(生物化學(xué)課件)遺傳信息的的復(fù)制培訓(xùn)資料

遺傳信息的復(fù)制培訓(xùn)資料本課程將帶您深入了解遺傳信息的復(fù)制，涵蓋了DNA的結(jié)構(gòu)與組成、聚合酶的作用、RNA的作用、基因表達(dá)的調(diào)控，以及生物信息學(xué)在遺傳信息復(fù)制中的應(yīng)用。遺傳信息的復(fù)制定義遺傳信息基因組成的遺傳信息以染色體的形式存儲(chǔ)在每個(gè)細(xì)胞核中，確保細(xì)胞能夠持續(xù)地新陳代謝和生長(zhǎng)分裂。復(fù)制遺傳信息的復(fù)制是指在細(xì)胞分裂前將細(xì)胞內(nèi)遺傳信息復(fù)制一份并均分到兩個(gè)新細(xì)胞中。DNA的結(jié)構(gòu)與組成堿基四種堿基對(duì)組成了DNA分子的序列，唯一的堿基配對(duì)規(guī)律是C和G，A和T。雙螺旋結(jié)構(gòu)多個(gè)堿基對(duì)彼此結(jié)合形成DNA螺旋結(jié)構(gòu)，它具有非常重要的生物功能。組蛋白堿基對(duì)被緊密包裹在組蛋白中，有助于DNA分子的維護(hù)和可讀性。DNA的紡錘體分裂1染色體復(fù)制復(fù)制前的染色體是由一條染色單體組成，其中包含了DNA分子，準(zhǔn)備開(kāi)始復(fù)制。2紡錘體形成細(xì)胞核內(nèi)形成紡錘體，將復(fù)制好的染色體分成兩半，分別傳遞到兩個(gè)女兒細(xì)胞中。3染色體分離紡錘體將染色體分成單體，確保每個(gè)新細(xì)胞中都有染色體的完整復(fù)制。DNA聚合酶的作用復(fù)制過(guò)程中的主角DNA聚合酶是進(jìn)行DNA復(fù)制所需的關(guān)鍵酶，通過(guò)將新堿基加入到原來(lái)的DNA鏈上來(lái)完成兩條DNA鏈的合并。速度非常快DNA復(fù)制速度很快，可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)復(fù)制整個(gè)基因組。DNA復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制叉DNA復(fù)制的起點(diǎn)通常是一個(gè)特殊的序列，稱為復(fù)制起始點(diǎn)或復(fù)制原點(diǎn)。復(fù)制起始點(diǎn)的解纏復(fù)制過(guò)程中，DNA聚合酶首先需要解開(kāi)雙鏈DNA，以使兩個(gè)鏈能夠分離并復(fù)制。復(fù)制泡復(fù)制過(guò)程也可能包括多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，從而形成多個(gè)復(fù)制泡。DNA復(fù)制的過(guò)程1復(fù)制前在復(fù)制開(kāi)始前，DNA必須解旋并暴露出每個(gè)堿基對(duì)。2新鏈合成新鏈合成,DNA聚合酶將新的堿基添加到已經(jīng)存在的鏈上，由于它們互相補(bǔ)充，每個(gè)新的鏈都與一個(gè)舊的鏈相一致。3修復(fù)DNA最后，還要檢查和修復(fù)任何錯(cuò)誤或損壞的堿基，確保每個(gè)新細(xì)胞中都有完整復(fù)制的DNA。RNA的作用信息傳遞RNA的主要作用是在DNA復(fù)制過(guò)程之后，通過(guò)復(fù)制DNA上的基因信息來(lái)傳遞遺傳信息。蛋白質(zhì)生產(chǎn)在DNA不像RNA那樣可以直接參與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，對(duì)此RNA起到了很重要的作用。RNA的組成與結(jié)構(gòu)核糖核酸聚合酶RNA聚合酶是細(xì)胞中復(fù)制RNA所需的關(guān)鍵酶。tRNA與氨基酸配對(duì)表tRNA將其特異的氨基酸運(yùn)輸?shù)娇p合的蛋白質(zhì)中。mRNA翻譯為蛋白質(zhì)mRNA必須先被轉(zhuǎn)錄成RNA，再通過(guò)一系列機(jī)制被翻譯成蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄的定義基因的復(fù)制轉(zhuǎn)錄是指在DNA的編碼基因內(nèi)部，聚合酶將DNA中的信息復(fù)制成RNA。mRNA的轉(zhuǎn)錄和識(shí)別復(fù)制的RNA，被識(shí)別為mRNA，開(kāi)始移動(dòng)到細(xì)胞外，準(zhǔn)備通過(guò)翻譯生成蛋白質(zhì)（protein）。RNA聚合酶的作用1轉(zhuǎn)錄前首先，RNA聚合酶需要識(shí)別基因的開(kāi)始序列，并幫助DNA松弛，以便于RNA聚合酶能夠復(fù)制基因。2RNA合成然后，RNA聚合酶復(fù)制DNA，同時(shí)把RNA鏈從RNA聚合酶上釋放出來(lái)。3激活RNA最后，RNA還需要被激活并識(shí)別，以便它能夠被識(shí)別，移動(dòng)和翻譯為蛋白質(zhì)。信使RNA（mRNA）的作用編碼蛋白質(zhì)mRNA被用來(lái)將DNA上的基因信息傳遞到蛋白質(zhì)中，是生成蛋白質(zhì)所必需的。模板RNAmRNA是模板RNA，因此一段mRNA可以對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的蛋白質(zhì)，并通過(guò)翻譯生成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。無(wú)義密碼子終止密碼子（Stopcodon）以UAA，UAG和UGA為一組，出現(xiàn)在RNA鏈的結(jié)尾。多種含義出現(xiàn)在RNA中間的這些無(wú)義密碼子可能會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的功能產(chǎn)生極大影響，并導(dǎo)致基因突變。得意將就無(wú)意義的密碼子經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致frameshift的突變，從而破壞蛋白質(zhì)的翻譯。同義密碼子底兒出版所有氨基酸都有一種以上的同義密碼子，這極大提高了基因的可讀性和容錯(cuò)性。Codonbias有時(shí)，使用偏好某個(gè)同義密碼子的基因表達(dá)水平可能更高，這被稱為"codonbias"。RNA修飾的作用剪接小粒子剪接小粒子（spliceosome）是用于在RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯期間調(diào)整mRNA的機(jī)制之一。聚腺苷酸化聚腺苷酸化(DateTime）是RNA修飾過(guò)程之一，可以保護(hù)RNA使其比不修飾的RNA更容易穩(wěn)定存在細(xì)胞質(zhì)中。mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA可能會(huì)被拆分、反演、保存和轉(zhuǎn)運(yùn)到不同的細(xì)胞和細(xì)胞器中，進(jìn)行不同的功能或進(jìn)一步調(diào)控表達(dá)。長(zhǎng)鏈非編碼RNA的作用多種功能長(zhǎng)鏈非編碼RNA涉及到各種生物過(guò)程，包括基因調(diào)控、后轉(zhuǎn)錄調(diào)控和表觀遺傳學(xué)的調(diào)控。小RNA的分類小RNA分為微型RNA、siRNA、piRNA三類，它們分別調(diào)控細(xì)胞發(fā)育、細(xì)胞凋亡和基因剪切。基因表達(dá)的調(diào)控1包括了調(diào)控因子的檢測(cè)基因表達(dá)調(diào)控是指調(diào)整基因的DNA轉(zhuǎn)錄為RNA，RNA轉(zhuǎn)錄為蛋白質(zhì)的過(guò)程。調(diào)控體可以被DNA或RNA模板控制。2轉(zhuǎn)錄因子、啟動(dòng)子和增強(qiáng)子傳統(tǒng)上，啟動(dòng)子和增強(qiáng)子可以在一定程度上控制基因的開(kāi)關(guān)并被轉(zhuǎn)錄為蛋白質(zhì)。雖然它們主要是轉(zhuǎn)錄因子作用的場(chǎng)所。3染色質(zhì)的一般性調(diào)節(jié)整個(gè)染色體（chromatin）結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)包括甲基化、組蛋白修飾、基礎(chǔ)核苷酸修飾和熔合體構(gòu)建等復(fù)雜的過(guò)程。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)染色質(zhì)通常呈現(xiàn)"開(kāi)"或"關(guān)"狀態(tài)染色質(zhì)中的DNA可能被緊密壓縮成長(zhǎng)長(zhǎng)的，致密的纖維絲狀結(jié)構(gòu)，或呈"散裝"狀態(tài)，成為更容易讀取的界面。精細(xì)的甲基化調(diào)控甲基化是調(diào)節(jié)染色體結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)的重要機(jī)制，它涉及DNA多個(gè)堿基，包括C和A。染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑是一種通過(guò)對(duì)染色質(zhì)合成環(huán)節(jié)的后翻譯修改來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的機(jī)制。轉(zhuǎn)錄因子的作用真正的基因調(diào)控因子轉(zhuǎn)錄因子是真正的基因調(diào)控因子，它們進(jìn)行調(diào)控的方式取決于它們綁定到的區(qū)域以及它們對(duì)DNA的相對(duì)結(jié)合特異性。確定性和某種程度的少數(shù)異質(zhì)性雖然轉(zhuǎn)錄因子的作用只是介導(dǎo)基因表達(dá)，在概念上，這些滑塊、開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)器等因子可能在特異性和模糊性之間做出決策?；蚣羟械淖饔迷撕颂求wRNA根據(jù)不同情況的需要，細(xì)胞可以通過(guò)基因剪切來(lái)選擇感興趣的RNA序列進(jìn)行翻譯，從而生成不同的蛋白質(zhì)。剪切亞型這種基因剪切技術(shù)稱為"剪切異構(gòu)體"技術(shù)，對(duì)治療某些疾病，如神經(jīng)疾病、癌癥等具有很重要的意義。RNA編輯這種機(jī)制使大約五分之一的人類基因具有調(diào)節(jié)人類天然物種多樣性的潛力?；蚪M學(xué)的研究方法以人類基因組計(jì)劃為基礎(chǔ)人類基因組計(jì)劃中生成的基因組數(shù)據(jù)是產(chǎn)生新研究方法和前沿技術(shù)所需的。全基因組分析全基因組分析可以使人們了解基因在人類體內(nèi)的作用機(jī)制。基因組比較的作用1基本的比較通過(guò)分析相似和不同的基因組序列，科學(xué)家們可以了解基因組的內(nèi)在特征和功能，從而指導(dǎo)研究。2分析復(fù)雜疾病的遺傳模式基因組比較也可以找到和復(fù)雜疾病遺傳模式有關(guān)的特異性名稱。3推導(dǎo)物種的進(jìn)化歷史通過(guò)基因組比較，人們可以看到如何推導(dǎo)出物種的進(jìn)化歷史，以及如何通過(guò)進(jìn)化來(lái)探索生物的歸屬。PCR技術(shù)的應(yīng)用復(fù)制模板聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）技術(shù)是基因組分析和功能研究中最重要的技術(shù)之一。它可以復(fù)制目標(biāo)序列DNA的典型數(shù)百萬(wàn)倍。凝膠電泳分離分離PCR產(chǎn)物后，凝膠電泳可進(jìn)一步分離和可視化PCR產(chǎn)品，并使它們?cè)诜肿铀缴弦子诙ㄐ院投?。PCR引物設(shè)計(jì)由于PCR需要引物來(lái)特異性放大喜歡的DNA區(qū)域，因此引物設(shè)計(jì)策略對(duì)PCR的成功非常重要。CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)Cas9與RNA結(jié)合CRISPR（聚集的短回文重復(fù)序列-相間的回文重復(fù)序列）和Cas9（CRISPR相關(guān)蛋白9）構(gòu)成了一種基因編輯和修復(fù)工具，通過(guò)環(huán)切酶Cas9和特定的RNA，選出特定的基因或序列進(jìn)行編輯。物種和基因的限制性研究CRISPR-Cas9技術(shù)提供了一種新的方式來(lái)研究全新