《核酸與基因表達(dá)》課件新人教版必修

《核酸與基因表達(dá)》核酸的發(fā)現(xiàn)1869年瑞士生物化學(xué)家弗里德里?！っ仔獱枺‵riedrichMiescher）在研究膿細(xì)胞時首次發(fā)現(xiàn)了核酸。他將從膿細(xì)胞中提取的物質(zhì)稱為“核素”，它主要存在于細(xì)胞核中。1944年美國科學(xué)家奧斯瓦爾德·埃弗里（OswaldAvery）等人通過著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年詹姆斯·沃森（JamesWatson）和弗朗西斯·克里克（FrancisCrick）構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，揭示了DNA的結(jié)構(gòu)和功能，為遺傳學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。核酸的結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)核酸是由核苷酸單體組成的長鏈大分子。每個核苷酸由一個含氮堿基、一個五碳糖和一個磷酸基組成。含氮堿基核酸中常見的含氮堿基有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。五碳糖DNA的五碳糖是脫氧核糖，而RNA的五碳糖是核糖。磷酸基磷酸基連接在五碳糖的5'位碳原子上，形成核苷酸鏈。核酸的種類脫氧核糖核酸（DNA）DNA是遺傳信息的載體，它控制著生物體的遺傳性狀。DNA存在于細(xì)胞核中，也存在于線粒體和葉綠體中。核糖核酸（RNA）RNA主要參與蛋白質(zhì)的合成，它在遺傳信息的傳遞中起著重要作用。RNA存在于細(xì)胞質(zhì)中，也存在于細(xì)胞核中。DNA的結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基配對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，兩條鏈的堿基通過氫鍵配對，A與T配對，G與C配對，形成堿基對。磷酸骨架兩條鏈的磷酸基和脫氧核糖交替連接，形成DNA分子的磷酸骨架，位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外部。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈構(gòu)成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。2堿基通過氫鍵配對：A與T配對，G與C配對，形成堿基對。3磷酸基和脫氧核糖交替連接，形成DNA分子的磷酸骨架，位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外部。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型沃森和克里克1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克基于其他科學(xué)家的研究成果，構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。模型的意義這個模型揭示了DNA的結(jié)構(gòu)和功能，為遺傳學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，并引發(fā)了分子生物學(xué)領(lǐng)域的革命。DNA的復(fù)制復(fù)制的概念DNA復(fù)制是指DNA分子以自身為模板合成兩個相同的DNA分子的過程，這是遺傳信息從親代傳遞給子代的基礎(chǔ)。復(fù)制的時間DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S期，即DNA合成期。DNA復(fù)制的特點(diǎn)1半保留復(fù)制：每個新合成的DNA分子含有一條來自親代的DNA鏈和一條新合成的DNA鏈。2方向性：DNA復(fù)制是沿著5'到3'方向進(jìn)行的。3準(zhǔn)確性：DNA復(fù)制過程中存在多種修復(fù)機(jī)制，保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性。半保留復(fù)制機(jī)制1DNA解旋DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成兩條單鏈。2模板鏈結(jié)合每條單鏈作為模板，與新合成的DNA鏈配對。3新鏈合成以模板鏈為指導(dǎo)，合成新的互補(bǔ)鏈。4雙螺旋形成兩條新合成的DNA鏈彼此配對，形成兩個新的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA復(fù)制的酶1DNA解旋酶：解開DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。2DNA聚合酶：催化新的DNA鏈的合成。3引物酶：合成RNA引物。4連接酶：連接斷裂的DNA片段。DNA復(fù)制的步驟1DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成兩條單鏈。2引物酶合成RNA引物，為DNA聚合酶提供起始點(diǎn)。3DNA聚合酶以模板鏈為指導(dǎo)，合成新的互補(bǔ)鏈。4連接酶連接斷裂的DNA片段，形成完整的DNA分子。轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)錄的定義轉(zhuǎn)錄是指以DNA的一條鏈為模板，合成RNA的過程。它將DNA中的遺傳信息傳遞給RNA。轉(zhuǎn)錄的位置轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核中，參與轉(zhuǎn)錄的酶是RNA聚合酶。轉(zhuǎn)錄的過程RNA聚合酶識別DNA模板鏈的起始密碼子，并與DNA結(jié)合。RNA聚合酶沿著DNA模板鏈移動，讀取堿基序列。RNA聚合酶根據(jù)DNA模板鏈的堿基序列，催化RNA鏈的合成。RNA鏈合成完成后，與DNA模板鏈分離，轉(zhuǎn)錄過程結(jié)束。轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物1信使RNA（mRNA）：攜帶遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。2轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）：轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成。3核糖體RNA（rRNA）：構(gòu)成核糖體的一部分，參與蛋白質(zhì)合成。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控調(diào)控的必要性細(xì)胞需要根據(jù)自身的需求調(diào)節(jié)基因表達(dá)，以適應(yīng)不同的生理環(huán)境和功能。調(diào)控的方式轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要通過影響RNA聚合酶與DNA模板鏈的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄因子：可以結(jié)合到DNA的特定序列上，調(diào)控RNA聚合酶的活性。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)：染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)會影響RNA聚合酶與DNA模板鏈的結(jié)合。RNA干擾：通過短鏈RNA分子降解mRNA，從而抑制基因表達(dá)。翻譯的概念翻譯的定義翻譯是指以mRNA為模板，合成蛋白質(zhì)的過程。它將mRNA中的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。翻譯的位置翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上。翻譯的過程起始mRNA與核糖體結(jié)合，tRNA攜帶起始密碼子結(jié)合到mRNA的起始密碼子上。1延伸核糖體沿著mRNA移動，依次讀取密碼子，相應(yīng)的tRNA攜帶氨基酸加入到肽鏈中。2終止核糖體遇到終止密碼子，肽鏈從核糖體上脫落，蛋白質(zhì)合成完成。3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1一級結(jié)構(gòu)：氨基酸的線性排列順序。2二級結(jié)構(gòu)：肽鏈局部空間結(jié)構(gòu)，如α螺旋和β折疊。3三級結(jié)構(gòu)：整個肽鏈的空間結(jié)構(gòu)。4四級結(jié)構(gòu)：由多個亞基組成的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的功能催化：酶是蛋白質(zhì)，催化生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)框架，如膠原蛋白和肌動蛋白。運(yùn)輸：蛋白質(zhì)可以運(yùn)輸物質(zhì)，如血紅蛋白運(yùn)輸氧氣。免疫：抗體是蛋白質(zhì)，識別和清除外來入侵的病原體。蛋白質(zhì)的合成合成場所蛋白質(zhì)合成發(fā)生在核糖體上。合成過程轉(zhuǎn)錄將DNA中的遺傳信息傳遞給mRNA，翻譯將mRNA中的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。遺傳密碼密碼子的定義遺傳密碼是指DNA或RNA中編碼氨基酸的三聯(lián)體堿基序列。密碼子的數(shù)量共有64種密碼子，其中61種密碼子編碼20種氨基酸，3種密碼子是終止密碼子。遺傳密碼的特點(diǎn)1通用性：幾乎所有生物都使用相同的遺傳密碼。2連續(xù)性：密碼子之間沒有間隔或重疊。3簡并性：一個氨基酸可以被多個密碼子編碼。4無歧義性：每個密碼子只編碼一種氨基酸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次1一級結(jié)構(gòu)氨基酸的線性排列順序。2二級結(jié)構(gòu)肽鏈局部空間結(jié)構(gòu)，如α螺旋和β折疊。3三級結(jié)構(gòu)整個肽鏈的空間結(jié)構(gòu)。4四級結(jié)構(gòu)由多個亞基組成的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性1氫鍵：肽鏈中的氨基和羧基之間形成氫鍵。2疏水作用：疏水性氨基酸聚集在蛋白質(zhì)的內(nèi)部。3離子鍵：帶電荷的氨基酸之間形成離子鍵。4范德華力：氨基酸之間的弱相互作用。蛋白質(zhì)的變性變性的定義蛋白質(zhì)變性是指蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其生物活性喪失的過程。變性的原因高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等因素都可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性?；蚬こ痰母拍罨蚬こ痰亩x基因工程是指利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，對生物體的基因進(jìn)行改造，以獲得新的生物類型或改良生物性狀的技術(shù)?；蚬こ痰谋举|(zhì)基因工程的本質(zhì)是對生物的基因進(jìn)行定向改造，使其符合人們的需要?；蚬こ痰募夹g(shù)基因剪切：利用限制性內(nèi)切酶切割DNA分子，得到目標(biāo)基因片段。基因連接：利用DNA連接酶將目標(biāo)基因片段連接到載體DNA上。基因?qū)耄簩⒅亟MDNA導(dǎo)入受體細(xì)胞，使目標(biāo)基因整合到受體細(xì)胞的基因組中?；虮磉_(dá)：受體細(xì)胞表達(dá)目標(biāo)基因，產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)或改變其性狀?；蚬こ痰膽?yīng)用1醫(yī)藥生產(chǎn)人類胰島素、生長激素等藥物。2農(nóng)業(yè)培育抗蟲、抗病、高產(chǎn)的農(nóng)作物。3環(huán)境生產(chǎn)降解污染物的微生物。細(xì)胞周期1G1期：細(xì)胞生長，合成蛋白質(zhì)和RNA，為DNA復(fù)制準(zhǔn)備。2S期：DNA復(fù)制，每個染色體復(fù)制為兩個染色單體。3G2期：細(xì)胞繼續(xù)生長，合成蛋白質(zhì)和RNA，為有絲分裂準(zhǔn)備。4M期：細(xì)胞分裂，包括有絲分裂或減數(shù)分裂。細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂的定義細(xì)胞分裂是指一個細(xì)胞分裂為兩個或多個細(xì)胞的過程，它是生物體生長、發(fā)育和繁殖的基礎(chǔ)。細(xì)胞分裂的類型細(xì)胞分裂主要分為有絲分裂和減數(shù)分裂兩種類型。有絲分裂前期：染色質(zhì)凝集，形成染色體，核膜解體，紡錘體形成。中期：染色體排列在細(xì)胞赤道板上。后期：染色單體分離，移向細(xì)胞兩極。末期：染色體解螺旋，形成染色質(zhì)，核膜重建，細(xì)胞質(zhì)分裂。減數(shù)分裂減數(shù)第一次分裂：同源染色體配對，發(fā)生交叉互換，細(xì)胞分裂為兩個子細(xì)胞，染色體數(shù)目減半。減數(shù)第二次分裂：染色單體分離，細(xì)胞分裂為四個子細(xì)胞，染色體數(shù)目不變。細(xì)胞分裂的特點(diǎn)遺傳物質(zhì)的復(fù)制：細(xì)胞分裂前，DNA分子復(fù)制一次。遺傳物質(zhì)的分配：每個子細(xì)胞都獲得一套完整的遺傳物質(zhì)。細(xì)胞器分配：每個子細(xì)胞都獲得來自母細(xì)胞的細(xì)胞器。細(xì)胞周期的調(diào)控1細(xì)胞周期蛋白：與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程。2細(xì)胞周期檢查點(diǎn)：監(jiān)測細(xì)胞周期的各個階段，確保細(xì)胞分裂正常進(jìn)行。3生長因子：促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂。細(xì)胞周期的意義生物體生長細(xì)胞分裂是生物體生長和發(fā)育的基礎(chǔ)。組織修復(fù)細(xì)胞分裂可以修復(fù)受損的組織。繁殖細(xì)胞分裂是生物體繁殖的基礎(chǔ)。細(xì)胞凋亡凋亡的定義細(xì)胞凋亡是一種主動的、程序性的細(xì)胞死亡方式，它是生物體正常發(fā)育和維持組織穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制。凋亡與壞死細(xì)胞凋亡與壞死不同，壞死是細(xì)胞因外部因素造成的被動死亡，不會被控制。細(xì)胞凋亡的過程1細(xì)胞膜發(fā)生變化，細(xì)胞表面出現(xiàn)突起。2細(xì)胞核發(fā)生變化，染色質(zhì)凝集，核膜解體。3細(xì)胞體積縮小，形成凋亡小體。4凋亡小體被吞噬細(xì)胞吞噬，不引起炎癥反應(yīng)。細(xì)胞凋亡的機(jī)制1胱天蛋白酶（caspase）：一類參與凋亡的酶，可以激活其他caspase，形成級聯(lián)反應(yīng)。2凋