过听觉、视觉等多方面的并用，更加容易使学生在学习中进行想象和创新，提高学生的学习积极性和创新能力。

但是，在教学过程中使用多媒体时，应注意它只是一种教学手段，是为教师的教和学生的学服务的。教师不能一味地让学生时刻跟着多媒体，只是做一个多媒体的操作员。所以，在多媒体教学过程中，教师要把多媒体当一种教学辅助手段，同时要注意给学生思考和讨论的机会和时间，培养学生的创新思维，重视学生的主体地位。

四、剖析经典实验

分子生物学是所有生物学学科相关课程中，最注重实验研究的课程之一。目前，现代分子生物学的理论发展的过程，实际上是前人大量实验发现的科学阐述集合，比如转座子的发现、RNA干扰现象及其机制的发现等。这些设计巧妙的实验，有着严谨的论述，其中的一些研究方法如今仍然在分子生物学的研究中广泛应用，如RNA干扰。这些经典实验过程本身就是一个科学故事，在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣，其实验设计可以启发学生寻找解决问题的方法，也可以帮助学生在专业课程的学习中了解研究方法，从而加深对相关理论知识的理解和掌握。

同时，分子生物学本身仍在不断地完善当中。相关的知识内容、发现和研究方式方法日新月异。如对非编码RNA的研究已经成为目前对分子生物学进行研究的特点。将用故事的相识对非编码RNA的研究历史进行讲述，进而采用启发的方式对学生进行引导，讨论在研究中对这一作用的应用。这样的起发过程，可以增加学生对现代生物学研究中理论与技术相互促进发展的理解，激励他们对已学知识的充分思考，建立基础研究与社会应用之间的联系，提高学生的创新能力和学习积极性。

五、利用科研实例剖析重点难点问题

分子生物学虽然理论很高深，但是它却被广泛应用于各种领域。特别值得一提的，如今各高校的教师有着较高的学历和丰富的科研经历，能够在教学过程中融入实际的科研案例。在教学中对书本知识进行传授的同时，为学生讲解讲授一些在实际工作中应用理论知识的实例，对学生知识的灵活运用能力的提高有很大帮助，可以为他们今后的工作和实践奠定基础。从课堂教学效果来说，有助于激发学生的学习积极性，并增强他们对重点知识的掌握理解。除此之外，也有助于提高学生对所学知识的应用能力，为以后的工作和实践奠定基础。

如可能的话，教师可以介绍自己研究团队的一些有趣的研究。比如笔者所在的团队，是搞泌乳调控机制的研究的。首先，向学生简单介绍研究泌乳调控机制的背景（泌乳对母亲和婴儿的重要作用）。我们在研究过程中发现一个小RNA对泌乳调控有重要作用，它可以影响乳蛋白的合成。进一步向学生介绍这个实验的设计思路，研究过程中所采用的试验方法。这种讲解，可以使学生对小RNA有深刻的印象，大大激发他们的科研兴趣。

六、实行双语教学

分子生物学，可以说是发展最快的生物学领域，因此分子生物学课程内容相应地也在迅速更新。大多数分子生物学的新发现，主要以英文论文形式发表在各种期刊杂志及其他媒体上。这要求教师不光要给学生讲授分子生物学的理论内容，同时还要培养学生通过英文杂志媒体了解、掌握分子生物学的前沿进展。双语教学在分子生物学教学过程中体现了很大的优势。我校分子生物学课程组自2004年起开始了双语教学的尝试，积累了一些经验。首先，在教材方面，我们选用了内容简洁的英国经典分子生物学教材《MolecularBiology》（Turner）。该教材涵盖了分子生物学绝大多数的基本知识点，且篇幅较短，特别适合本科生使用。第二，在教学方法方面，采用循序渐进、分步实施的办法。即开始是中英文对照，逐渐改为全英文，让学生逐步适应，减少因畏惧产生厌学。教学过程中，采用多媒体教学手段，教学课件中尽量多选用形象、精美的图片，将高深的抽象概念转变成直观的图像、动画，调动学生的学习积极性。注意搜集国外分子生物学视频，特别是一些标准英文配音的动画视频。这些动画视频形象地把一些分子生物学过程展示给同学，极大引起学生的兴趣。视频所配的标准英文介绍，可以帮助学生纠正一些专业词汇的正确读音，演示后，教师加以中文解释可进一步加深学生对相关知识的理解。

参考文献：

[1]王子健，张超，刘群红.生物化学和分子生物学课程整合的教学探索[J].基础医学教育，2011，13（12）：1061-1063.

[2]Weaver.R.F.分子生物学[M].郑用琏，译.北京：科学出版社，2010.

[3]谢兆辉.小RNAs作用机制的研究进展[J].遗传，2009，31（12）：1205-1213.

分子生物学篇3

关键词：分子生物学；教学改革；实验教改

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1674-0432（2013）-08-92-2

引言

分子生物学是在分子水平研究生命现象本质及其规律的一门新兴学科，它是研究核酸等生物大分子功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科，是人类从生物分子水平上真正揭开生物世界奥秘，由被动适应自然界转向主动地改造和重组自然界的学科[1]。近些年来分子生物学已日益渗透到生物学的各个领域之中，并产生了巨大的影响。而分子生物学实验技术也已成为生物学、医学、农学等学科站在新的高度和角度揭示生命奥秘的重要手段。分子生物学的理论掌握和实验操作是掌握分子生物学精髓的重要途径。因此，从培养学生能力出发科学地创建分子生物学理论和实验体系、选择适当的实验教学方法及客观地评定学生实验课成绩，会对分子生物学理论课理解和实验教学的效果产生重要的影响。高等学校传统的分子生物学实验教学[2]往往只是结合各自的实验室条件开展有局限的分子生物学实验教学，缺乏科学的实验体系，忽略合适实验方法的选择，缺少对实验教学效果全面、客观、系统的评估，这些都不利于学生学习兴趣和创新能力的培养。而高校是孕育和培养创新型人才的摇篮。实验教学作为高校教学体系的一个重要组成部分，是培养学生科学思维、创新意识的重要途径[3]。本文就分子生物学课程教学的改革阐述一些观点和体会，以期为提高分子生物学教学质量及培养创新型和素质型人才提供一定的参考。

1分子生物学教学改革具体的措施

1.1教学体系的优化

分子生物学是在生物化学和遗传学的基础上发展而来[4]。随着分子生物学研究的快速发展，分子生物学已经成为一门独立的学科。很多分子生物学教材的内容与生物化学、细胞生物学、分子遗传学、遗传学等课程重复较多，例如DNA和染色体的结构，RNA转录和蛋白质翻译等课程内容在分子生物学、生物化学和分子遗传学方面都有一定篇幅的介绍，重复的课程内容占用了大量的教学课时。因此，为了避免课程教学的重复，通过与生物化学、遗传学，细胞生物学，分子遗传学等课程的教师交流与研讨，对相关课程内容进行了具体而系统的优化，明确课程之间的有机衔接，突出了分子生物学的教学重点。在“RNA转录和蛋白质翻译”这部分的教学内容中进行了相应的优化，生物化学注重讲述转录和翻译的基本过程、而分子生物学则注重介绍具体的分子机制，又如原核和真核转录起始复合物的形成过程及分子机制的教学内容生物化学和分子生物学也进行了相应的侧重。

1.2教材的优化选择

通过多年的教学实践过程，选取适合本科生学习的分子生物学教材，对于学生系统的掌握本课程的理论知识及最新研究动态至关重要。课程设置之初选取阎隆飞主编的《分子生物学》第二版，之后开始侧重理论课与实验课的有机结合，选用朱玉贤等主编的《现代分子生物学》，它的知识体系较为完整，内容较前沿，尤其是第三版将分子生物学研究法分为了两章，分别讲述了DNA、RNA及蛋白质操作技术和基因功能研究技术，突出强调了分子生物学实验技术和原理，同时对基因组与比较基因组学也做了较大幅度的修改和充实[5]。这些内容均体现分子生物学的最新技术和研究成果，同时也满足学生了解分子生物学最新进展和考研的需要。为避免教材单一的局限性，还为学生推荐阎隆飞编著的《分子生物学》（第二版），LewinB主编的《GeneⅧ》，吴乃虎主编的《基因工程原理》（第二版）等书籍作为参考教材，并在教师的指导下有针对性地学习，这样不仅满足了大多数学生考研的需求，同时也加深了学生对分子生物学学习的兴趣及教学难点和重点的理解，取得了较好的教学效果。

1.3教学方法与教学手段的改善

在教学方法上，除了采用传统的教师讲授方法之外，为发挥学生作为教学主体的能动性，根据具体的教学内容安排启发式，讨论式等多种教学方法，让学生参与到教学过程中。如在讲授分子生物学研究法时，在班级内以各个学习小组为单位进行研究讨论会，以学生为主体讨论他们感兴趣的分子生物学实验技术，鼓励学生主动思考，自由发表他们的观点，通过讨论的方式测试相应的知识，以学生乐于接受的方式完成对知识的学习。本课程通过多种教学方法的有机结合，充分调动了学生的学习兴趣，分子生物学课程也因此受到学生的好评。近几年来学生考研选择生物化学及分子生物学作为专业课的人数日益增加并且考研专业课成绩逐年上升。

在教学手段上，采用传统教学与计算机辅助教学CAI相结合的方法。计算机辅助教学CAI应用于高等学校教育已成为主流趋势，它的优势在于可以通过文本、图形、动画、音频、视频、仿真软件等多种媒体最大限度地整合教学资源，形象直观地进行教学内容的呈现[6]，使学生通过多种展示方法理解并掌握课程的难点。如在“DNA高级结构”这部分教学内容中，学生对DNA的分子结构感觉很抽象，在教学过程中通过图片和视频等手段使学生对此结构有了具体的感知。又如在“DNA复制，RNA转录，翻译和真核和原核生物的基因表达调控”的教学内容中，仅通过传统课堂讲解，学生无法理解，通过多媒体的方法，利用动画、视频和图片对其涉及的微观机制进行相应的演示，使学生理解其具体过程和分子机制，提高了学生学习的积极性。

2分子生物学实验教学的改革措施

2.1加强实验教学条件建设，构建良好的实验教学平台

分子生物学是20世纪中期随着核酸的发现及结构和功能的研究发展起来的新兴学科，研究基础较为薄弱。我校前身是师范类院校，对物理、化学、数学、计算机等传统学科侧重较多。自2004年我校升级为本科院校，由师范类院校转变为综合类院校，学校增加了对各学科的实验教学投入。分子生物学实验室先后配备了EppendorfPCR扩增仪、Eppendorf梯度PCR扩增仪、高效制冰机、UVP凝胶成像系统、Millipore超纯水系统、Eppendorf台式高速离心机、sigma大型高速冷冻离心机、日本三洋超低温冰箱、分子杂交仪等先进仪器，满足了分子生物学基础实验和综合性实验课程的开设要求，为学生的实验教学与科研构建了一个良好的平台，为我院分子生物学实验课教学改革提供了有力的支持。通过上述平台由我院学生参与的分子生物学方向科研实验在部级挑战杯竞赛中取得了良好的成绩。

2.2实验教学体系的优化

之前由于实验条件的限制，我院分子生物学实验教学主要以基础性和验证性实验为主。随着实验条件的改善，逐步在实验设计上加大综合性、设计性实验、所占的比例。实验内容的选取也根据生物科学、生物技术专业的不同专业特点设置相应的实验教学内容。根据生物科学师范类专业的特点，在注重分子生物学基础验证实验的同时开设与分子生物学快速发展相结合的综合性实验。在生物技术专业的实验教学上则注重选取以实践操作为主的操作性和设计性实验。

在实验教学体系的优化中应注意各个实验内容之间的衔接与关联[7]。实验教学内容中建立好各实验之间的衔接对学生系统思维的培养具有重要意义，有利于学生对所学实验操作内容的理解和熟练掌握以及实验技术逻辑体系的建立。我院在实验课内容开设的顺序为基因组DNA的提取，聚合酶链式反应获得目的片段，电泳检测，大肠杆菌活化、感受态细胞的制备，质粒DNA提取，DNA片断酶切，目的片段与载体的连接，转化等，当学生预习实验时，会注意到各实验内容之间彼此承接与关联。前面实验效果的好坏直接影响到下一个实验的正常进行，以此来培养学生在分子生物学实验操作过程中的系统性与逻辑性。

2.3分子生物学实验教学方法的探索

合理的实验教学方法可以使实验内容取得预期的实验效果，在实验教学方法上注重深入浅出的阐述原理，重点在实验环节的解析。针对学生的兴趣特点在教学方法上做了以下几点改进。一、把学生分成多个实验小组，每组选出一人辅助实验教师完成实验的准备工作。在学生准备实验的过程中发现问题。二、发现问题后，在实验课讲授的过程中，教师对问题有针对的讲解与演示，强调标准的操作方法及实验中各环节的注意事项。并将实验过程做成电子课件指导学生正确操作。三、在实验过程中注意实验操作主体的差异性指导。教师在实验课讲授和演示结束后，注意观察学生的操作过程，针对学生存在的普遍问题，给予及时纠正和指导；对于少数同学存在的个别问题个别指导。这样既保证学生实验操作的准确性，又达到在有限的时间内完成实验教学任务的要求。

2.4分子生物学实验课成绩评定方式的改进

科学、有效评价学生实验理论及操作技能是提高实验教学质量强有力的措施[8]。在分子生物学实验成绩评定中采用多样化考核手段，主要从两个方面评定：一、实验理论的评定，主要通过实验报告考察学生对实验原理和步骤的掌握和理解。通过结果分析考查学生对整个实验的理解与掌握。二、实验操作技能的评定。在实验过程中，各实验小组不同学生实验态度以及对实验教学内容的理解思考差异很大。鼓励那些大胆对实验步骤提出疑问的同学，同时激励其他的同学，在成绩评定中不同学生的评定会有所区别。

3结语

如何教好分子生物学课程，提高学生的学习兴趣，改变学生为了考试而学习的观念，提高教学效果，是摆在所有分子生物学理论及实验教学工作者面前的一个共同问题[9-10]。通过以上的改革和探索。无论及教学，考研，科研还是就业都取得了一定的成效。为了更好地提高分子生物学的教学效果，希望能够与各高校的分子生物教师进行交流和合作，进一步优化分子生物学理论和实验教学的课程体系及教学方法和手段。从学生作为教学主体出发，发挥学生的主动性和能动性，以期培养出更高质量的高校毕业生。

参考文献

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[2]高利臣，肖璐，冯涛.分子生物学实验教学改革的几点思考[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：99-102.

[3]毛范海，朱林剑，孙守林等.改革实验教学内容和教学方式培养学生创新能力[J].实验技术与管理，2005，24（4）：88-90.

[4]王荣，刘勇，姜双林.高等师范院校分子生物学课程教学改革与实践[J].生物学杂志.2012，29（1）：100-102.

[5]朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2007：1-3.

[6]吴元锋，刘士旺，毛建卫.分子生物学教学的探索与实践[J].浙江科技学院学报，2007，19（4）：326-328.

[7]张宝珠，陈德福.培养学生实验能力“分子生物学实验”课程体系的建立[J].高等理科教育，2005，4（62）：90-92.

[8]杨晓杰，刘质纯.利用多媒体技术促进生物学教学改革[J].黑龙江高教研究，2001，103（5）：112-113.

[9]张宝珠，陈德福.培养学生实验能力“分子生物学实验”课程体系的建立[J].高等理科教育，2005，4（62）：90-92.

分子生物学篇4

概念：分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。

所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。

发展历史：

一、准备和酝酿阶段

19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：

确定了蛋白质是生命的主要基础物质

19世纪末buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素c、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。1902年emilfisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，sanger创立二硝基氟苯（dnfb）法、edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链n端氨基酸；1953年sanger和thompson完成了第一个多肽分子--胰岛素a链和b链的氨基全序列分析。由于结晶x-线衍射分析技术的发展，1950年pauling和corey提出了α-角蛋白的α-螺旋结构模型。所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。

确定了生物遗传的物质基础是dna

虽然1868年f.miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。20世纪20-30年代已确认自然界有dna和rna两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。由于当时对核苷酸和硷基的定量分析不够精确，得出dna中a、g、c、t含量是大致相等的结果，因而曾长期认为dna结构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。40年代以后实验的事实使人们对酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。1944年o.t.avery等证明了肺炎球菌转化因子是dna；1952年a.d.hershey和m.cha-se用dna35s和32p分别标记t2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。在对dna结构的研究上，1949-52年s.furbery等的x-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了dna是螺旋结构；1948-1953年chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成dna的硷基和核苷酸量，积累了大量的数据，提出了dna硷基组成a=t、g=c的chargaff规则，为硷基配对的dna结构认识打下了基础。

二、现代分子生物学的建立和发展阶段

这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年watson和crick提出的dna双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。dna双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础;提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式；从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。在此期间的主要进展包括：

遗传信息传递中心法则的建立

在发现dna双螺旋结构同时，watson和crick就提出dna复制的可能模型。其后在1956年a.kornbery首先发现dna聚合酶；1958年meselson及stahl用同位素标记和超速离心分离实验为dna半保留模型提出了证明；1968年okazaki（冈畸）提出dna不连续复制模型；1972年证实了dna复制开始需要rna作为引物；70年代初获得dna拓扑异构酶，并对真核dna聚合酶特性做了分析研究；这些都逐渐完善了对dna复制机理的认识。

在发现dna双螺旋结构同时，watson和crick就提出dna复制的可能模型。其后在1956年a.kornbery首先发现dna聚合酶；1958年meselson及stahl用同位素标记和超速离心分离实验为dna半保留模型提出了证明；1968年okazaki（冈畸）提出dna不连续复制模型；1972年证实了dna复制开始需要rna作为引物；70年代初获得dna拓扑异构酶，并对真核dna聚合酶特性做了分析研究；这些都逐渐完善了对dna复制机理的认识。

在研究dna复制将遗传信息传给子代的同时，提出了rna在遗传信息传到蛋白质过程中起着中介作用的假说。1958年weiss及hurwitz等发现依赖于dna的rna聚合酶；1961年hall和spiege-lman用rna-dna杂交证明mrna与dna序列互补；逐步阐明了rna转录合成的机理。

在此同时认识到蛋白质是接受rna的遗传信息而合成的。50年代初zamecnik等在形态学和分离的亚细胞组分实验中已发现微粒体（microsome）是细胞内蛋白质合成的部位；1957年hoagland、zamecnik及stephenson等分离出trna并对它们在合成蛋白质中转运氨基酸的功能提出了假设；1961年brenner及gross等观察了在蛋白质合成过程中mrna与核糖体的结合；1965年holley首次测出了酵母丙氨酸trna的一级结构；特别是在60年代nirenberg、ochoa以及khorana等几组科学家的共同努力破译了rna上编码合成蛋白质的遗传密码，随后研究表明这套遗传密码在生物界具有整理性，从而认识了蛋白质翻译合成的基本过程。

上述重要发现共同建立了以中心法则为基础的分子遗传学基本理论体系。1970年temin和baltimore又同时从鸡肉瘤病毒颗粒中发现以rna为模板合成dna的反转录酶，又进一步补充和完善了遗传信息传递的中心法则。

分子生物学篇5

进入21世纪后，分子生物学的发展迅猛，新技术新手段层出不穷并已渗透到各个学科;分子生物学理论与技术已经成为人们认识生命本质和改造生物特性的有力武器。

然而，我们在指导大学生科技创新活动中发现：大多数学生(即使考试成绩很好的学生)很难能应用所学的分子生物学理论与技术设计出科学研究的实验方案;我们调查也发现：很多硕士研究生在利用分子生物学理论与技术设计科学研究实验方案时仍困难重重，这说明我们传统的“老师讲、学生听、再考试”按部就班的生物化学与分子生物学教学模式已经很难实现“培养高素质创新性人才”的目标。那么，如何在教学中引导学生进行科技创新?

随着近年来分子生物学的飞速发展，给生物化学与分子生物学教学带来一些问题，主要体现为：教学学时的不足与教学内容的扩增;学生理论知识的学习与科学研究实验环节的严重脱离，这是造成分子生物学知识在应用中“困难重重”的主要原因。

研究型教学也称主题研究，是在美国布鲁纳的“发现式学习模式”和瑞士皮杰的“认知发展学说”基础上构建的教学模式[1]，是在老师指导下有目的地相对独立地对教学内容相关的实际问题进行探索研究，从而提高学生运用知识解决实际问题的能力，从而培养出具有独立思考研究能力的创新型及应用型人才。

“开展大学生创新教育、培养高素质创新性人才”是高等教育改革与持续发展的一个重要主题。为坚持“教学以学生为本”的原则，以培养“实践能力强、综合素质高”的创新型医学人才为中心，我们以“肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室”为平台，以教师承担的科研项目为引导，在生物化学与分子生物学理论及实验教学中探索并实践“研究型教学”模式。

1.优化和整合理论教学内容，夯实学生创新基础。生物化学与分子生物学发展快速，新技术、新方法、新成果不断涌现。我们根据教学大纲要求，优化、整合教学内容：删除淘汰的内容，合并重复的内容，增加新出现的内容。在课堂讲授中，将国内外一些最新分子生物学研究成果、发展动态及科学前沿知识充实到教学内容中;介绍分子生物学新技术在疾病诊断、治疗、预防中的最新进展，使学生明白生物化学与分子生物学在医学中的重要性。

2.利用多种现代化教学方法和手段，激发学生科技创新兴趣。生物化学与分子生物学课堂内容丰富、信息量大，而教学课时少。因此，我们在理论教学中将教学内容分为讲授和自学两部分：在讲授中，利用多媒体等多种现代化教学手段，将难点和抽象的内容以动画的形式反应出来，使教学内容直观化，增加学生对知识的掌握;在自学中，充分利用网络教学平台实现师生之间、生生之间的交流互动;同时将教师承担的科研课题设置成科研专题，让学生带着科研专题的问题开展学习。

3.加强实践教学，培养学生科技创新能力。我们在重视理论知识教学的基础上，加强实践教学与理论教学相结合。我们重新组合实验内容，实行“三型实验原则”(即将实验分为验证型实验、综合型实验、研究型实验)：减少基础性验证型实验、增加设计性综合型实验、开展创新性研究型实验。

在课堂内的基础性实验部分：减少传统的验证性及临床生化指标测定的实验项目及学时数，使实验项目主要集中于基本操作、比色技术、离心技术、层析技术及电泳技术等方面的实验;对基本的规范化实验操作方法及常规实验技术(如比色、离心、层析、电泳等技术)操作流程录像后上传到课程网站中以便学生对照学习。

在课堂内的设计性综合型实验部分：我们组织学生针对教学中遇到的问题设计研究方案。例如，在肝脏生物化学中提到：白蛋白主要是由肝脏合成，而白蛋白又是临床医疗和科研中常用制剂，如何提取出有活性的白蛋白?如何利用生物技术大量生产白蛋白?通过讨论，使学生了解解决这一问题所依据的蛋白质理化性质和分离纯化、基因表达、基因重组、PCR等理论知识。通过设计白蛋白分离纯化与鉴定实验，在对蛋白质理化性质加深理解的同时，使学生掌握合理运用盐析沉淀、离子交换层析等技术操作流程;在此基础上，启发学生运用基因重组、RT-PCR等分子生物学技术设计重组表达白蛋白的实验方案。指导教师对学生设计的研究方案可行性和合理性进行点评及修改，学生在老师指导下，在课堂内开展上述设计性综合型实验。

4.在课堂外的创新性研究型实验部分：学生组成多个研究小组(3～5人/组)对教师承担的科研课题(已设置成多个科研专题)查阅文献和资料后进行创新性科研专题申请书的撰写;指导老师根据申请书质量及个人兴趣爱好挑选部分研究小组开展科研专题的实验研究;在此过程中，学生利用课余时间在老师指导下开展创新性实验研究，从而进一步培养科技创新能力。

5.研究型教学模式在生物化学与分子生物学教学中的效果：通过研究型教学模式在三峡大学医学院临床医学专业的生物化学与分子生物学教学中的探索与实践，我们发现学生的考试成绩显著高于未经过研究型教学模式的班级;学生的动手操作能力也显著高于未经过研究型教学模式训练的学生。通过研究型教学模式，学生的科研素质和创新能力得到提高，激发了学生对生物化学与分子生物学的学习兴趣，极大调动了学生的学习积极性。通过学生课外完成的科研专题研究，学生以第一作者在CSCD核心期刊发表研究论文7篇;指导老师在指导大学生科研专题的同时，圆满完成了自己所承担的科研课题的研究;同时老师通过完成科研课题，促进自己的教学水平。

总之，通过上述一系列的探索与实践，能充分调动学生学习积极性，开阔视野，增加学生对生物化学与分子生物学及科技创新活动的兴趣;更重要的是能提高学生的实践动手能力，培养学生的科技创新能力;同时，老师通过完成科研课题，带动人才培养;能使教师把教学与科研有机结合起来，以科研促进教学;使教师不断更新教学内容，不断改善教学框架，形成囊括最新知识框架的教学体系，从而使《生物化学与分子生物学》教学质量得以进一步提高;即充分证明研究型教学模式在生物化学与分子生物学教学实践中是有效和可行的。