《基因分离复习》课件

基因分离复习基因分离是一种重要的生物技术,可以从DNA中分离出特定的基因片段本次复习将深入探讨基因分离的原理、方法和应用基因和染色体基因是携带遗传信息的基本单位,存在于细胞核内的染色体上DNA分子结构呈双螺旋型,由核苷酸单体组成,能够复制和传递遗传信息染色体则是由DNA及其相关蛋白质形成的结构,在细胞分裂时能够分离、向两个新细胞均分双螺旋结构DNADNA双螺旋结构独特的双螺旋碱基配对DNA分子呈现一种双螺旋的三维结构,由两DNA双螺旋结构具有一定的弯曲度和旋转DNA双螺旋中的两条链通过特定的碱基配条反平行的多核糖核酸链组成,两条链通过角度,为DNA分子提供了稳定和紧凑的结构对结构腺嘌呤-胸腺嘧啶,鸟嘌呤-胞嘧啶碱基配对相互连接而形成相互连接复制过程DNADNA聚合酶作用双链分离DNA聚合酶沿模板DNA移动,将游离的核苷酸连接形成新DNA双螺旋结构被解开,DNA双链分离的DNA链1234引物结合双链重建引物与模板DNA的特定位点结合,为复制提供起点两条新DNA链与两条旧DNA链配对,形成两个新的DNA双螺旋复制错误及其后果基因突变蛋白质错折叠DNA复制过程中可能发生碱基错配或基因突变会造成氨基酸序列的改变,从碱基缺失/插入等错误,导致基因突变而引起蛋白质的错误折叠细胞损伤疾病发生错误折叠的蛋白质会引起细胞毒性,导基因突变引起的蛋白质功能异常可能致细胞损伤甚至死亡导致严重的遗传性疾病,如癌症等转录过程DNA模板转录过程以DNA双链作为模板,使用一条链作为转录蓝图RNA聚合酶RNA聚合酶识别启动子序列,并沿DNA链合成互补的RNA分子起始与终止RNA聚合酶从启动子开始转录,在终止子处结束,产生前体mRNA加工与修饰前体mRNA需要经过剪切、加帽和polyA尾的加工,形成成熟的mRNA转录调控启动子识别转录因子调控RNA聚合酶能够识别基因的启动各种转录因子能够结合到启动子子区域,这是转录过程的关键步骤区域,促进或抑制转录的进行表观遗传调控DNA甲基化和组蛋白修饰等机制影响染色质结构,从而调节转录翻译过程mRNA进入核糖体1转录产生的mRNA将携带遗传信息进入核糖体tRNA运载氨基酸2tRNA分子携带特定的氨基酸,识别并结合到mRNA上肽键生成3在核糖体中,氨基酸被连接形成肽链折叠与修饰4最终生成的蛋白质需要适当的折叠和修饰翻译过程是将mRNA上的遗传信息转化为具有生物功能的蛋白质的过程这一过程包括mRNA进入核糖体、tRNA携带氨基酸、肽键的生成以及最终的蛋白质折叠和修饰遗传密码编码三个字母无重叠且连续12遗传密码由三个碱基组成,称为每个密码子都不会重叠,而且它密码子,可以编码出20种不同的们连续排列在mRNA上,确保了氨基酸精确的编码具有普遍性具有冗余性34遗传密码在大多数生物中都是由于有63个密码子编码20种氨通用的,这是生命进化的基础基酸,存在多个密码子可编码同一种氨基酸基因表达调控转录水平调控转录后调控翻译水平调控蛋白质修饰通过调节转录因子可以影响基通过调节mRNA的稳定性、剪调节蛋白质的合成效率,如调通过蛋白质的羧基化、磷酸化、因的表达强度如promoter切、核出机制等过程来实现基节起始密码子识别、生物素化甲基化等化学修饰来调节其结的活性调节、染色质结构改变因表达的调控等构和活性等常见突变类型点突变移码突变DNA序列中只有一个碱基发生变化的突变类型,可能导致氨基酸序列DNA序列中插入或缺失一个或多个碱基,导致阅读框架发生改变的突的改变变类型无义突变错义突变DNA序列中的一个碱基发生变化,形成了一个终止密码子,导致蛋白DNA序列中一个碱基发生变化,导致氨基酸序列发生改变的突变类型质truncated的突变类型点突变单碱基替换转换型和颠换型复制错误的结果点突变是指DNA序列中单个碱基的替换,可点突变可以分为转换型嘌呤替换嘌呤,嘧啶点突变可能发生在基因的编码区域,导致氨能会导致氨基酸序列的改变,进而影响蛋白替换嘧啶和颠换型嘌呤替换嘧啶,嘧啶替换基酸替换,也可能发生在调控区域,影响基因质的结构和功能嘌呤两种类型的表达移码突变添加或删除碱基影响翻译过程常见致病突变123移码突变是指在DNA序列中添加或移码突变会严重影响翻译过程,使得移码突变是导致遗传性疾病的常见原删除一个或多个碱基，导致遗传密码所产生的蛋白质完全不同于野生型因,如白血病和肌萎缩性侧索硬化症读码框发生移位无义突变定义影响示例检测无义突变指在基因的密码子序无义突变会产生截短的非功能例如,在白血病患者中,TP53基可通过DNA测序技术检测无义列中，某个密码子被改变为终性蛋白质,通常会对生物体的因常出现无义突变,导致p53蛋突变,并使用生物信息学工具止密码子，导致蛋白质合成提正常生理活动产生严重影响白功能丧失,从而干扰细胞凋预测其可能产生的影响前终止的遗传突变亡机制错义突变变化蛋白质结构错义突变导致氨基酸序列的改变,进而影响蛋白质的三维结构和功能改变蛋白质功能蛋白质结构的变化会相应地改变其生物学功能,这可能导致疾病的发生影响蛋白质稳定性某些错义突变会降低蛋白质的稳定性,缩短其半衰期,导致功能丧失突变的检测DNA测序1通过测序技术分析DNA序列,确定是否存在突变点酶切分析2利用限制性内切酶切割DNA,检测切割位点是否发生改变杂交分析3比较野生型与突变型DNA的杂交结果,识别突变位点检测突变是遗传病诊断、药物筛选等应用的关键步骤现代生物技术提供了多种快速、准确的突变检测方法,可以全面分析基因组序列,帮助科学家深入研究各类遗传性疾病的发病机制基因突变对蛋白质的影响蛋白质构象改变功能丧失或改变错误折叠稳定性降低基因突变会导致蛋白质三维结某些突变会让蛋白质完全失去某些突变会导致蛋白质无法正一些突变会降低蛋白质的热稳构发生变化,影响其生物活性和活性,而其他则会使之发挥不同确折叠,从而导致聚集、失活或定性和化学稳定性,从而缩短其功能的功能进入错误代谢通路半衰期生物技术中的基因突变应用基因工程医学诊断利用基因突变技术,可以在基因通过检测基因突变,可以诊断遗工程中改变生物的遗传特性,创传性疾病,并用于个性化医疗的造出具有新功能的生物产品研究生物芯片技术蛋白质工程基因突变分析是生物芯片技术的人工诱导基因突变可以产生新型重要应用,可以快速检测出种类蛋白质,用于开发新药和优化酶繁多的基因突变活性诱变因子辐射诱变化学诱变病毒诱变X射线、γ射线等高能辐射能够破坏DNA分一些化学物质如烷基化剂、脱氨剂等能与某些病毒在感染细胞的过程中会引入外源性子结构,导致基因突变DNA反应,引起碱基的化学改变从而导致突DNA,破坏细胞自身的基因序列从而导致突变变辐射诱变高能辐射辐射剂量包括X射线、γ射线、宇宙线等,能直接破坏DNA分子结构,引发基因不同剂量辐射会导致不同程度的突变,增加发生遗传缺陷的风险突变生物防护医疗应用佩戴防护服装、合理安排工作时间等措施能减少接受辐射的剂量适度使用X射线等方法诊断疾病或治疗肿瘤时也需注意辐射剂量控制化学诱变化学诱变剂诱变机理应用前景安全隐患化学诱变剂是一类能引起DNA化学诱变剂可能会导致碱基的化学诱变技术广泛应用于生物化学诱变剂本身具有一定的毒发生变异的化学物质,如亚硝插入、删除或碱基替代,从而技术,如创造新品种、筛选高性和致癌性,使用时必须采取酸盐、氮芥、硫脲等它们通产生点突变某些诱变剂还能产菌株、改良微生物等但使安全防护措施,并做好环境监过与DNA直接反应或干扰引起双链断裂,造成大的染色用时需严格控制,避免对环境测,以最大限度降低风险DNA复制过程来导致遗传突变体结构变化和人体造成危害重组技术DNA限制性内切酶1专门切割特定DNA序列连接酶2将不同DNA片段连接起来外源性DNA导入3将重组DNA导入宿主细胞DNA重组技术是利用生物技术手段将不同来源的DNA片段连接在一起,形成一个新的重组DNA分子,并将其导入宿主细胞中这一过程需要依赖于限制性内切酶切割DNA、连接酶粘合DNA片段以及转化技术将重组DNA导入细胞等关键步骤限制性内切酶DNA切割序列特异性限制性内切酶是可以识别并切割不同的限制性内切酶识别和切割特定DNA序列的酶,在基因工程中不同的DNA序列,可以得到特定的广泛应用DNA片段克隆实验限制性内切酶在克隆DNA分子、构建重组DNA等基因工程技术中扮演关键角色连接酶DNA连接连接反应机理连接酶类型连接酶能够将不同DNA片段末端互相连接,连接酶通过催化双链DNA的末端断裂位点连接酶包括T4DNA连接酶、ATP依赖性连形成新的双链DNA分子,在基因工程中起重和磷酸骨架的重新连接,实现DNA片段的连接酶和蛋白质依赖性连接酶等,具有不同的要作用接特性和应用场景克隆技术目的细胞分离从细胞或组织中分离出所需的细胞对象,为后续克隆过程做准备细胞培养将分离的细胞在适合的培养基中培养,使其增殖并保持活性核移植将分离细胞的细胞核移植到已去核的受体细胞中,实现遗传物质的转移细胞分化经过适当的培养诱导,受体细胞能够分化成所需的特定细胞类型外源性导入细胞DNA限制性内切酶切割1切割待测基因片段和载体DNADNA片段连接2用连接酶将目的基因导入载体转化与筛选3将重组DNA导入细胞并筛选阳性克隆表达分析4检测目的基因在细胞中的表达情况通过基因工程技术,将外源性DNA导入细胞需经过限制性内切酶切割、DNA片段连接、转化与筛选、表达分析等几个关键步骤这些步骤确保目的基因成功导入并在细胞内正常表达这种技术广泛用于医药、农业等领域的基因改造研究基因工程在医学上的应用诊断和治疗药物生产个体化医疗再生医学基因工程技术可用于开发精准利用重组DNA技术,可在大肠通过基因检测分析个体遗传背基因工程可用于培养人造器官诊断工具,帮助及早发现遗传杆菌或酵母等微生物中大量生景,可针对性地制定预防和治和组织,如皮肤、骨骼肌等,为疾病同时也可制造基因疗法,产人类蛋白质,如胰岛素、生疗方案,实现个体化精准医疗再生医学提供新的技术手段如基因编辑和细胞治疗,针对长激素等成为新型生物制药遗传性疾病进行靶向治疗基因工程在农业上的应用作物产量提升害虫抗性增强通过基因工程技术改良作物基因,可提植入昆虫杀手基因可以让作物拥有更高作物的产量、抗病性和抗旱性强的抗虫能力,减少化学农药的使用营养价值提高储藏保鲜延长通过基因改造可以增加作物的维生素、基因工程技术可延长新鲜作物的储藏蛋白质和矿物质含量,改善营养结构和运输期,减少损耗和浪费基因工程安全性问题环境影响健康风险12基因工程可能会对生态环境造基因改造生物可能会引发人体成不可预知的影响,需要严格评健康问题,需要进行长期的安全估和监管性检测道德伦理监管措施34基因工程也存在一些伦理争议,制定完善的法律法规,加强执法需要社会各界广泛讨论和达成力度,确保基因工程的规范化发共识展小结与展望通过对基因分离的全面复习,我们深入了解了基因和染色体的结构以及DNA复制、转录和翻译的过程我们还学习了基因突变的类型及其对蛋白质的影响,以及基因工程技术在医学和农业上的广泛应用展望未来,基因技术的发展必将惠及人类社会,我们期待着未来的更多突破和应用。