中国生物化学与分子生物学报

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中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 0-0.

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线粒体依赖性铁死亡在胃肠肿瘤中的作用及治疗

吕忱聪, 罗再, 黄陈

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1649-1658. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.05.1431

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铁死亡是一种独特的、以铁依赖和脂质过氧化为特征的新型调节性细胞死亡形式。铁死亡在多个细胞器内均可发生,而线粒体依赖性铁死亡在诸如胃肠肿瘤等多种疾病演进中显得日益重要。线粒体作为细胞物质代谢和能量代谢的核心,通过位于其内膜的电子传递链等结构产生活性氧,从而引发线粒体依赖性铁死亡。同时,位于线粒体内膜外侧的二氢乳清酸脱氢酶等抗氧化系统抵抗铁死亡。通过靶向线粒体依赖性铁死亡相关靶点进行治疗,有望实现对胃肠肿瘤的精准诊治。本文综述了线粒体在铁死亡中的形态变化,并且对线粒体依赖性铁死亡的具体机制进行了详细总结,包括能量代谢、脂质代谢、铁代谢以及其他涉及的调控机制。同时,本文强调了线粒体依赖性铁死亡对胃肠肿瘤生物学的影响,以及其在胃肠肿瘤治疗上的潜在临床应用价值。本文拟通过深入探讨线粒体依赖性铁死亡的具体机制,以及其在胃肠肿瘤的预后预测和治疗中的潜在作用,旨在为胃肠肿瘤预后预测与治疗提供潜在的靶点。

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神经损伤诱导蛋白1在诱导细胞质膜破裂中的作用

樊浩, 赵丹, 焦放

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1659-1665. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.09.1226

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细胞质膜破裂(plasma membrane rupture,PMR)是细胞程序性死亡的最后一步,这一过程会将细胞内容物(包括促炎细胞因子和损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)等)释放到细胞外环境,引发或放大炎症反应。最新研究发现神经损伤诱导蛋白1(nerve injury-induced protein 1,NINJ1)是多种程序性细胞死亡中质膜破裂(plasma membrane rupture,PMR)的关键介质。本综述结合最新研究成果,聚焦于NINJ1在细胞死亡方面的关键作用,探讨NINJ1的分子结构、功能及在炎症性疾病中作为治疗靶点的潜在应用。非激活态的NINJ1具有多个α-螺旋结构,包括两个跨膜α-螺旋结构及游离在胞外的N端(1-78, 包含α-螺旋结构)结构域。当NINJ1被激发后能发生寡聚并使处于胞外的α-螺旋结构插入细胞膜,从而引发细胞质膜破裂。根据已解析的NINJ1激活态分子结构,已提出2种不同的NINJ1诱发细胞质膜破裂分子机制,一种是NINJ1形成环状或拉链结构,通过其内部亲水结构切割细胞膜,另一种NINJ1也形成环状结构,但其亲水区在环外会将NINJ1跟细胞膜一起切掉。同属Ninjurin家族的NINJ2与NINJ1在结构上高度相似,却不能介导质膜破裂,揭示细微的结构差异即可改变NINJ1的溶膜功能。通过阻止NINJ1介导的质膜破裂,可减轻炎症反应。未来的研究可能会集中在开发针对NINJ1的抑制剂,以期通过调控其功能来治疗相关的炎症性疾病。

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铜死亡在脊髓损伤中的潜在作用

程洪霞, 马芬芬, 陈雅慧

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1666-1672. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.08.1222

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脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统疾病,其复杂的发病机制一直都是研究的热点。继发性损伤是造成脊髓损伤后神经功能障碍的主要原因,其中线粒体功能障碍、炎症反应以及离子失衡是继发性损伤阶段重要的病理过程。铜死亡是一种新的细胞死亡方式,其发生机制是铜与三羧酸循环的硫辛酰化组分直接结合,导致硫辛酰化蛋白质聚集和铁硫簇蛋白丢失最终导致细胞死亡。铜死亡的发生涉及线粒体和铜离子两个重要因素,并且还提出了调控其发生的铜死亡相关基因。由于脊髓损伤后出现线粒体功能受损和血清铜水平异常,所以铜死亡被认为与脊髓损伤的发病机制相关。本文以铜死亡调控线粒体功能、影响铜离子代谢以及部分铜死亡相关基因(FDX1、LIAS、DLD、PDHA1和PDHB)为切入点,讨论铜死亡与脊髓损伤的联系,旨在为脊髓损伤的临床提供理论依据和支持。

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液-液相分离在呼吸道病毒感染中的作用

郑宇航, 李双强, 董书维

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1673-1682. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.08.1139

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病毒是引起呼吸道疾病的常见病原体,呼吸道病毒感染通常引起发热、头痛及肺浸润等症状,严重者还可发展为急性呼吸窘迫综合征、多器官功能障碍综合征甚至死亡,给人类健康和社会经济发展带来严峻挑战。病毒与宿主的相互作用是决定疾病严重程度的关键因素,病毒通过多种策略利用宿主代谢系统帮助其复制,调控宿主免疫反应,从而更好地在宿主体内生存繁殖。因此,深入探究病毒与宿主相互作用机制对治疗靶点的发现和抗病毒药物的研发至关重要。液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)是胞内分子形成液滴状结构的一种现象,通过该作用形成的无膜细胞器允许同步甚至相互排斥的生化反应发生,在细胞生命活动中扮演重要角色。近年来,大量的研究发现,呼吸道病毒蛋白质具有与核酸或蛋白质形成LLPS凝聚体的能力,或者在该类病毒感染过程中宿主蛋白质形成的LLPS凝聚体受到干扰。这些相分离聚集体不仅参与病毒生命周期的调控,还会影响宿主免疫反应和细胞代谢等活动,是病毒发病机制研究的一个新热点。本文梳理了LLPS在呼吸道病毒生命周期、宿主免疫反应和细胞代谢活动等过程中的作用,并探讨了该领域尚待回答的问题和未来发展趋势。

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小窝蛋白1泛素化在不同疾病中的角色与意义

胡凤丽, 王鹏飞, 谷国强

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1683-1690. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.09.1137

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小窝蛋白1(caveolin-1,Cav-1)是小窝的主要成分,可参与细胞膜内吞、脂质运输及信号转导等生理过程。近年来,大量研究发现,小窝蛋白1泛素化修饰既能影响自身水平,又能通过改变蛋白质结构造成相互作用分子的构象变化,进而在不同疾病中扮演不同的角色。Cav-1含12个赖氨酸残基,其中N端结构域6个赖氨酸残基(5/26/30/39/47/57)对于Cav-1的泛素化修饰必不可少。在不同疾病状态下,Cav-1的泛素化类型及位点各异,而且泛素化修饰后可通过泛素-蛋白酶体系统及溶酶体途径降解。本文通过综述Cav-1泛素化在呼吸、消化、神经、内分泌、乳腺生殖等系统疾病中的相关研究,发现Cav-1泛素化主要涉及肿瘤、炎症和代谢性疾病等病理过程。通过综述Cav-1泛素化修饰在不同疾病模型及细胞中扮演的角色,希望能加深理解Cav-1泛素化的生理和病理生理学意义,为未来可能相关干预提供方向。

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microRNA与作物的农艺性状

张亦心, 王翔, 鲁玉柱

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1691-1697. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.10.1118

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microRNA是真核生物体内一类重要的、具有调节作用的小分子RNA。植物microRNA对植物的生长、发育及环境应答等均有重要调控作用。尽管已有一些植物microRNA的综述,但鲜有文章突出总结microRNA调控作物农艺性状的相关成果。本文重点总结了microRNA对作物农艺性状方面调控的研究进展,microRNA能够影响包括漆酶、抗氧化酶、DELLA蛋白、胁迫耐受蛋白、生长素响应因子、增殖细胞因子等在内的多种酶、功能蛋白质以及转录因子的表达水平,也调控作物体内如木质素、赤霉素、脯氨酸、谷胱甘肽等重要生物活性物质的含量。通过参与不同的调节机制,microRNA调控作物体内的物质运输与代谢、器官发育以及在各类胁迫下的抗逆性,在作物的形态学、生物量、籽粒产量、营养代谢和逆境应答等方面均发挥重要作用。最后本文探讨了这些microRNA在农业生产应用中的巨大潜力,为未来作物改良与育种工作提出可行的策略与方向。

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利用CRISPR/Cas9 sgRNA文库筛选调控结直肠癌对奥沙利铂敏感性的表观遗传相关基因

付亚坤, 贾林创, 穆标

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1698-1708. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb2024.11.1307

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结直肠癌是最常见的消化系统恶性肿瘤之一,以奥沙利铂(oxaliplatin,OXA)为基础的联合化疗方案是临床上治疗中晚期病人最常用的策略,但耐药性的产生极大限制了化疗的效果,是导致化疗失败的主要原因。因耐药发生机制未明,亟需一种高通量、高特异性的测序方法探索奥沙利铂耐药性产生的原因。CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas9)文库筛选是近年快速发展起来高通量筛选肿瘤耐药基因的新技术,但尚未在结直肠癌对奥沙利铂耐药性产生的基因筛选中应用。我们构建了含有5 256个小向导RNA(small-guide RNA,sgRNA)的针对910个人类表观遗传相关基因的sgRNA文库,利用慢病毒包装,并通过蛋白质免疫印迹检测,以及流式细胞术检测确定病毒感染的条件,将慢病毒感染复数(multiplicity of infection,MOI)维持在30%以下,使其保证每1个细胞感染1条sgRNA并敲除1个基因;使用慢病毒携带文库感染结直肠癌细胞HCT116和SW620,通过阳性筛选策略获得单克隆并进行扩增,通过测序筛选得到21个调控结直肠癌细胞对奥沙利铂敏感的基因,通过分别敲除候选基因发现,敲除TDRKH、ALKBH3、UNKL、TTF2、TNKS、AURKA、RBM12、ELAVL2、LSM5、NOL8、PRPF3基因可以显著提高奥沙利铂对结直肠癌细胞的半数致死量(IC₅₀)(P <0.05),其中ALKBH3、AURKA和RBM12等3个基因的高表达与临床的预后具有显著的相关性(总生存期:P=0.043,P<0.0001,P=0.045;无复发生存期:P=0.004,P=0.0019,P=0.0064)。研究证明,CRISPR/Cas9文库是筛选肿瘤敏感性基因的高通量方法,可为进一步探究结直肠癌对奥沙利铂敏感性的机制提供靶点参考。

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有机酸稀土配合物的抗菌性能

覃玉环, 秦辉, 黄孟阳, 蒲升惠, 骆微, 廖学品, 石碧

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1709-1722. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.11.1218

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抗生素在畜禽养殖业中的过度使用而导致的动物安全问题日益严重,因此,迫切需要一种安全、高效的 “替抗” 酸化剂。本文研究了有机酸(small-molecule organic acid,SOA)和稀土(rare earth,Re)形成配合物(Re-SOA)后对三种家禽家畜常见致病菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌)的抗菌活性及其作用机制。采用液相合成法制备系列稀土—有机酸配合物(Re-SOA),通过红外光谱、X射线光电子能谱和拉曼光谱等表征证明Re-SOA配位成功。牛津杯法和琼脂稀释法测定最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)和最小杀菌浓度(minimum sterilization concentration, MBC)分析结果表明Re-SOA配合物有协同抑菌作用,Re-SOA配合物的抑菌活性较SOA和Re³⁺显著提高;Re-SOA的抑菌活性顺序为:Yb-SOA > Gd-SOA >La-SOA,Re-SOA,其中Yb-Ac(Ac:乙酸)对3种致病菌的MIC值分别为0.27、0.53以及0.53 mmol L^-1,MBC值分别为0.53、0.53以及0.53mmol·L^-1。场发射扫描电子显微镜分析、TEM透射电镜分析和转录物组测序分析结果表明了配合物对细胞的作用机制,即Re-SOA可通过抑制细菌的糖代谢、能量代谢、氨基酸代谢以及生物膜形成来抑制细菌生长。配合物Re-SOA作为一种新型抗菌剂,具有高效和安全的抗菌特性。该研究为开发新型抗菌剂提供了有效方案,对解决畜禽养殖业中抗生素耐药性问题具有重要意义。

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内质网相关降解系统通过Ca²⁺调控肝细胞线粒体能量代谢活性

蒋贝尔, 张峰, 白永凤, 吴麒, 胡亚兵

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1723-1731. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.10.1138

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肝细胞含有丰富的内质网和线粒体,两者以相互作用的方式调控肝细胞生命活动,但相互作用的机制尚未完全阐明。内质网中存在一套高度保守的蛋白质质量控制系统,即内质网相关降解(endoplasmic reticulum associated degradation, ERAD)。最新研究发现,ERAD可通过线粒体相关膜性结构(mitochondria associated membranes, MAMs)调控脂肪细胞线粒体功能,但在肝细胞中,关于ERAD与线粒体之间的相互作用及机制目前仍不明确。本研究选用HepG2作为细胞模型,通过化学药物诱导和基因敲除2种方法构建ERAD功能障碍肝细胞模型。采用荧光标记、流式分析和免疫印迹等技术手段,探究ERAD在肝细胞线粒体中的作用。结果发现,ERAD功能障碍会降低HepG2肝细胞线粒体膜电位和ATP水平(P＜0.01);而且,ERAD功能障碍还会破坏HepG2细胞内质网与线粒体Ca²⁺稳态,当减少内质网Ca²⁺释放时,可改善线粒体能量代谢功能(P＜0.05)。这些发现在ERAD功能障碍小鼠原代肝细胞中得到进一步验证。上述结果表明,ERAD在肝细胞内质网与线粒体相互作用中具有重要的调控作用,增强ERAD功能可能提升肝细胞线粒体活性,为线粒体功能障碍相关疾病提供新的研究思路。

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基于RNN算法和分子模拟设计新的STAT3抑制剂

薛义宽, 王禹翔, 王佩, 陆卫忠

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1732-1741. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.09.1183

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信号转导子和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription3,STAT3)在多种癌干细胞中存在异常表达,其与细胞的癌变具有强相关性。因此,设计和研究新的STAT3抑制剂是攻克癌症的重要且有效策略。本文基于循环神经网络(recurrent neural network,RNN)算法,提出一种全新STAT3抑制剂的设计方法,并且通过分子模拟研究对该方法进行效果评价。本文的研究路线如下:使用RNN算法构建STAT3抑制剂生成模型,使其能生成全新抑制剂;基于机器学习算法,建立STAT3抑制剂的分子分类预测模型;对分类为STAT3抑制剂的分子进行基于分子对接的层级虚拟筛选,选出最终在高精度筛选(extra precision,XP)中得分最高的3个分子作为潜在抑制剂进行下一步研究;对潜在抑制剂进行结合自由能计算以及吸收、分配、代谢、排泄和毒性(absorption distribution metabolism excretion toxicity,ADMET)的预测并在后续利用独立梯度模型(independent gradient model,IGM)分析,进一步探究其成药性。本文的研究结果表明,利用上述方法可以有效生成出有良好成药性的全新STAT3潜在抑制剂,为后续STAT3药物研发提供经验和参考。

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CMTM4调节宫颈癌髓源性抑制细胞分化和免疫效应

王海燕, 刘建辉, 阿小英, 王佳倞, 穆庆芬, 周静, 杨安琪

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1742-1750. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb2024.11.1271

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CMTM4蛋白异常表达与肿瘤发生、发展及预后相关,其在宫颈癌中的作用和机制尚不明确。本研究旨在探讨CMTM4在宫颈癌中的表达水平及其对MDSCs分化和免疫细胞功能的调节作用和分子机制。首先,利用免疫组化染色和Western印迹检测CMTM4在宫颈癌肿瘤和癌旁组织中的表达水平。结果显示,CMTM4在宫颈癌组织中的表达水平显著低于癌旁组织(P<0.01)。通过流式细胞术检测宫颈癌患者肿瘤样本中MDSCs的分化,使用CD45、CD11b和Ly6G标记M-MDSCs,使用CD45、CD11b和Ly6C标记G-MDSCs。发现宫颈癌患者血液中M-MDSCs和G-MDSCs的百分比显著高于健康志愿者组(P<0.01)。此外,流式分析发现,CMTM4高表达提高宫颈癌患者血液中CD3+CD4+ T细胞和CD3+CD8+ T细胞比例(P<0.01),促进Th1和Th17细胞的活化比例(P<0.05),抑制Th2和Treg细胞的活化比例(P<0.05或P<0.01)。通过流式分析肿瘤组织中CD8+PD-1+ T细胞和CD8+PD-L1+ T细胞的百分比。结果显示,CMTM4高表达抑制肿瘤组织中CD8+PD-1+ T细胞和CD8+PD-L1+ T细胞的百分比(P<0.05)。体外研究表明,CMTM4过表达的HeLa细胞显著抑制MDSCs生成(P<0.01),PD-1过表达的HeLa细胞进一步促进了MDSCs生成(P<0.05)。此外,使用ELISA检测Th1、Th2、Th17和Treg细胞因子的水平。发现CMTM4过表达的HeLa细胞可降低T细胞的IL-10分泌水平(P<0.01),而增加IFN-γ和TNF-α的分泌水平(P<0.01),其均被PD-1过表达逆转(P<0.05或P<0.01)。综上,本研究表明,CMTM4在宫颈癌中的低表达导致MDSCs的异常分化和肿瘤的免疫逃逸,CMTM4通过调节PD-1/PD-L1通路,从而影响肿瘤T细胞的活化。因此,CMTM4可能成为治疗宫颈癌的潜在靶点。

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miR-193a-5p通过HDAC9-ABCA1/G1途径抑制巨噬细胞脂质蓄积

王艳, 宋志勇, 艾卫敏, 蔡金杏

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1751-1760. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.10.1244

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前人研究发现,微RNA-193a-5p(miR-193a-5p)参与上皮细胞脂肪酸代谢,但在巨噬细胞脂质蓄积中的作用未明。组蛋白去乙酰化酶9(HDAC9)被证实可通过对三磷酸腺苷结合盒转运子A1/G1(ABCA1/G1)进行去乙酰化修饰,抑制ABCA1/G1表达和巨噬细胞胆固醇外流,促进泡沫细胞形成。本研究探讨miR-193a-5p对THP-1巨噬细胞脂质蓄积的影响及其与HDAC9的联系。RT-PCR和Western印迹显示,THP-1源性泡沫细胞中miR-193a-5p水平显著下调,转染miR-193a-5p mimic可显著增加ABCA1和ABCG1的mRNA和蛋白质表达,而SR-BI、CD36和SR-A的表达无影响。油红O染色和液体闪烁计数法结果表明,过表达miR-193a-5p可显著减少胞内脂滴含量,而DiL-ox-LDL摄取水平无明显变化。高效液相色谱(HPLC)提示,miR-193a-5p mimic转染后泡沫细胞内总胆固醇(TC)、胆固醇酯(CE)和游离胆固醇(FC)含量均显著减少,上述效应在转染HDAC9 siRNA后显著增强(P＜0.05),而在HDAC9过表达后被显著抵消(P＜0.05)。荧光素酶报告基因检测和Western印迹提示,miR-193a-5p可通过靶向结合HDAC9 3′UTR,抑制其蛋白质表达(P＜0.05)。综上,miR-193a-5p可通过HDAC9-ABCA1/G1途径抑制THP-1巨噬细胞脂质蓄积。

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植物源SARS-CoV-2 S1-RBD表达水平的优化

李晗, 纪惠莹, 张天昊, 王春玉, 何金鑫, 张莉莉

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1761-1770. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.10.1225

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SARS-CoV-2 受体结合域(RBD)是重组蛋白质疫苗的关键靶点。高效和高质量地表达 RBD蛋白是开发有效重组蛋白疫苗的重要基础。相较于 CHO 细胞生产的 RBD 疫苗,植物表达系统具有更高安全性和更低成本的优势。目前,RBD 抗原在植物中的表达水平较低,且其提取和质量优化方法尚未完全建立。本研究以 SARS-CoV-2 原型株 RBD 的 R₃₁₉~K₅₃₇ 位氨基酸为模板,通过植物表达载体 pCAMBIA1300 在本氏烟草中进行瞬时表达。初始表达水平较低,仅为 23.3 μg/g 鲜重,占植物总可溶蛋白质的 0.23%。通过共表达高效基因沉默抑制子 pGD-VSRs,RBD 表达量提高了2.61倍。通过 C-末端融合绿色荧光蛋白,确定了 RBD 在植物中定位于质外体区域。进一步引入 αAmy3 信号肽,使RBD的积累水平较 PR1a 信号肽提高2.1倍。最终,RBD 在本氏烟草中的表达量提升至 128.6 μg/g 鲜重,占植物总可溶蛋白质的 1.29%。随后,采用质外提取纯化方法,获得纯度超过90%的 RBD 蛋白。小鼠免疫实验表明,该植物来源的 RBD 与 CHO 来源的 RBD 具有相当的免疫原性。本研究为植物源 RBD 疫苗的开发提供了重要的理论基础和技术支持。

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用教师有效反馈,提升形成性评价的教学效果和学生的主体作用

杨艳

中国生物化学与分子生物学报. 2024, 40(12): 1771-1778. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2024.11.1217

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形成性评价和有效反馈是教学环节的重要组成部分,对保障学生学习效果和提高教学质量至关重要。学生既需要富有成效的练习,也需要教师的形成性评价和有效反馈。只有将练习及形成性评价和教师针对性反馈有效地结合起来,才能充分发挥二者的作用。因此,本文以生物化学课程为例,分享了本课程课后小组作业的形成性评价和有效反馈教学模式的具体内容。深入探讨了该教学模式各环节存在的问题,并分享了有效的教学策略。特别是本课程的“教师反馈+助教反馈+同伴反馈+范例(3+1)”有效反馈模式,帮助学生实现了自我成长和综合能力的提高。总结本生物化学教学案例的实施效果发现,形成性评价及针对性反馈能够有效的帮助学生获得新技能。学生进一步应用其所获得的新技能,学生作业质量明显提高,达到更高的学习标准,学生跨进了一个新的“最近发展区”。学生对课后小组作业的选题内容非常感兴趣,并且认为教师反馈、助教反馈、同伴反馈及范例提供对提高学生课后作业的质量都非常有效。百分之百的学生认为其非常清楚课程的考核要求,而形成性反馈有效帮助学生达到了学习标准。总之,本课程形成性评价及有效反馈的运作模式实现了练习、评价、反馈和提高的完整闭环,得到了学生的高度认可和积极反馈,促进了以学生为中心的学习,提高了学生的技能,进一步保障了教学质量。希望该形成性评价及有效反馈教学案例能够为广大生物化学教学同行提供参考。