《分子遺傳學(xué)》課件

分子遺傳學(xué)分子遺傳學(xué)是研究遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、功能和傳遞規(guī)律的科學(xué)，它揭示了生命現(xiàn)象的本質(zhì)，為人類疾病的診斷、治療和預(yù)防提供了理論依據(jù)。什么是基因基因是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位，它是控制生物性狀的遺傳信息的基本單位，它決定了生物體的各種性狀?；蛭挥谌旧w上，由DNA序列組成，每個(gè)基因控制著生物體的一種或多種性狀?；蚩梢园l(fā)生突變，導(dǎo)致性狀的改變，并可通過遺傳傳遞給后代。DNA的結(jié)構(gòu)1DNA是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈構(gòu)成。脫氧核苷酸鏈由磷酸、脫氧核糖和堿基組成。2DNA的堿基有四種：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。兩條脫氧核苷酸鏈通過堿基之間的氫鍵連接在一起。3A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是遺傳信息儲(chǔ)存和復(fù)制的基礎(chǔ)。DNA雙螺旋模型1磷酸骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成2堿基對(duì)A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，通過氫鍵連接3雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈構(gòu)成核苷酸的組成磷酸核苷酸的組成部分之一，連接在脫氧核糖的第五位碳原子上。脫氧核糖核苷酸的組成部分之一，是五碳糖，與堿基連接在第一位碳原子上。堿基核苷酸的組成部分之一，包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。堿基配對(duì)原則腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，形成兩個(gè)氫鍵。鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對(duì)，形成三個(gè)氫鍵。堿基配對(duì)原則保證了DNA復(fù)制過程中遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞?；虻霓D(zhuǎn)錄1RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合到基因的啟動(dòng)子上。2RNA聚合酶沿著DNA模板鏈移動(dòng)，打開雙螺旋結(jié)構(gòu)。3RNA聚合酶以DNA模板鏈為模板，按照堿基配對(duì)原則合成RNA分子。4RNA聚合酶到達(dá)終止信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)錄，釋放RNA分子。RNA的結(jié)構(gòu)RNA是一種單鏈結(jié)構(gòu)，由核糖核苷酸組成。RNA的堿基包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。RNA的種類包括信使RNA（mRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）和核糖體RNA（rRNA）。蛋白質(zhì)的合成mRNA從細(xì)胞核中轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。mRNA與核糖體結(jié)合，開始蛋白質(zhì)合成。tRNA攜帶相應(yīng)的氨基酸，根據(jù)mRNA的密碼子序列，將氨基酸連接到多肽鏈上。蛋白質(zhì)合成完成后，多肽鏈折疊成具有特定功能的蛋白質(zhì)分子。遺傳密碼密碼子由三個(gè)連續(xù)的核苷酸組成，對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸。1氨基酸蛋白質(zhì)的基本組成單位，共有20種。2翻譯mRNA的密碼子序列被翻譯成氨基酸序列。3編碼子和氨基酸AUG甲硫氨酸（Met）UAA終止密碼子UAG終止密碼子UGA終止密碼子遺傳密碼表是一個(gè)將mRNA的密碼子與對(duì)應(yīng)的氨基酸進(jìn)行匹配的表格。蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)1氨基酸序列由多個(gè)氨基酸以肽鍵連接形成的多肽鏈。蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的折疊方式和功能。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋多肽鏈呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，由氫鍵維持。β-折疊多肽鏈呈折疊狀結(jié)構(gòu)，由氫鍵維持。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)折疊的第一步，為三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成奠定了基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水性相互作用疏水性氨基酸殘基聚集在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部。1氫鍵極性氨基酸殘基之間形成氫鍵。2離子鍵帶相反電荷的氨基酸殘基之間形成離子鍵。3范德華力所有氨基酸殘基之間都存在范德華力。4蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指一條多肽鏈中所有氨基酸殘基在空間上的排列方式，它是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指多個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價(jià)鍵相互作用形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它決定了蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能?；虻膹?fù)制DNA復(fù)制是細(xì)胞分裂之前將遺傳信息傳遞給子代細(xì)胞的過程。DNA復(fù)制遵循半保留復(fù)制模式，即新合成的DNA分子包含一條來自親代DNA分子的鏈，另一條是新合成的鏈。DNA復(fù)制過程需要多種酶參與，包括DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等。DNA復(fù)制的過程1DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被解開，形成兩條單鏈。2DNA聚合酶以單鏈DNA為模板，按照堿基配對(duì)原則合成新的DNA鏈。3DNA連接酶將新合成的DNA片段連接起來，形成完整的雙鏈DNA分子。半保留復(fù)制DNA復(fù)制開始時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)被解開，形成兩條單鏈。每條單鏈作為模板，按照堿基配對(duì)原則合成新的互補(bǔ)鏈。最終形成兩個(gè)新的DNA分子，每個(gè)分子都包含一條來自親代DNA分子的鏈，另一條是新合成的鏈。突變的概念突變定義突變是指基因組中的DNA序列發(fā)生改變，包括堿基替換、插入、缺失等。突變的影響突變可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變，進(jìn)而影響生物體的性狀。突變的意義突變是生物進(jìn)化的重要?jiǎng)恿Γ彩侨祟惣膊“l(fā)生的重要原因。突變的類型堿基替換突變：DNA序列中的一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基取代。插入和缺失突變：DNA序列中插入或缺失一個(gè)或多個(gè)堿基。堿基替換突變A被G取代，導(dǎo)致密碼子改變，編碼的氨基酸發(fā)生改變。G被C取代，導(dǎo)致密碼子改變，編碼的氨基酸發(fā)生改變。堿基替換突變是DNA突變中最常見的類型，可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的改變。插入和缺失突變1在DNA序列中插入一個(gè)或多個(gè)堿基。2在DNA序列中缺失一個(gè)或多個(gè)堿基。插入和缺失突變會(huì)導(dǎo)致閱讀框發(fā)生移位，影響蛋白質(zhì)的合成。框移突變插入或缺失的堿基數(shù)目不是3的倍數(shù)。導(dǎo)致閱讀框發(fā)生移位，從突變位點(diǎn)之后的所有密碼子都被改變。通常會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的喪失或產(chǎn)生無功能的蛋白質(zhì)。無義突變堿基替換導(dǎo)致密碼子變成終止密碼子。1蛋白質(zhì)合成終止提前終止蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的喪失。2錯(cuò)義突變1堿基替換導(dǎo)致密碼子改變，編碼的氨基酸發(fā)生改變。2蛋白質(zhì)功能改變改變的氨基酸可能影響蛋白質(zhì)的功能或結(jié)構(gòu)。靜默突變堿基替換導(dǎo)致密碼子改變，但編碼的氨基酸不變。蛋白質(zhì)功能不變對(duì)蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)沒有明顯的影響。誘變劑1物理誘變劑：X射線、紫外線等，可以破壞DNA結(jié)構(gòu)。2化學(xué)誘變劑：亞硝胺、黃曲霉毒素等，可以改變DNA堿基。3生物誘變劑：病毒、細(xì)菌等，可以將基因插入到宿主細(xì)胞中，引起基因突變。DNA修復(fù)機(jī)制1核苷酸切除修復(fù)修復(fù)DNA中被化學(xué)物質(zhì)修飾或被紫外線照射損傷的堿基。2錯(cuò)配修復(fù)修復(fù)DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生的堿基錯(cuò)配。3重組修復(fù)修復(fù)DNA中由于雙鏈斷裂造成的損傷。核苷酸切除修復(fù)1DNA損傷部位被識(shí)別并切除。2以完整的DNA鏈為模板，合成新的DNA片段。3新的DNA片段與原DNA鏈連接起來，修復(fù)DNA損傷。錯(cuò)配修復(fù)DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生的堿基錯(cuò)配被識(shí)別。錯(cuò)配修復(fù)蛋白將錯(cuò)誤的堿基切除。以正確的DNA鏈為模板，合成新的DNA片段，修復(fù)錯(cuò)配。重組修復(fù)DNA雙鏈斷裂DNA雙鏈斷裂會(huì)導(dǎo)致遺傳信息的丟失。1同源重組利用同源染色體上的序列進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)完整的DNA分子。2基因表達(dá)的調(diào)控1轉(zhuǎn)錄調(diào)控：控制基因轉(zhuǎn)錄的起始和終止。2翻譯調(diào)控：控制mRNA的翻譯過程。3轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：控制mRNA的加工、穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)。4翻譯后調(diào)控：控制蛋白質(zhì)的折疊、修飾和降解。操縱子模型啟動(dòng)子RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，控制基因的轉(zhuǎn)錄。操縱基因調(diào)控蛋白結(jié)合的位點(diǎn)，控制基因的表達(dá)。結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的基因序列。正調(diào)控和負(fù)調(diào)控正調(diào)控：調(diào)控蛋白促進(jìn)基因表達(dá)。負(fù)調(diào)控：調(diào)控蛋白抑制基因表達(dá)。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控1mRNA的加帽和尾部加poly(A)的修飾。2mRNA的剪接和降解。3mRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯。表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)是指不改變DNA序列，卻能改變基因表達(dá)的遺傳現(xiàn)象。表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾和小RNA調(diào)控。表觀遺傳修飾可以影響基因表達(dá)的時(shí)空特異性，對(duì)細(xì)胞命運(yùn)的決定和疾病的發(fā)生發(fā)展起重要作用。DNA甲基化甲基化在DNA序列中添加甲基基團(tuán)，通常發(fā)生在胞嘧啶堿基上。1基因沉默甲基化可以抑制基因的表達(dá)。2組蛋白修飾1乙酰化在組蛋白上添加乙?；ǔＥc基因激活有關(guān)。2甲基化在組蛋白上添加甲基基團(tuán)，可以激活或抑制基因表達(dá)，取決于甲基化的位點(diǎn)。3磷酸化在組蛋白上添加磷酸基團(tuán)，通常與基因激活有關(guān)。小RNA調(diào)控microRNA(miRNA)可以抑制mRNA的翻譯或促進(jìn)mRNA的降解。siRNA可以與目標(biāo)mRNA結(jié)合，使其降解?；蚬こ碳夹g(shù)基因工程技術(shù)是指利用體外重組DNA技術(shù)，將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞，以改變受體細(xì)胞的遺傳特性，獲得新的生物類型或產(chǎn)品?；蚬こ碳夹g(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。重組DNA技術(shù)1從供體生物體中分離出目標(biāo)基因。2將目標(biāo)基因插入到載體中，形成重組DNA分子。3將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞，使其表達(dá)外源基因?？寺〖夹g(shù)克隆技術(shù)是指利用體細(xì)胞核移植技術(shù)，將一個(gè)細(xì)胞的核移植到去核的卵細(xì)胞中，培育出與供體細(xì)胞遺傳物質(zhì)完全相同的個(gè)體?？寺〖夹g(shù)在生物學(xué)研究、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)學(xué)治療等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。基因測(cè)序技術(shù)測(cè)序原理通過對(duì)DNA序列進(jìn)行測(cè)定，可以獲得遺傳信息的完整序列。1應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用于疾病診斷、個(gè)體化治療、遺傳病檢測(cè)、進(jìn)化研究等領(lǐng)域。2生物芯片技術(shù)1芯片技術(shù)將大量探針固定在芯片表面，可以同時(shí)檢測(cè)多種基因或蛋白質(zhì)。2應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用于疾病