03332-《分子生物學(xué)》教案(精)

《分子生物學(xué)》教案(精)12024/1/24目錄課程介紹與教學(xué)目標(biāo)DNA結(jié)構(gòu)與功能RNA結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制22024/1/24目錄DNA重組與修復(fù)技術(shù)現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法和技術(shù)分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用32024/1/24課程介紹與教學(xué)目標(biāo)0142024/1/24研究生物大分子，特別是蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)、功能、遺傳信息傳遞與表達(dá)調(diào)控的科學(xué)。分子生物學(xué)的定義從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)到基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等高通量技術(shù)的發(fā)展，分子生物學(xué)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。發(fā)展歷程分子生物學(xué)定義及發(fā)展歷程52024/1/2401知識目標(biāo)掌握分子生物學(xué)的基本概念、原理和方法，了解最新研究進(jìn)展。02能力目標(biāo)能夠運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)解決生物學(xué)問題，具備獨(dú)立開展科研工作的能力。03素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)創(chuàng)新思維和批判性思維，提高科學(xué)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。教學(xué)目標(biāo)與要求62024/1/24包括基因與基因組、DNA復(fù)制與修復(fù)、轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后加工、蛋白質(zhì)合成與功能等核心內(nèi)容，輔以實(shí)驗(yàn)操作和課堂討論。采用平時(shí)成績、期中考試和期末考試相結(jié)合的方式，注重過程性評價(jià)和結(jié)果性評價(jià)的結(jié)合。課程安排與考核方式考核方式課程安排72024/1/24DNA結(jié)構(gòu)與功能0282024/1/2401DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，形成右手螺旋結(jié)構(gòu)。02堿基互補(bǔ)配對原則：A與T配對，G與C配對，通過氫鍵連接。03DNA雙螺旋的直徑約為2nm，螺距為3.4nm，相鄰堿基對平面間距為0.34nm。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型92024/1/24DNA復(fù)制是半保留復(fù)制，即新合成的DNA分子中，一條鏈?zhǔn)桥f的，一條鏈?zhǔn)切碌?。DNA復(fù)制需要DNA聚合酶、引物、模板、原料（dNTPs）等參與。復(fù)制過程包括起始、延伸和終止三個(gè)階段，其中起始階段需要引物合成。DNA復(fù)制過程及特點(diǎn)102024/1/24DNA損傷包括堿基錯(cuò)配、堿基缺失、DNA鏈斷裂等。切除修復(fù)是最常見的修復(fù)方式，包括堿基切除修復(fù)和核苷酸切除修復(fù)兩種。細(xì)胞具有多種DNA損傷修復(fù)機(jī)制，如直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)等。重組修復(fù)涉及DNA分子間的遺傳信息交換，主要用于修復(fù)雙鏈斷裂等嚴(yán)重?fù)p傷。DNA損傷修復(fù)機(jī)制112024/1/24RNA結(jié)構(gòu)與功能03122024/1/24攜帶遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。mRNA（信使RNA）與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，參與蛋白質(zhì)合成。rRNA（核糖體RNA）識別并攜帶氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成。tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）如microRNA、siRNA等，具有調(diào)控基因表達(dá)等功能。其他非編碼RNARNA種類及特點(diǎn)132024/1/24010203以DNA為模板，通過RNA聚合酶催化合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄包括5'端加帽、3'端加尾、內(nèi)含子剪接等過程，使RNA成熟并具有功能。轉(zhuǎn)錄后加工通過轉(zhuǎn)錄因子等調(diào)控元件，控制基因轉(zhuǎn)錄的起始、延伸和終止。轉(zhuǎn)錄調(diào)控RNA合成過程及調(diào)控機(jī)制142024/1/24

RNA在基因表達(dá)中作用作為遺傳信息的攜帶者RNA攜帶DNA中的遺傳信息，并將其傳遞至蛋白質(zhì)合成場所。參與蛋白質(zhì)合成mRNA作為蛋白質(zhì)合成的模板，tRNA攜帶氨基酸，rRNA構(gòu)成核糖體參與蛋白質(zhì)合成。調(diào)控基因表達(dá)非編碼RNA如microRNA、siRNA等可通過與mRNA結(jié)合等方式，調(diào)控基因的表達(dá)水平。152024/1/24蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能04162024/1/24根據(jù)側(cè)鏈R基的不同，氨基酸可分為脂肪族、芳香族、雜環(huán)族等類型，共有20種常見氨基酸。氨基酸的種類氨基酸具有兩性解離、等電點(diǎn)、紫外吸收等性質(zhì)，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能有重要影響。氨基酸的性質(zhì)氨基酸在體內(nèi)可進(jìn)行轉(zhuǎn)氨基、脫氨基等代謝過程，參與蛋白質(zhì)合成與分解，以及與能量代謝密切相關(guān)的過程。氨基酸的代謝蛋白質(zhì)基本組成單位——氨基酸172024/1/24指蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序，是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中局部主鏈的空間結(jié)構(gòu)，包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等。二級結(jié)構(gòu)整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即整條肽鏈每一原子的相對空間位置。三級結(jié)構(gòu)由兩條或兩條以上的多肽鏈組成，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)182024/1/24酶是生物體內(nèi)具有催化功能的蛋白質(zhì)，可加速生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。催化功能運(yùn)輸功能營養(yǎng)和儲能功能如載體蛋白，血紅蛋白，能與特定物質(zhì)結(jié)合，通過血液運(yùn)輸?shù)竭_(dá)指定的目標(biāo)器官或組織。如動物肌肉中的肌蛋白，植物種子中的貯藏蛋白，可提供營養(yǎng)或儲存能量。030201蛋白質(zhì)功能多樣性192024/1/24運(yùn)動功能如肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白，參與肌肉收縮和舒張過程。免疫保護(hù)功能如抗體蛋白，能夠識別并結(jié)合病原體，參與免疫反應(yīng)。調(diào)節(jié)功能如激素蛋白，通過與靶細(xì)胞受體結(jié)合，調(diào)節(jié)生物體的生理活動。信號傳導(dǎo)功能如膜受體蛋白，能將細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號，引發(fā)一系列生理反應(yīng)。蛋白質(zhì)功能多樣性202024/1/24基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制05212024/1/2403原核生物操縱子模型描述原核生物基因表達(dá)調(diào)控的一種模型，涉及操縱基因、調(diào)節(jié)基因和結(jié)構(gòu)基因之間的相互作用。01轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控通過特定轉(zhuǎn)錄因子與DNA序列相互作用，控制RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性。02翻譯水平調(diào)控通過影響mRNA穩(wěn)定性、翻譯起始和延伸等過程，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成。原核生物基因表達(dá)調(diào)控222024/1/24123真核生物轉(zhuǎn)錄因子識別并結(jié)合特定DNA序列，激活或抑制基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子與DNA相互作用通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式，影響基因表達(dá)而不改變DNA序列。表觀遺傳學(xué)修飾microRNA是一類非編碼RNA，通過與mRNA結(jié)合并抑制其翻譯，實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控。microRNA調(diào)控真核生物基因表達(dá)調(diào)控232024/1/24在DNA特定位置添加甲基基團(tuán)，影響轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合和基因表達(dá)。DNA甲基化通過改變組蛋白的乙?；⒓谆葼顟B(tài)，影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白修飾女性細(xì)胞中兩條X染色體之一發(fā)生表觀遺傳學(xué)修飾而失活，實(shí)現(xiàn)劑量補(bǔ)償效應(yīng)。X染色體失活表觀遺傳學(xué)在基因表達(dá)中作用242024/1/24DNA重組與修復(fù)技術(shù)06252024/1/24DNA重組技術(shù)原理通過酶學(xué)方法將不同來源的DNA片段連接在一起，形成新的DNA分子的技術(shù)。限制性內(nèi)切酶能夠識別并切割特定的DNA序列，而DNA連接酶則可以將具有相同或相似末端的DNA片段連接起來。利用DNA重組技術(shù)，將目的基因與載體DNA連接，導(dǎo)入宿主細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增和表達(dá)，從而獲得大量的目的基因產(chǎn)物。通過DNA重組技術(shù)，對缺陷基因進(jìn)行修復(fù)或者替換，或者對特定基因進(jìn)行編輯，以達(dá)到治療疾病或改良生物性狀的目的。限制性內(nèi)切酶與DNA連接酶基因克隆與表達(dá)基因治療與基因編輯DNA重組技術(shù)原理及應(yīng)用262024/1/2401020304包括堿基錯(cuò)配、單鏈斷裂、雙鏈斷裂、交聯(lián)等。DNA損傷類型針對某些簡單的DNA損傷，細(xì)胞可以通過直接修復(fù)的方式，利用特定的酶將損傷部位直接修復(fù)。直接修復(fù)對于較為復(fù)雜的DNA損傷，細(xì)胞會采用切除修復(fù)的方式，先將損傷部位切除，然后通過DNA合成和連接酶的作用，將缺口補(bǔ)齊。切除修復(fù)在某些情況下，細(xì)胞會利用未損傷的DNA鏈作為模板，通過重組的方式將損傷鏈修復(fù)。重組修復(fù)DNA損傷類型及修復(fù)策略272024/1/24人類基因組計(jì)劃與意義人類基因組計(jì)劃旨在測定人類基因組的全部DNA序列，解讀其中包含的遺傳信息，破譯人類生命密碼的國際性科學(xué)工程。遺傳性疾病研究通過人類基因組計(jì)劃，可以更加深入地了解遺傳性疾病的發(fā)病機(jī)制，為疾病的預(yù)防、診斷和治療提供新的思路和方法。藥物研發(fā)與個(gè)性化醫(yī)療人類基因組計(jì)劃為藥物研發(fā)提供了重要的靶點(diǎn)和工具，有助于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療和精準(zhǔn)治療。生物進(jìn)化與人類起源研究通過對人類基因組的深入研究，可以揭示生物進(jìn)化的奧秘和人類起源的秘密，對于理解生命的本質(zhì)和意義具有重要的科學(xué)價(jià)值。282024/1/24現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法和技術(shù)07292024/1/24PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）是一種在體外快速擴(kuò)增特定DNA片段的技術(shù)。它利用DNA聚合酶的酶促反應(yīng)，以一對特異性引物為引導(dǎo)，通過變性、退火和延伸三個(gè)基本步驟的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)DNA片段的指數(shù)級擴(kuò)增。PCR技術(shù)原理PCR技術(shù)在分子生物學(xué)研究中具有廣泛應(yīng)用，如基因克隆、DNA測序、突變分析、基因表達(dá)分析等。此外，PCR技術(shù)還在法醫(yī)學(xué)、臨床診斷、生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如病原體檢測、遺傳病診斷、DNA指紋鑒定等。PCR技術(shù)應(yīng)用PCR技術(shù)原理及應(yīng)用302024/1/240102目的基因的獲取通過PCR擴(kuò)增、化學(xué)合成或從基因組DNA/cDNA文庫中獲取目的基因片段。載體的選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的載體，如質(zhì)粒、噬菌體或病毒載體等。目的基因與載體的連接通過限制性內(nèi)切酶切割載體和目的基因，然后使用連接酶將二者連接起來，形成重組DNA分子。重組DNA分子的轉(zhuǎn)化與…將重組DNA分子轉(zhuǎn)化入宿主細(xì)胞（如細(xì)菌或酵母），通過選擇性培養(yǎng)基篩選含有重組DNA分子的細(xì)胞克隆?？寺〉蔫b定與保存對篩選到的細(xì)胞克隆進(jìn)行鑒定，確認(rèn)目的基因已成功整合到載體中，并保存陽性克隆用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。030405基因克隆技術(shù)流程312024/1/24高通量測序技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域高通量測序技術(shù)（又稱下一代測序技術(shù)）是一種能夠同時(shí)對數(shù)百萬至數(shù)十億個(gè)DNA分子進(jìn)行測序的技術(shù)。它采用邊合成邊測序或邊連接邊測序的原理，通過大規(guī)模并行反應(yīng)和自動化樣品處理，實(shí)現(xiàn)對海量DNA數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確測序。高通量測序技術(shù)原理高通量測序技術(shù)在基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、表觀遺傳學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，它可以用于全基因組測序、基因表達(dá)譜分析、單核苷酸多態(tài)性（SNP）檢測、非編碼RNA研究等。此外，高通量測序技術(shù)還在臨床醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)和生物多樣性研究等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。高通量測序技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域322024/1/24分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用08332024/1/24基因診斷利用特異性基因標(biāo)記或基因表達(dá)譜分析，對遺傳性疾病進(jìn)行精確診斷，如囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞貧血等。基因突變篩查通過分子生物學(xué)技術(shù)，如PCR、基因測序等，對特定基因突變進(jìn)行篩查，實(shí)現(xiàn)遺傳性疾病的早期診斷和治療?；蛑委熗ㄟ^基因編輯技術(shù)，如CRISPR-Cas9等，對缺陷基因進(jìn)行修復(fù)或替換，為遺傳性疾病的治療提供新的策略。遺傳性疾病診斷和治療策略342024/1/24腫瘤基因突變研究利用分子生物學(xué)技術(shù)，對腫瘤相關(guān)基因進(jìn)行突變篩查和分析，揭示腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制。腫瘤標(biāo)志物檢測通過檢測腫瘤特異性標(biāo)志物，如癌基因、抑癌基因等，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早期診斷和個(gè)性化治療。腫瘤免疫治療利用分子生物學(xué)技術(shù)，研究腫瘤免疫逃逸機(jī)制和免疫激活策略，