《生物化學(xué)》第六章核酸教學(xué)課件-2024鮮版

《生物化學(xué)》第六章核酸教學(xué)課件12024/3/27contents目錄核酸概述與分類DNA結(jié)構(gòu)與性質(zhì)RNA結(jié)構(gòu)與性質(zhì)核酸合成與降解途徑基因突變與修復(fù)機(jī)制核酸在生物技術(shù)中應(yīng)用總結(jié)與展望22024/3/2701核酸概述與分類32024/3/270102核酸定義及功能核酸在生物體內(nèi)具有多種功能，包括遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞和表達(dá)，以及參與生物體內(nèi)多種代謝過(guò)程。核酸是生物體內(nèi)重要的生物大分子，由核苷酸組成，攜帶遺傳信息。42024/3/27

核酸分類：DNA與RNADNA（脫氧核糖核酸）是生物體內(nèi)主要的遺傳物質(zhì)，存在于細(xì)胞核中，以雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)存在。RNA（核糖核酸）在生物體內(nèi)主要參與蛋白質(zhì)的合成，存在于細(xì)胞質(zhì)中，以單鏈結(jié)構(gòu)存在。DNA與RNA在化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能上存在差異，如DNA含有脫氧核糖而RNA含有核糖，DNA為雙鏈而RNA為單鏈等。52024/3/27核酸在生物進(jìn)化中具有重要意義，通過(guò)突變、基因重組等方式實(shí)現(xiàn)生物多樣性的產(chǎn)生和維持。核酸還參與生物體內(nèi)多種代謝過(guò)程，如蛋白質(zhì)合成、能量代謝等，對(duì)于維持生物體正常生理功能具有重要作用。核酸是生物體內(nèi)最重要的遺傳物質(zhì)，攜帶了生物體的全部遺傳信息，對(duì)于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖具有決定性作用。核酸在生物體內(nèi)重要性62024/3/2702DNA結(jié)構(gòu)與性質(zhì)72024/3/27由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，以右手螺旋方式盤繞而成。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本特征腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對(duì)。DNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型82024/3/27堿基互補(bǔ)配對(duì)原則01在DNA雙鏈中，A與T通過(guò)兩個(gè)氫鍵形成堿基對(duì)，G與C通過(guò)三個(gè)氫鍵形成堿基對(duì)。這種互補(bǔ)配對(duì)保證了DNA雙鏈的穩(wěn)定性和遺傳信息的準(zhǔn)確性。堿基堆積力02相鄰堿基之間由于電子云的重疊而產(chǎn)生的相互作用力，有助于維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。離子鍵和氫鍵的作用03DNA分子中的磷酸基團(tuán)帶有負(fù)電荷，可以與溶液中的陽(yáng)離子形成離子鍵。同時(shí)，堿基之間的氫鍵也是維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。DNA堿基配對(duì)原則92024/3/27拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象DNA在復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中，會(huì)發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，如鏈的斷裂、重連等。這些變化會(huì)導(dǎo)致DNA拓?fù)洚悩?gòu)體的形成，如環(huán)狀DNA、超螺旋DNA等。DNA超螺旋當(dāng)DNA雙鏈圍繞自身軸心旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超螺旋現(xiàn)象。超螺旋可以是正超螺旋或負(fù)超螺旋，取決于DNA鏈的旋轉(zhuǎn)方向。拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用拓?fù)洚悩?gòu)酶是一類能夠催化DNA拓?fù)洚悩?gòu)體之間相互轉(zhuǎn)換的酶。它們通過(guò)切斷DNA鏈并重新連接，從而改變DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證DNA的正常生理功能。DNA超螺旋和拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象102024/3/2703RNA結(jié)構(gòu)與性質(zhì)112024/3/27三葉草形狀含有稀有堿基反密碼環(huán)TψC環(huán)tRNA三葉草結(jié)構(gòu)特點(diǎn)01020304tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形狀，由三個(gè)環(huán)和四個(gè)臂組成。tRNA分子中含有一些稀有堿基，如雙氫尿嘧啶、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤等。含有反密碼子，可與mRNA上的遺傳密碼進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。此環(huán)含有保守的TψC序列，可能與核糖體的結(jié)合有關(guān)。122024/3/27123肽酰轉(zhuǎn)移酶是催化肽鍵形成的酶，一般認(rèn)為肽酰轉(zhuǎn)移酶活性部位是由rRNA組成的。具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性核糖體上通過(guò)rRNA為tRNA提供結(jié)合位點(diǎn)，以便攜帶氨基酸進(jìn)入核糖體進(jìn)行肽鏈的合成。為tRNA提供結(jié)合位點(diǎn)rRNA與核糖體蛋白共同組成核糖體，參與蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程。參與蛋白質(zhì)合成過(guò)程rRNA組成及功能132024/3/27帽子結(jié)構(gòu)真核生物mRNA的5’端通常具有帽子結(jié)構(gòu)，即7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷（m7GTP）通過(guò)5’,5’-三磷酸鹽橋與mRNA的5’端相連。帽子結(jié)構(gòu)在mRNA的穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)翻譯起始中起重要作用。尾巴修飾某些mRNA的3’端具有多聚腺苷酸尾巴，即poly(A)尾。Poly(A)尾通常由數(shù)百個(gè)腺苷酸殘基組成，通過(guò)影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。內(nèi)部修飾除了帽子和尾巴外，mRNA分子內(nèi)部還可能發(fā)生其他修飾，如甲基化、假尿嘧啶化等。這些修飾可能影響mRNA的結(jié)構(gòu)和功能，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。mRNA帽子結(jié)構(gòu)和尾巴修飾142024/3/2704核酸合成與降解途徑152024/3/2703DNA復(fù)制的酶學(xué)DNA聚合酶、DNA連接酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶等。01DNA復(fù)制的基本過(guò)程解旋、引物合成、鏈的延長(zhǎng)、鏈的終止與釋放。02DNA復(fù)制的特點(diǎn)半保留復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制、高度忠實(shí)性。DNA復(fù)制過(guò)程及特點(diǎn)162024/3/27RNA轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)模板鏈的選擇性、轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性、轉(zhuǎn)錄后加工。RNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄因子的作用、啟動(dòng)子的識(shí)別與結(jié)合、增強(qiáng)子與沉默子的調(diào)控等。RNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程啟動(dòng)、延伸、終止。RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程及調(diào)控機(jī)制172024/3/27核酸降解的作用機(jī)制水解磷酸二酯鍵、切割DNA或RNA鏈。核酸降解的生物學(xué)意義維持細(xì)胞內(nèi)核酸水平恒定、參與基因表達(dá)調(diào)控等。核酸降解酶類核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶、核酸酶等。核酸降解酶類及其作用機(jī)制182024/3/2705基因突變與修復(fù)機(jī)制192024/3/27倒位DNA片段顛倒后重新插入原位置，改變基因排列順序。堿基替換DNA分子中單個(gè)或多個(gè)堿基被其他堿基替換，導(dǎo)致遺傳信息改變。插入或缺失DNA鏈中插入或缺失一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)，引起移碼突變。重復(fù)DNA片段在基因組中重復(fù)出現(xiàn)，可能導(dǎo)致基因表達(dá)異常。產(chǎn)生原因包括環(huán)境因素（如輻射、化學(xué)物質(zhì)）和內(nèi)部因素（如DNA復(fù)制錯(cuò)誤、酶缺陷）等?；蛲蛔冾愋图爱a(chǎn)生原因202024/3/27DNA損傷修復(fù)途徑和方法通過(guò)特定酶識(shí)別和切除損傷部位，以正常堿基替換損傷堿基。將損傷部位上下游的序列切除，再以正常鏈為模板合成新鏈。利用未損傷的同源DNA序列作為模板，通過(guò)重組方式修復(fù)損傷。識(shí)別和糾正DNA復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生的堿基錯(cuò)配，保持基因完整性。直接修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)212024/3/27旨在測(cè)定人類基因組的全部DNA序列，解讀其中包含的遺傳信息。人類基因組計(jì)劃揭示人類生命活動(dòng)規(guī)律，為疾病診斷和治療提供科學(xué)依據(jù)；推動(dòng)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展；促進(jìn)人類對(duì)自身的認(rèn)識(shí)和理解。意義人類基因組計(jì)劃和意義222024/3/2706核酸在生物技術(shù)中應(yīng)用232024/3/27突變分析和基因多態(tài)性研究應(yīng)用領(lǐng)域PCR技術(shù)原理：通過(guò)特定的引物和DNA聚合酶，在體外特異性擴(kuò)增DNA片段。DNA片段克隆和測(cè)序病原微生物檢測(cè)和診斷PCR技術(shù)原理及應(yīng)用領(lǐng)域0103020405242024/3/27基因克隆策略選擇合適的宿主細(xì)胞和載體構(gòu)建重組DNA分子基因克隆策略和方法252024/3/27轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞并篩選陽(yáng)性克隆基因克隆方法限制性內(nèi)切酶消化和連接酶連接法基因克隆策略和方法262024/3/27同源重組法位點(diǎn)特異性重組法基因克隆策略和方法272024/3/27病原微生物防控和生物安全農(nóng)作物遺傳改良和動(dòng)物育種基因功能研究和基因治療CRISPR-Cas9技術(shù)原理：利用CRISPR序列和Cas9蛋白組成的復(fù)合體，在特定位置切割DNA雙鏈，引發(fā)細(xì)胞修復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)基因編輯。應(yīng)用領(lǐng)域基因編輯技術(shù)：CRISPR-Cas9系統(tǒng)282024/3/2707總結(jié)與展望292024/3/27遺傳信息的傳遞與表達(dá)闡明DNA作為遺傳信息的載體，以及RNA在遺傳信息表達(dá)中的關(guān)鍵作用。分子生物學(xué)技術(shù)的建立與發(fā)展基于核酸研究的分子生物學(xué)技術(shù)，如PCR、基因克隆、測(cè)序等，極大地推動(dòng)了生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。核酸的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)解析從19世紀(jì)中葉開始對(duì)核酸的研究，到20世紀(jì)上半葉確定其化學(xué)組成和雙螺旋結(jié)構(gòu)。核酸研究歷史回顧302024/3/27核酸作為生命活動(dòng)的重要分子，在解析復(fù)雜生命現(xiàn)象時(shí)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。復(fù)雜生命現(xiàn)象的解析隨著基因組編輯技術(shù)的發(fā)展，如何合理應(yīng)用并避免倫理問(wèn)題成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)?；蚪M編輯與倫理問(wèn)題深入了解病毒核酸與宿主細(xì)胞的相互作用，為病毒感染的防控和治療提供新思路。病毒感染與免疫應(yīng)答當(dāng)前存在問(wèn)題和挑戰(zhàn)312024/3/2701基于核酸研究的精準(zhǔn)醫(yī)療和個(gè)性