(2024年)分子生物學(xué)全套課件

分子生物學(xué)全套課件12024/3/26目錄contents分子生物學(xué)概述DNA的結(jié)構(gòu)與功能RNA的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能基因表達(dá)的調(diào)控分子生物學(xué)技術(shù)與應(yīng)用22024/3/26分子生物學(xué)概述0132024/3/26分子生物學(xué)是研究生物大分子，特別是蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)、功能、相互作用及其在生命過(guò)程中的作用機(jī)制和調(diào)控的科學(xué)。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和遺傳學(xué)中心法則的提出，分子生物學(xué)得到了迅速的發(fā)展，成為現(xiàn)代生命科學(xué)的基礎(chǔ)和前沿領(lǐng)域。分子生物學(xué)的定義與發(fā)展分子生物學(xué)的發(fā)展分子生物學(xué)的定義42024/3/26包括基因的結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控以及基因組的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化等?；蚺c基因組的研究探討DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程、機(jī)制和調(diào)控，以及這些過(guò)程在生物體內(nèi)的生物學(xué)意義。DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的研究研究蛋白質(zhì)的合成過(guò)程、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系以及蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的作用。蛋白質(zhì)合成與功能的研究研究基因表達(dá)在時(shí)間和空間上的調(diào)控機(jī)制，包括轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)修飾等?；虮磉_(dá)的調(diào)控研究分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容52024/3/26生物技術(shù)是應(yīng)用生命科學(xué)及工程學(xué)的原理，以生物體（包括微生物、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞）或其組成部分（細(xì)胞器和酶）為對(duì)象進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)或提供服務(wù)的綜合性技術(shù)。分子生物學(xué)為生物技術(shù)提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段，如基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程等都是在分子生物學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)展起來(lái)的。同時(shí)，生物技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)了分子生物學(xué)的進(jìn)步，為分子生物學(xué)的研究提供了更多的工具和方法。分子生物學(xué)與生物技術(shù)的關(guān)系62024/3/26DNA的結(jié)構(gòu)與功能0272024/3/26

DNA的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)DNA的基本組成單位脫氧核糖核苷酸，由磷酸、脫氧核糖和含氮堿基組成。DNA的堿基腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)由兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞一個(gè)共同的中心軸盤繞而成，鏈間通過(guò)堿基配對(duì)相連，形成相當(dāng)穩(wěn)定的組合。82024/3/26起始、延伸和終止三個(gè)階段，涉及多種蛋白質(zhì)和酶的參與。DNA復(fù)制的過(guò)程DNA復(fù)制的特點(diǎn)DNA修復(fù)的機(jī)制半保留復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制等。直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)等，用于糾正復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。030201DNA的復(fù)制與修復(fù)92024/3/26以DNA為模板合成RNA的過(guò)程，包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。DNA的轉(zhuǎn)錄對(duì)初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行加工，如剪接、修飾等，形成成熟的mRNA。轉(zhuǎn)錄后加工通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)修飾等方式對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化和個(gè)體發(fā)育等生命過(guò)程。基因表達(dá)調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)102024/3/26RNA的結(jié)構(gòu)與功能03112024/3/26mRNA（信使RNA）、tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）和rRNA（核糖體RNA）三種主要的RNA由核糖核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接而成，通常是單鏈結(jié)構(gòu)，但在某些情況下可以形成局部雙鏈結(jié)構(gòu)。RNA的基本結(jié)構(gòu)包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。RNA的堿基RNA的種類與結(jié)構(gòu)122024/3/26RNA的加工包括5'端加帽、3'端加尾、內(nèi)含子剪接等過(guò)程，使得初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成為成熟的mRNA。RNA的合成在細(xì)胞核內(nèi)，以DNA為模板，通過(guò)RNA聚合酶的催化作用，合成RNA鏈。RNA編輯在某些生物中，RNA還可以通過(guò)編輯作用，改變其序列信息。RNA的合成與加工132024/3/26ABCDRNA在基因表達(dá)中的作用mRNA作為遺傳信息的傳遞者攜帶DNA的遺傳信息，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。rRNA作為核糖體的組成成分與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，為蛋白質(zhì)合成提供場(chǎng)所。tRNA作為氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)者識(shí)別并攜帶特定的氨基酸，參與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。非編碼RNA的調(diào)控作用包括microRNA、siRNA等，在基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮重要的調(diào)控作用。142024/3/26蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能04152024/3/26蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸，共有20種常見氨基酸。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)中局部主鏈的空間結(jié)構(gòu)，主要形式包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指氨基酸的線性排列順序，包括氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，也就是整條肽鏈每一原子的相對(duì)空間位置。蛋白質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)162024/3/26蛋白質(zhì)的合成與加工蛋白質(zhì)的生物合成包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過(guò)程，其中轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程，翻譯則是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，還需要進(jìn)行一系列的加工和修飾，如剪切、磷酸化、糖基化等，以確保蛋白質(zhì)的正確折疊和功能。172024/3/26蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的作用蛋白質(zhì)可以作為載體運(yùn)輸物質(zhì)，如血紅蛋白運(yùn)輸氧氣和二氧化碳。蛋白質(zhì)可以作為酶催化生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，維持生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，參與細(xì)胞的各種生命活動(dòng)，如催化、運(yùn)輸、免疫、調(diào)節(jié)等。蛋白質(zhì)可以作為抗體參與免疫反應(yīng)，保護(hù)機(jī)體免受病原體的侵害。蛋白質(zhì)還可以作為激素、受體等調(diào)節(jié)因子，參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和基因表達(dá)調(diào)控等過(guò)程。182024/3/26基因表達(dá)的調(diào)控05192024/3/26通過(guò)改變RNA聚合酶的活性或選擇性來(lái)影響基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控通過(guò)影響翻譯起始、延伸或終止等步驟來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成。翻譯水平調(diào)控通過(guò)蛋白質(zhì)修飾、定位或降解等方式來(lái)影響蛋白質(zhì)功能。蛋白質(zhì)水平調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控202024/3/26123轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合，激活或抑制特定基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控通過(guò)DNA甲基化、組蛋白修飾等方式影響基因表達(dá)。表觀遺傳學(xué)調(diào)控microRNA與mRNA結(jié)合，抑制其翻譯或促進(jìn)其降解。microRNA調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控212024/3/26識(shí)別并結(jié)合特定DNA序列，影響基因轉(zhuǎn)錄。DNA結(jié)合蛋白的作用細(xì)胞外信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑影響基因表達(dá)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可影響基因的可及性和轉(zhuǎn)錄活性。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)包括mRNA剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)、定位和降解等過(guò)程對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制222024/3/26分子生物學(xué)技術(shù)與應(yīng)用06232024/3/26限制性內(nèi)切酶切割DNA01利用限制性內(nèi)切酶識(shí)別并切割DNA分子的特定序列，獲得所需的DNA片段。DNA連接酶連接DNA片段02在DNA連接酶的作用下，將具有互補(bǔ)粘性末端的DNA片段連接起來(lái)，形成重組DNA分子。轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)現(xiàn)DNA轉(zhuǎn)移03通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)的方法，將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。DNA重組技術(shù)242024/3/26根據(jù)目標(biāo)DNA序列設(shè)計(jì)特異性引物，并通過(guò)化學(xué)合成方法獲得引物。引物設(shè)計(jì)與合成設(shè)定PCR儀的擴(kuò)增程序，包括預(yù)變性、變性、退火和延伸等步驟，進(jìn)行目標(biāo)DNA序列的擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增程序設(shè)定從生物樣品中提取DNA，作為PCR反應(yīng)的模板。DNA模板制備在PCR管中依次加入引物、dNTPs、DNA模板和TaqDNA聚合酶等反應(yīng)組分，建立PCR反應(yīng)體系。PCR反應(yīng)體系建立聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)252024/3/26基因克隆與表達(dá)技術(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的基因克隆載體，如質(zhì)粒、噬菌體等?；蚩寺≥d體選擇將目的基因與載體進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)?；蛑亟M噬菌體。通過(guò)藍(lán)白斑篩選、PCR鑒定等方法篩選并鑒定含有目的基因的重組子。將重組質(zhì)粒或重組噬菌體導(dǎo)入表達(dá)宿主細(xì)胞，建立基因表達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)Westernblot等方法檢測(cè)目的蛋白的表達(dá)情況，并利用層析、電泳等方法對(duì)目的蛋白進(jìn)行純化。目的基因與載體連接重組子篩選與鑒定基因表達(dá)系統(tǒng)建立目的蛋白檢測(cè)與純化262024/3/26基因組學(xué)與生物信息學(xué)應(yīng)用基因組測(cè)序技術(shù)利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)生物體的基因組進(jìn)行測(cè)序，獲得基因組的全序列信息?；蚪M組裝與注釋對(duì)測(cè)序得到的