(生物化學課件)遺傳信息的的復制培訓資料

遺傳信息的復制培訓資料本課程將帶您深入了解遺傳信息的復制，涵蓋了DNA的結(jié)構(gòu)與組成、聚合酶的作用、RNA的作用、基因表達的調(diào)控，以及生物信息學在遺傳信息復制中的應用。遺傳信息的復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在每個細胞核中，確保細胞能夠持續(xù)地新陳代謝和生長分裂。復制遺傳信息的復制是指在細胞分裂前將細胞內(nèi)遺傳信息復制一份并均分到兩個新細胞中。DNA的結(jié)構(gòu)與組成堿基四種堿基對組成了DNA分子的序列，唯一的堿基配對規(guī)律是C和G，A和T。雙螺旋結(jié)構(gòu)多個堿基對彼此結(jié)合形成DNA螺旋結(jié)構(gòu)，它具有非常重要的生物功能。組蛋白堿基對被緊密包裹在組蛋白中，有助于DNA分子的維護和可讀性。DNA的紡錘體分裂1染色體復制復制前的染色體是由一條染色單體組成，其中包含了DNA分子，準備開始復制。2紡錘體形成細胞核內(nèi)形成紡錘體，將復制好的染色體分成兩半，分別傳遞到兩個女兒細胞中。3染色體分離紡錘體將染色體分成單體，確保每個新細胞中都有染色體的完整復制。DNA聚合酶的作用復制過程中的主角DNA聚合酶是進行DNA復制所需的關(guān)鍵酶，通過將新堿基加入到原來的DNA鏈上來完成兩條DNA鏈的合并。速度非?？霥NA復制速度很快，可以在幾個小時內(nèi)復制整個基因組。DNA復制原點復制叉DNA復制的起點通常是一個特殊的序列，稱為復制起始點或復制原點。復制起始點的解纏復制過程中，DNA聚合酶首先需要解開雙鏈DNA，以使兩個鏈能夠分離并復制。復制泡復制過程也可能包括多個復制起點，從而形成多個復制泡。DNA復制的過程1復制前在復制開始前，DNA必須解旋并暴露出每個堿基對。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，由于它們互相補充，每個新的鏈都與一個舊的鏈相一致。3修復DNA最后，還要檢查和修復任何錯誤或損壞的堿基，確保每個新細胞中都有完整復制的DNA。RNA的作用信息傳遞RNA的主要作用是在DNA復制過程之后，通過復制DNA上的基因信息來傳遞遺傳信息。蛋白質(zhì)生產(chǎn)在DNA不像RNA那樣可以直接參與蛋白質(zhì)的合成過程，對此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聚合酶是細胞中復制RNA所需的關(guān)鍵酶。tRNA與氨基酸配對表tRNA將其特異的氨基酸運輸?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，再通過一系列機制被翻譯成蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄的定義基因的復制轉(zhuǎn)錄是指在DNA的編碼基因內(nèi)部，聚合酶將DNA中的信息復制成RNA。mRNA的轉(zhuǎn)錄和識別復制的RNA，被識別為mRNA，開始移動到細胞外，準備通過翻譯生成蛋白質(zhì)（protein）。RNA聚合酶的作用1轉(zhuǎn)錄前首先，RNA聚合酶需要識別基因的開始序列，并幫助DNA松弛，以便于RNA聚合酶能夠復制基因。2RNA合成然后，RNA聚合酶復制DNA，同時把RNA鏈從RNA聚合酶上釋放出來。3激活RNA最后，RNA還需要被激活并識別，以便它能夠被識別，移動和翻譯為蛋白質(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可以對應一個特定的蛋白質(zhì)，并通過翻譯生成相應的蛋白質(zhì)。無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中間的這些無義密碼子可能會對蛋白質(zhì)的功能產(chǎn)生極大影響，并導致基因突變。得意將就無意義的密碼子經(jīng)常會導致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性。Codonbias有時，使用偏好某個同義密碼子的基因表達水平可能更高，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的機制之一。聚腺苷酸化聚腺苷酸化(DateTime）是RNA修飾過程之一，可以保護RNA使其比不修飾的RNA更容易穩(wěn)定存在細胞質(zhì)中。mRNA轉(zhuǎn)運RNA可能會被拆分、反演、保存和轉(zhuǎn)運到不同的細胞和細胞器中，進行不同的功能或進一步調(diào)控表達。長鏈非編碼RNA的作用多種功能長鏈非編碼RNA涉及到各種生物過程，包括基因調(diào)控、后轉(zhuǎn)錄調(diào)控和表觀遺傳學的調(diào)控。小RNA的分類小RNA分為微型RNA、siRNA、piRNA三類，它們分別調(diào)控細胞發(fā)育、細胞凋亡和基因剪切。基因表達的調(diào)控1包括了調(diào)控因子的檢測基因表達調(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)的過程。調(diào)控體可以被DNA或RNA模板控制。2轉(zhuǎn)錄因子、啟動子和增強子傳統(tǒng)上，啟動子和增強子可以在一定程度上控制基因的開關(guān)并被轉(zhuǎn)錄為蛋白質(zhì)。雖然它們主要是轉(zhuǎn)錄因子作用的場所。3染色質(zhì)的一般性調(diào)節(jié)整個染色體（chromatin）結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)包括甲基化、組蛋白修飾、基礎核苷酸修飾和熔合體構(gòu)建等復雜的過程。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)染色質(zhì)通常呈現(xiàn)"開"或"關(guān)"狀態(tài)染色質(zhì)中的DNA可能被緊密壓縮成長長的，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)和基因表達的重要機制，它涉及DNA多個堿基，包括C和A。染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑是一種通過對染色質(zhì)合成環(huán)節(jié)的后翻譯修改來進行調(diào)節(jié)的機制。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，它們進行調(diào)控的方式取決于它們綁定到的區(qū)域以及它們對DNA的相對結(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基因表達，在概念上，這些滑塊、開關(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。基因剪切的作用原核核糖體RNA根據(jù)不同情況的需要，細胞可以通過基因剪切來選擇感興趣的RNA序列進行翻譯，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學的研究方法以人類基因組計劃為基礎人類基因組計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)的作用機制?；蚪M比較的作用1基本的比較通過分析相似和不同的基因組序列，科學家們可以了解基因組的內(nèi)在特征和功能，從而指導研究。2分析復雜疾病的遺傳模式基因組比較也可以找到和復雜疾病遺傳模式有關(guān)的特異性名稱。3推導物種的進化歷史通過基因組比較，人們可以看到如何推導出物種的進化歷史，以及如何通過進化來探索生物的歸屬。PCR技術(shù)的應用復制模板聚合酶鏈反應（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。它可以復制目標序列DNA的典型數(shù)百萬倍。凝膠電泳分離分離PCR產(chǎn)物后，凝膠電泳可進一步分離和可視化PCR產(chǎn)品，并使它們在分子水平上易于定性和定量。PCR引物設計由于PCR需要引物來特異性放大喜歡的DNA區(qū)域，因此引物設計策略對PCR的成功非常重要。CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)Cas9與RNA結(jié)合CRISPR（聚集的短回文重復序列-相間的回文重復序列）和Cas9（CRISPR相關(guān)蛋白9）構(gòu)成了一種基因編輯和修復工具，通過環(huán)切酶Cas9和特定的RNA，選出特定的基因或序列進行編輯。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研究全新