2024年度現(xiàn)代分子生物學(xué)課件完整版

現(xiàn)代分子生物學(xué)課件完整版12024/3/24CATALOGUE目錄分子生物學(xué)概述基因與基因組DNA復(fù)制、修復(fù)與重組RNA轉(zhuǎn)錄、加工與功能蛋白質(zhì)合成、功能與調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控與疾病分子生物學(xué)技術(shù)與應(yīng)用22024/3/24分子生物學(xué)概述0132024/3/24分子生物學(xué)的定義分子生物學(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、遺傳信息傳遞以及基因表達(dá)調(diào)控的科學(xué)。分子生物學(xué)的發(fā)展自20世紀(jì)50年代以來，隨著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、遺傳密碼的破譯、基因工程技術(shù)的建立等一系列重大科學(xué)成就的取得，分子生物學(xué)迅速崛起并滲透到生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)了整個(gè)生物科學(xué)的飛速發(fā)展。分子生物學(xué)的定義與發(fā)展42024/3/24研究生物大分子如蛋白質(zhì)、核酸等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、理化性質(zhì)以及生物功能。生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能研究DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯等遺傳信息傳遞過程及其調(diào)控機(jī)制。遺傳信息的傳遞與表達(dá)研究基因表達(dá)的時(shí)空特異性以及環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的影響?；虮磉_(dá)的調(diào)控研究細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)如何影響基因表達(dá)和細(xì)胞功能。細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控分子生物學(xué)的研究內(nèi)容52024/3/24分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系與遺傳學(xué)的關(guān)系：分子生物學(xué)是遺傳學(xué)的基礎(chǔ)，遺傳學(xué)的研究促進(jìn)了分子生物學(xué)的發(fā)展。兩者相互補(bǔ)充，共同揭示生命的奧秘。與生物化學(xué)的關(guān)系：生物化學(xué)研究生物體內(nèi)化學(xué)過程，而分子生物學(xué)則更側(cè)重于生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能。兩者在研究內(nèi)容上有所重疊，但側(cè)重點(diǎn)不同。與細(xì)胞生物學(xué)的關(guān)系：細(xì)胞生物學(xué)研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，而分子生物學(xué)則更關(guān)注細(xì)胞內(nèi)生物大分子的作用機(jī)制。兩者在研究層次上有所不同，但相互關(guān)聯(lián)緊密。與發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的關(guān)系：發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)研究生物體的發(fā)育過程和神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理，這些過程都與基因表達(dá)和調(diào)控密切相關(guān)。因此，分子生物學(xué)為這些學(xué)科提供了重要的理論和技術(shù)支持。62024/3/24基因與基因組0272024/3/24基因是遺傳信息的基本單位，控制生物性狀的遺傳因子?；虻亩x基因的結(jié)構(gòu)基因的化學(xué)本質(zhì)基因由編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成，編碼區(qū)包括外顯子和內(nèi)含子，非編碼區(qū)包括啟動(dòng)子和終止子等?；蚴怯蒁NA或RNA序列構(gòu)成的，以特定的核苷酸序列編碼蛋白質(zhì)或多肽鏈的信息。030201基因的概念與結(jié)構(gòu)82024/3/24基因組是一個(gè)生物體所有基因的總和，包括核基因組和細(xì)胞器基因組?；蚪M的定義基因組由DNA序列、蛋白質(zhì)編碼基因、非編碼RNA基因和調(diào)控序列等組成。基因組的組成基因組具有高度的復(fù)雜性、多樣性和動(dòng)態(tài)性，不同生物之間的基因組存在顯著的差異?；蚪M的特點(diǎn)基因組的組成與特點(diǎn)92024/3/24123基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)生具有生物活性的蛋白質(zhì)的過程?；虮磉_(dá)的概念基因表達(dá)受到多種因素的調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)修飾、microRNA等?；虮磉_(dá)的調(diào)控基因表達(dá)水平的改變可以直接影響生物體的性狀和表型，是生物多樣性的重要來源之一。基因表達(dá)與生物性狀的關(guān)系基因的表達(dá)與調(diào)控102024/3/24DNA復(fù)制、修復(fù)與重組03112024/3/24識(shí)別起始位點(diǎn)，形成起始復(fù)合物DNA復(fù)制的起始DNA鏈的解開與引物合成DNA鏈的延伸DNA復(fù)制的終止在解旋酶作用下，DNA雙鏈解開，單鏈DNA結(jié)合蛋白穩(wěn)定單鏈，引物酶催化合成RNA引物DNA聚合酶催化合成子鏈，后隨鏈不連續(xù)合成，需要多次引物合成和鏈延伸遇到終止信號(hào)，停止DNA鏈的合成，釋放DNA復(fù)制相關(guān)蛋白DNA復(fù)制的過程與機(jī)制122024/3/24包括堿基損傷、脫嘌呤與脫嘧啶、DNA鏈斷裂等DNA損傷的類型直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)等DNA修復(fù)的方式維護(hù)基因組的穩(wěn)定性，防止基因突變和細(xì)胞癌變DNA修復(fù)的意義DNA損傷與修復(fù)的機(jī)制132024/3/24同源重組位點(diǎn)特異性重組轉(zhuǎn)座重組DNA重組的意義DNA重組的方式與意義01020304發(fā)生在同源序列之間的重組，包括交叉互換和非交叉互換兩種類型發(fā)生在特定DNA序列之間的重組，需要特定的重組酶催化通過轉(zhuǎn)座子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的DNA重組促進(jìn)生物進(jìn)化，產(chǎn)生生物多樣性；參與基因表達(dá)調(diào)控；修復(fù)DNA損傷等142024/3/24RNA轉(zhuǎn)錄、加工與功能04152024/3/24RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶沿DNA模板鏈移動(dòng)，催化RNA鏈的合成。轉(zhuǎn)錄延伸RNA聚合酶遇到終止子，釋放新生RNA鏈。轉(zhuǎn)錄終止RNA轉(zhuǎn)錄的過程與機(jī)制162024/3/24

RNA的加工與成熟5'端加帽在RNA的5'端加上甲基鳥嘌呤帽子結(jié)構(gòu)，保護(hù)RNA免受核酸酶的降解。3'端加尾在RNA的3'端加上多聚腺苷酸尾巴，增加RNA的穩(wěn)定性。內(nèi)含子剪接去除內(nèi)含子，連接外顯子，形成成熟的mRNA。172024/3/24mRNAtRNArRNA其他非編碼RNARNA的功能與分類攜帶遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。攜帶氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成。如microRNA、siRNA等，參與基因表達(dá)調(diào)控、抗病毒等過程。182024/3/24蛋白質(zhì)合成、功能與調(diào)控05192024/3/24轉(zhuǎn)錄以DNA為模板，通過RNA聚合酶的作用，合成mRNA的過程。翻譯在核糖體上，以mRNA為模板，tRNA為運(yùn)載工具，合成蛋白質(zhì)的過程。翻譯后加工包括蛋白質(zhì)的折疊、修飾和剪切等，使其成為具有生物活性的成熟蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)合成的過程與機(jī)制202024/3/24二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中局部主鏈的空間結(jié)構(gòu)，如α-螺旋、β-折疊等。四級(jí)結(jié)構(gòu)指由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基通過非共價(jià)鍵連接而成的蛋白質(zhì)大分子的結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，即整條肽鏈每一原子的相對(duì)空間位置。一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序，是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和生物功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能212024/3/24ABCD蛋白質(zhì)的翻譯后修飾與調(diào)控磷酸化通過磷酸化酶將磷酸基團(tuán)添加到蛋白質(zhì)上，改變其活性和功能。乙酰化通過乙?；笇⒁阴；鶊F(tuán)添加到蛋白質(zhì)上，影響其穩(wěn)定性和相互作用。糖基化在蛋白質(zhì)上添加糖鏈，影響其穩(wěn)定性、溶解度和生物活性等。泛素化通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行降解，參與細(xì)胞周期、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程的調(diào)控。222024/3/24基因表達(dá)調(diào)控與疾病06232024/3/24轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控通過轉(zhuǎn)錄因子、啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等元件調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的效率和特異性。翻譯水平調(diào)控通過mRNA的穩(wěn)定性、翻譯起始速率等因素控制蛋白質(zhì)合成的數(shù)量和質(zhì)量。表觀遺傳學(xué)調(diào)控通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式影響基因表達(dá)的可遺傳變化。適應(yīng)環(huán)境變化使生物體能夠根據(jù)不同環(huán)境條件調(diào)整基因表達(dá)模式，以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。細(xì)胞分化與發(fā)育在細(xì)胞分化和發(fā)育過程中，基因表達(dá)調(diào)控確保不同細(xì)胞類型具有獨(dú)特的表型特征。能量與資源優(yōu)化通過精細(xì)調(diào)控基因表達(dá)，生物體能夠合理分配能量和資源，實(shí)現(xiàn)生存和繁殖的最優(yōu)化?；虮磉_(dá)調(diào)控的機(jī)制與意義242024/3/24基因突變導(dǎo)致基因表達(dá)異常，如先天性代謝缺陷、遺傳性癌癥等。遺傳性疾病免疫相關(guān)基因的表達(dá)異常導(dǎo)致免疫系統(tǒng)攻擊自身組織，如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。自身免疫性疾病病原體通過干擾宿主基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)自身增殖和致病過程。感染性疾病神經(jīng)相關(guān)基因的表達(dá)異常導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和死亡，如阿爾茨海默病、帕金森病等。神經(jīng)退行性疾病01030204疾病相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控異常252024/3/24通過導(dǎo)入正?；蚧蛐迯?fù)突變基因，恢復(fù)疾病相關(guān)基因的正常表達(dá)和功能。基因療法利用轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄水平，從而改變疾病進(jìn)程。轉(zhuǎn)錄因子療法開發(fā)針對(duì)DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳學(xué)標(biāo)記的藥物，以恢復(fù)正常的基因表達(dá)模式。表觀遺傳學(xué)藥物通過改造和培養(yǎng)具有正?；虮磉_(dá)模式的細(xì)胞，移植到患者體內(nèi)以替代或修復(fù)受損組織。細(xì)胞療法基因表達(dá)調(diào)控在疾病治療中的應(yīng)用262024/3/24分子生物學(xué)技術(shù)與應(yīng)用07272024/3/24ABCDDNA提取與純化從生物樣本中提取高質(zhì)量的DNA，并進(jìn)行純化處理，以去除雜質(zhì)和污染物。DNA克隆通過PCR、連接酶反應(yīng)等手段將目的DNA片段擴(kuò)增并克隆到載體中，以便進(jìn)行后續(xù)研究。DNA突變分析利用定點(diǎn)突變、隨機(jī)突變等技術(shù)對(duì)DNA進(jìn)行突變分析，研究基因功能和表型變化。DNA測(cè)序利用特定的測(cè)序技術(shù)對(duì)DNA序列進(jìn)行測(cè)定，包括Sanger測(cè)序和下一代測(cè)序（NGS）等。DNA操作技術(shù)與應(yīng)用282024/3/24RNA提取與純化從生物樣本中提取高質(zhì)量的RNA，并進(jìn)行純化處理，以去除雜質(zhì)和污染物。RNA測(cè)序利用特定的測(cè)序技術(shù)對(duì)RNA序列進(jìn)行測(cè)定，包括轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、小RNA測(cè)序等。RNA干擾（RNAi）通過導(dǎo)入與目標(biāo)RNA互補(bǔ)的序列，降低或抑制目標(biāo)RNA的表達(dá)，研究基因功能。RNA編輯利用CRISPR/Cas9等技術(shù)對(duì)RNA進(jìn)行編輯，修復(fù)基因突變或改變基因表達(dá)。RNA操作技術(shù)與應(yīng)用292024/3/24從生物樣本中提取高質(zhì)量的蛋白質(zhì)，并進(jìn)行純化處理，以去除雜質(zhì)和其他蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)提取與純化利用質(zhì)譜等技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)序列進(jìn)行測(cè)定，包括肽質(zhì)量指紋圖譜、蛋白質(zhì)組學(xué)等。蛋白質(zhì)測(cè)序利用酵母雙雜交、免疫共沉淀等技術(shù)研究蛋白質(zhì)之間的相互作用及其功能。蛋白質(zhì)相互作用研究通過基因工程手段在特定宿主中表達(dá)目標(biāo)蛋白質(zhì)，研究其結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)表達(dá)與功能分析蛋白質(zhì)操作技術(shù)與應(yīng)用302024/3/24應(yīng)用于疾病診斷、個(gè)性化治療、藥物研發(fā)等方面，如基因診斷、基因治療和精