(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程中的作用機制和調(diào)控的科學(xué)。自20世紀50年代以來，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、表達調(diào)控以及基因組的結(jié)構(gòu)、功能和進化等?；蚺c基因組的研究探討DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程、機制和調(diào)控，以及這些過程在生物體內(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)在生命活動中的作用。蛋白質(zhì)合成與功能的研究研究基因表達在時間和空間上的調(diào)控機制，包括轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)修飾等?；虮磉_的調(diào)控研究分子生物學(xué)的研究內(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、動物細胞和植物細胞）或其組成部分（細胞器和酶）為對象進行產(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、細胞工程等都是在分子生物學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)展起來的。同時，生物技術(shù)的發(fā)展也推動了分子生物學(xué)的進步，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共同的中心軸盤繞而成，鏈間通過堿基配對相連，形成相當(dāng)穩(wěn)定的組合。82024/3/26起始、延伸和終止三個階段，涉及多種蛋白質(zhì)和酶的參與。DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制的特點DNA修復(fù)的機制半保留復(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)制過程中產(chǎn)生的錯誤。030201DNA的復(fù)制與修復(fù)92024/3/26以DNA為模板合成RNA的過程，包括起始、延伸和終止三個階段。DNA的轉(zhuǎn)錄對初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進行加工，如剪接、修飾等，形成成熟的mRNA。轉(zhuǎn)錄后加工通過轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)修飾等方式對基因表達進行調(diào)控，實現(xiàn)細胞分化和個體發(fā)育等生命過程?；虮磉_調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄與表達102024/3/26RNA的結(jié)構(gòu)與功能03112024/3/26mRNA（信使RNA）、tRNA（轉(zhuǎn)運RNA）和rRNA（核糖體RNA）三種主要的RNA由核糖核苷酸通過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)含子剪接等過程，使得初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成為成熟的mRNA。RNA的合成在細胞核內(nèi)，以DNA為模板，通過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在基因表達中的作用mRNA作為遺傳信息的傳遞者攜帶DNA的遺傳信息，進入細胞質(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)合成提供場所。tRNA作為氨基酸的轉(zhuǎn)運者識別并攜帶特定的氨基酸，參與蛋白質(zhì)的合成過程。非編碼RNA的調(diào)控作用包括microRNA、siRNA等，在基因表達的轉(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)角和無規(guī)卷曲。蛋白質(zhì)的一級結(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)的三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈每一原子的相對空間位置。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)錄和翻譯兩個過程，其中轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過程，翻譯則是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程。在蛋白質(zhì)合成過程中，還需要進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)在細胞中的作用蛋白質(zhì)可以作為載體運輸物質(zhì)，如血紅蛋白運輸氧氣和二氧化碳。蛋白質(zhì)可以作為酶催化生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，維持生命活動的正常進行。蛋白質(zhì)是細胞結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，參與細胞的各種生命活動，如催化、運輸、免疫、調(diào)節(jié)等。蛋白質(zhì)可以作為抗體參與免疫反應(yīng)，保護機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，參與細胞信號傳導(dǎo)和基因表達調(diào)控等過程。182024/3/26基因表達的調(diào)控05192024/3/26通過改變RNA聚合酶的活性或選擇性來影響基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控通過影響翻譯起始、延伸或終止等步驟來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成。翻譯水平調(diào)控通過蛋白質(zhì)修飾、定位或降解等方式來影響蛋白質(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DNA甲基化、組蛋白修飾等方式影響基因表達。表觀遺傳學(xué)調(diào)控microRNA與mRNA結(jié)合，抑制其翻譯或促進其降解。microRNA調(diào)控真核生物基因表達的調(diào)控212024/3/26識別并結(jié)合特定DNA序列，影響基因轉(zhuǎn)錄。DNA結(jié)合蛋白的作用細胞外信號通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑影響基因表達。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達調(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)與基因表達包括mRNA剪接、轉(zhuǎn)運、定位和降解等過程對基因表達的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制基因表達調(diào)控的分子機制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，將具有互補粘性末端的DNA片段連接起來，形成重組DNA分子。轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)實現(xiàn)DNA轉(zhuǎn)移03通過轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)的方法，將重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞，實現(xiàn)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。DNA重組技術(shù)242024/3/26根據(jù)目標DNA序列設(shè)計特異性引物，并通過化學(xué)合成方法獲得引物。引物設(shè)計與合成設(shè)定PCR儀的擴增程序，包括預(yù)變性、變性、退火和延伸等步驟，進行目標DNA序列的擴增。PCR擴增程序設(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)體系建立聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）技術(shù)252024/3/26基因克隆與表達技術(shù)根據(jù)實驗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行連接，形成重組質(zhì)?；蛑亟M噬菌體。通過藍白斑篩選、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)?；蛑亟M噬菌體導(dǎo)入表達宿主細胞，建立基因表達系統(tǒng)。通過Westernblot等方法檢測目的蛋白的表達情況，并利用層析、電泳等方法對目的蛋白進行純化。目的基因與載體連接重組子篩選與鑒定基因表達系統(tǒng)建立目的蛋白檢測與純化262024/3/26基因組學(xué)與生物信息學(xué)應(yīng)用基因組測序技術(shù)利用高通量測序技術(shù)對生物體的基因組進行測序，獲得基因組的全序列信息?；蚪M組裝與注釋對測序得到的