遺傳信息的攜帶者核酸3

遺傳信息的攜帶者核酸3演講人：日期：目錄核酸概述與分類DNA復(fù)制過(guò)程詳解RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程及調(diào)控機(jī)制基因表達(dá)調(diào)控與表觀遺傳學(xué)核酸變異、損傷與修復(fù)機(jī)制核酸研究前沿領(lǐng)域展望01核酸概述與分類核酸定義核酸是由許多核苷酸聚合而成的生物大分子化合物，為生命的最基本物質(zhì)之一。核酸功能核酸廣泛存在于所有動(dòng)植物細(xì)胞、微生物體內(nèi)，在生物體的遺傳、發(fā)育、生長(zhǎng)等過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。它攜帶著遺傳信息，能控制蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物的性狀。核酸定義及功能DNA中的五碳糖是脫氧核糖，而RNA中的五碳糖是核糖。五碳糖不同DNA中含有堿基腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），而RNA中含有堿基腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。堿基不同DNA是雙鏈結(jié)構(gòu)，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)；而RNA通常是單鏈結(jié)構(gòu)，其空間結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。空間結(jié)構(gòu)不同DNA與RNA結(jié)構(gòu)差異細(xì)胞核DNA主要分布在細(xì)胞核中，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，是遺傳信息的儲(chǔ)存和傳遞者。細(xì)胞質(zhì)RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中，參與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。其中，mRNA作為遺傳信息的傳遞者，將DNA的遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)合成機(jī)器——核糖體；tRNA作為氨基酸的搬運(yùn)工，將氨基酸搬運(yùn)到核糖體上；rRNA則與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。病毒病毒由核酸和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，其核酸可以是DNA或RNA。病毒的核酸攜帶著遺傳信息，指導(dǎo)病毒的復(fù)制和感染過(guò)程。核酸在生物體內(nèi)分布02DNA復(fù)制過(guò)程詳解DNA復(fù)制定義01DNA復(fù)制是指DNA雙鏈在細(xì)胞分裂間期階段進(jìn)行以一個(gè)初始DNA分子產(chǎn)生兩個(gè)相同的DNA復(fù)制品的生物過(guò)程。半保留復(fù)制02DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，即新合成的兩條鏈中，一條為新鏈，另一條為模板鏈，新舊鏈共同組成一個(gè)新的雙鏈DNA分子。復(fù)制原則03DNA復(fù)制遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A-T、G-C配對(duì)。DNA復(fù)制基本概念DNA聚合酶種類在DNA復(fù)制過(guò)程中，DNA聚合酶負(fù)責(zé)催化脫氧核糖核苷酸之間的聚合反應(yīng)，合成新的DNA鏈。DNA聚合酶作用聚合酶與引物DNA聚合酶不能從頭開(kāi)始合成DNA，需要一段RNA引物來(lái)提供起始合成的位點(diǎn)。原核生物主要有DNApolⅠ、DNApolⅢ，真核生物主要有DNApolα、DNApolδ、DNApolε、DNApolζ等。DNA聚合酶作用機(jī)制123在DNA半不連續(xù)復(fù)制過(guò)程中，后隨鏈的合成是不連續(xù)的，形成的許多不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。岡崎片段定義由于DNA聚合酶只能沿5'→3'方向合成DNA，因此在后隨鏈的合成上需要RNA引物和DNA連接酶的作用。岡崎片段形成原因在復(fù)制完成后，RNA引物被去除，由DNA連接酶將岡崎片段連接起來(lái)，形成完整的后隨鏈。岡崎片段連接岡崎片段形成與連接03RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程及調(diào)控機(jī)制

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝轉(zhuǎn)錄因子招募在特定啟動(dòng)子序列上，轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。DNA模板識(shí)別轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別并結(jié)合到DNA模板鏈上，確定轉(zhuǎn)錄的起始位置。輔助因子參與一些輔助因子如TFIIA、TFIIB等參與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝，提高轉(zhuǎn)錄效率。RNA聚合酶催化NTP與DNA模板鏈上的堿基配對(duì)，形成磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵形成隨著NTP的不斷加入，RNA鏈逐漸延伸，直到遇到終止信號(hào)。RNA鏈延伸RNA聚合酶具有校對(duì)功能，能夠識(shí)別和移除錯(cuò)誤配對(duì)的堿基，保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性。校正機(jī)制RNA聚合酶催化反應(yīng)在RNA的5'端加上甲基鳥(niǎo)嘌呤帽子結(jié)構(gòu)，保護(hù)RNA免受核酸酶的降解。5'端加帽在RNA的3'端加上多聚腺苷酸尾巴，增加RNA的穩(wěn)定性。3'端加尾去除內(nèi)含子序列，將外顯子連接在一起，形成成熟的mRNA。內(nèi)含子剪接通過(guò)堿基的替換、插入或刪除等方式對(duì)RNA進(jìn)行修飾，改變其編碼信息。RNA編輯轉(zhuǎn)錄后加工和修飾04基因表達(dá)調(diào)控與表觀遺傳學(xué)通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄因子的活性和數(shù)量，以及轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控蛋白質(zhì)水平調(diào)控通過(guò)影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)。通過(guò)控制蛋白質(zhì)的修飾、定位和降解來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)。030201基因表達(dá)調(diào)控層次和方式組蛋白修飾通過(guò)影響組蛋白的結(jié)構(gòu)和功能來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)，參與染色質(zhì)重塑和基因轉(zhuǎn)錄。非編碼RNA通過(guò)影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)，參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。DNA甲基化通過(guò)影響DNA的構(gòu)象和穩(wěn)定性來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)，參與細(xì)胞分化和發(fā)育過(guò)程。表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象及意義核酸在表觀遺傳學(xué)中作用組蛋白修飾中的作用組蛋白修飾包括乙?；⒓谆?、磷酸化等，這些修飾可以改變組蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響基因的表達(dá)。核酸可以作為修飾酶的底物或輔因子參與組蛋白修飾過(guò)程。DNA甲基化中的作用DNA甲基化是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，將S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基上的過(guò)程，核酸作為底物參與該過(guò)程。非編碼RNA的作用非編碼RNA包括microRNA、siRNA、piRNA等，它們可以通過(guò)與mRNA結(jié)合來(lái)影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率，從而調(diào)控基因的表達(dá)。此外，非編碼RNA還可以作為表觀遺傳學(xué)標(biāo)記來(lái)影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。05核酸變異、損傷與修復(fù)機(jī)制基因序列中堿基的替換、插入或缺失，導(dǎo)致基因編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或功能改變。原因包括自發(fā)突變、誘變劑作用等?；蛲蛔兎峭慈旧w間的片段交換，導(dǎo)致基因排列順序改變。原因包括減數(shù)分裂過(guò)程中的交叉互換等?；蛑亟M染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變，包括染色體片段的缺失、重復(fù)、倒位和易位等。原因包括物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)和生物因素如病毒感染等。染色體變異核酸變異類型及原因03堿基損傷如氧化、烷基化等引起的堿基修飾。影響DNA的穩(wěn)定性和遺傳信息的傳遞。01單鏈斷裂DNA單鏈中磷酸二酯鍵的斷裂。影響DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，可能導(dǎo)致基因突變。02雙鏈斷裂DNA雙鏈在同一位置或相近位置上的斷裂。對(duì)細(xì)胞具有致命性，可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或癌變。DNA損傷類型及影響DNA損傷應(yīng)答細(xì)胞通過(guò)一系列信號(hào)傳導(dǎo)途徑感知DNA損傷，啟動(dòng)相應(yīng)的修復(fù)機(jī)制。包括細(xì)胞周期阻滯、DNA修復(fù)相關(guān)蛋白的募集等。直接修復(fù)針對(duì)某些特定類型的DNA損傷，細(xì)胞可以直接利用特定的酶進(jìn)行修復(fù)。如光復(fù)活作用、堿基切除修復(fù)等。重組修復(fù)對(duì)于雙鏈斷裂等嚴(yán)重?fù)p傷，細(xì)胞可以通過(guò)同源重組或非同源末端連接等方式進(jìn)行修復(fù)。同源重組利用姐妹染色單體作為模板，非同源末端連接則直接將斷裂的DNA末端連接在一起。錯(cuò)配修復(fù)在DNA復(fù)制過(guò)程中，當(dāng)子鏈與模板鏈發(fā)生堿基錯(cuò)配時(shí)，細(xì)胞可以通過(guò)錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制進(jìn)行糾正。該機(jī)制涉及特定的錯(cuò)配修復(fù)蛋白對(duì)錯(cuò)誤堿基的識(shí)別和切除，以及正確的堿基的合成和連接。01020304細(xì)胞對(duì)DNA損傷應(yīng)答和修復(fù)途徑06核酸研究前沿領(lǐng)域展望CRISPR-Cas9是一種基于細(xì)菌免疫系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)，通過(guò)靶向特定基因序列并切割DNA，實(shí)現(xiàn)基因敲除、插入或修復(fù)。CRISPR-Cas9技術(shù)可應(yīng)用于遺傳疾病治療、農(nóng)作物遺傳改良、功能基因組學(xué)等領(lǐng)域，為精準(zhǔn)醫(yī)療和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變革。CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)原理及應(yīng)用前景應(yīng)用前景技術(shù)原理單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)通過(guò)對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行基因組、轉(zhuǎn)錄組或表觀組測(cè)序，揭示細(xì)胞間基因表達(dá)的異質(zhì)性和復(fù)雜性。技術(shù)原理單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可用于研究細(xì)胞發(fā)育、分化、免疫應(yīng)答等過(guò)程，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供有力支持。應(yīng)用前景單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在核酸研究中應(yīng)用