《gDNA分子结构》课件

分子结构gDNA脱氧核糖核酸DNA是生物体遗传信息的载体它是一种长链的聚合物，由核苷酸组成，每个核苷酸包含一个脱氧核糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基什么是gDNA基因组DNAgDNA是指基因组DNA，是生物体所有遗传信息的总和它是包含了所有基因、调控序列以及其他非编码序列的完整DNA分子的化学组成gDNAgDNA由脱氧核糖核酸DNA组成，是构成染色体的基本物质DNA是一种长链聚合物，由核苷酸组成，每个核苷酸包含一个磷酸基团、一个脱氧核糖和一个含氮碱基gDNA中的含氮碱基有四种腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶TA与T配对，G与C配对，形成碱基对这些碱基对通过氢键连接，构成DNA双螺旋结构的双螺旋结构gDNAgDNA的两条反向平行的多核苷酸链相互缠绕，形成双螺旋结构两条链的碱基通过氢键配对，形成螺旋结构的内部，而糖-磷酸骨架则位于螺旋结构的外部碱基配对规则gDNA腺嘌呤A胸腺嘧啶T腺嘌呤与胸腺嘧啶T通过两个氢键连接胸腺嘧啶与腺嘌呤A通过两个氢键连接鸟嘌呤G胞嘧啶C鸟嘌呤与胞嘧啶C通过三个氢键连接胞嘧啶与鸟嘌呤G通过三个氢键连接脱氧核糖核酸的发现历程DNA1869年1瑞士化学家弗里德里希·米歇尔首次分离出DNA1944年2奥斯瓦尔德·埃弗里和他的同事证明DNA是遗传物质1953年3詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了DNA双螺旋结构模型1962年4沃森、克里克和莫里斯·威尔金斯因发现DNA结构获得诺贝尔生理学或医学奖DNA的发现历程始于1869年，弗里德里希·米歇尔首次从细胞核中分离出DNA直到1944年，奥斯瓦尔德·埃弗里和他的同事才证明DNA是遗传物质，而不是蛋白质最终，在1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了DNA双螺旋结构模型，并因此获得了诺贝尔奖双螺旋模型的建立DNAX射线衍射技术1Rosalind Franklin和Maurice Wilkins模型构建2James Watson和Francis Crick碱基配对规则3A-T和G-C模型验证4实验数据一致1953年，Watson和Crick基于Rosalind Franklin的X射线衍射图像数据，构建了DNA双螺旋结构模型模型提出A-T和G-C碱基配对规则，并解释了DNA的复制机制双螺旋结构的稳定性DNA碱基堆积力氢键碱基对之间的范德华力相互作碱基对之间形成的氢键，也是维用，有助于稳定双螺旋结构这持双螺旋结构稳定的重要因素些力是疏水性的，因此它们在水每对碱基之间都形成两个或三个溶液中起着重要的作用氢键，它们相互作用增强了双螺旋结构的稳定性磷酸骨架镁离子DNA双螺旋结构的外部由磷酸骨镁离子可以与DNA分子中的磷酸架构成，它们通过与水分子之间基团结合，中和它们的负电荷，的相互作用来稳定结构磷酸骨从而稳定双螺旋结构镁离子在架的负电荷相互排斥，但也提供维持DNA结构的稳定性和功能中了结构的稳定性起着重要作用双链的方向性DNA反平行结构核苷酸连接方式复制方向DNA双链由两条反向平行的多核苷酸链组每条DNA链上的核苷酸通过磷酸二酯键连DNA复制过程中，DNA聚合酶沿一条链从成，一条链从5端到3端，另一条链从3端接，形成一条连续的链5端到3端添加核苷酸，而沿另一条链从3到5端端到5端添加核苷酸的复制原理DNA解旋DNA双螺旋结构解开，形成两个单链模板引物结合引物结合到单链模板上，为DNA聚合酶提供起始位点延伸DNA聚合酶以单链模板为指导，按照碱基配对原则，添加新的核苷酸，合成新的DNA链连接DNA连接酶连接新合成的DNA片段，形成完整的双链DNA复制的半保留原则DNA

11.母链模板

22.子链合成

33.半保留机制DNA复制过程中，母链充当模板，以母链为模板，通过碱基互补配对，每个新形成的DNA双螺旋结构，都引导子链的合成合成两条新的子链包含一条母链和一条子链，即半保留复制过程中的酶作用DNA解旋酶引物酶解旋酶在复制开始时打开DNA双引物酶合成短的RNA引物，作为螺旋结构，使两条单链分离DNA聚合酶的起始点DNA聚合酶连接酶DNA聚合酶沿着模板链移动，添连接酶将新的DNA片段连接起加新的核苷酸，形成新的DNA来，形成完整的DNA双螺旋结链构碱基突变引起的结构改变DNA碱基替换最常见的突变类型，一个碱基被另一个碱基取代例如，腺嘌呤A替换为鸟嘌呤G或胞嘧啶C碱基插入在DNA序列中插入一个或多个碱基，导致阅读框移位，并可能产生错误的蛋白质碱基缺失删除DNA序列中的一个或多个碱基，同样导致阅读框移位，并可能产生错误的蛋白质损伤与修复机制DNADNA损伤的来源修复机制DNA损伤来自环境因素，如紫外线辐射、化学物质和电离辐射DNA修复机制是细胞用来修复受损DNA的多种机制修复机制包括碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复等体内代谢过程也会产生一些活性氧自由基，可以导致DNA损伤基因突变的类型点突变插入突变缺失突变染色体突变点突变是最常见的基因突变类插入突变是指在DNA序列中插缺失突变是指DNA序列中丢失染色体突变是指染色体结构或型，仅涉及单个碱基的改变入一个或多个碱基，从而改变一个或多个碱基，从而导致基数量的改变，例如染色体片段点突变可导致氨基酸的改变，基因的阅读框架插入突变可因的阅读框架发生改变缺失的缺失、重复或易位染色体甚至导致蛋白质功能的丧失能会导致蛋白质功能的改变或突变会导致蛋白质功能的改变突变会导致严重的遗传疾病完全丧失或完全丧失外源性转化细胞的实验DNA准备阶段1首先，需要准备外源性DNA和合适的宿主细胞选择与外源性DNA兼容的宿主细胞，并确保其具有良好的可转化性然后，对宿主细胞进行处理，使其更容易接受外源性DNA，例如电穿孔法或化学转化法转化过程2将外源性DNA与宿主细胞混合，并通过特定的转化方法将其导入宿主细胞内电穿孔法利用电脉冲产生孔洞，化学转化法则利用化学试剂改变细胞膜的通透性，使DNA更容易进入细胞筛选与验证3转化后的细胞需要进行筛选，以分离出成功转化了外源性DNA的细胞常见的筛选方法包括抗生素抗性筛选、荧光标记筛选等最后，通过PCR或其他方法验证外源性DNA是否成功整合到宿主细胞的基因组中质粒的特点DNA

11.自复制

22.环状结构质粒DNA能够独立于宿主细胞质粒DNA通常是环状的，但也染色体进行复制有线性质粒DNA

33.小尺寸

44.多拷贝性质粒DNA通常比宿主细胞的染质粒DNA可以在一个细菌细胞色体小得多中存在多个拷贝环状与线性的区别gDNA环状gDNA环状gDNA通常存在于细菌和真菌等原核生物中，形状类似于闭合的环状结构线性gDNA线性gDNA存在于真核生物中，结构呈线状，两端具有端粒，可以防止DNA在复制过程中缩短复制方式环状gDNA以滚环复制的方式复制，线性gDNA则以半保留复制的方式复制亚结构超螺旋结构DNA:超螺旋结构是DNA分子在自身空间中形成的一种特殊的三维结构这种结构是由DNA双螺旋链的扭曲和缠绕形成的超螺旋结构的形成可以分为正超螺旋和负超螺旋两种正超螺旋是指DNA双螺旋链比正常状态下更紧密地缠绕在一起，而负超螺旋是指DNA双螺旋链比正常状态下更松散地缠绕在一起超螺旋结构的存在可以帮助DNA分子更有效地压缩和存储遗传信息亚结构型DNA:Z DNAZ型DNA是DNA双螺旋结构的一种特殊形式它是一种左旋螺旋，与常见的右旋B型DNA结构不同Z型DNA的结构特点是磷酸骨架呈锯齿状排列，糖基部分在螺旋轴上交替排列Z型DNA的形成与DNA序列有关，富含GC碱基对的DNA片段更容易形成Z型结构Z型DNA在基因调控、DNA复制和修复等过程中可能发挥重要作用染色体DNA的组织形式真核生物染色体真核生物细胞的DNA紧密地包裹在蛋白质周围，形成染色体染色体是细胞分裂时可见的结构，负责遗传信息的传递核小体染色质的结构与功能

11.组成

22.结构染色质由DNA、组蛋白和非组染色质可以分为常染色质和异蛋白组成DNA缠绕在组蛋白染色质两种类型常染色质松上形成核小体，核小体进一步散，活跃转录；异染色质紧折叠成更高级的结构密，转录不活跃

33.功能

44.作用染色质的主要功能是包装和保染色质在细胞分裂过程中起重护DNA，并调控基因表达染要作用，确保DNA的复制和分色质的结构变化与基因表达密配到子细胞中切相关核仁的结构与功能核仁结构核仁功能核仁是细胞核内一个致密的球形结构，包含核仁组织区NOR和核仁的主要功能是合成rRNA并组装核糖体亚基核仁还参与其他核仁相关蛋白它与核糖体RNA rRNA的合成和核糖体亚基的组细胞活动，包括核糖体生物合成、RNA加工和核糖体运输装密切相关真核生物细胞核的结构真核细胞的核是细胞的控制中心，包含遗传物质DNA核的结构包含核膜、核仁、染色质和核基质核膜是双层膜结构，具有选择性通透性，控制物质进出核核仁是核内着色最深的结构，参与核糖体RNA的合成染色质是DNA和蛋白质的复合体，是遗传物质的主要载体核基质是核内的一种无定形物质，为核内各种结构提供支架原核生物细胞的组织形式DNA环状DNA核区原核生物的DNA通常为环状结原核细胞没有细胞核，DNA集中构，称为染色体在细胞质中的一个区域，称为核区蛋白质结合基因表达原核生物的DNA与蛋白质结合形原核生物的DNA上的基因可以被成紧密的结构，以确保遗传信息直接转录和翻译，实现基因表的稳定性达的重要生物学功能DNA遗传信息的载体蛋白质合成的模板基因表达的调控DNA包含着生命的所有遗传DNA编码着蛋白质的合成信DNA参与基因表达的调控，信息，决定了生物的性状和特息，作为遗传密码，指导蛋白控制基因的表达时机、程度和征，通过复制传递给后代质的合成过程，最终实现生命方式，从而影响生物体的生长功能发育和代谢过程对生命活动的意义DNA

11.遗传信息的载体

22.生命活动的指导者DNA包含着生物体的所有遗传DNA通过指导蛋白质的合成，信息，决定着生物的性状和特控制着细胞的生长、发育、代征谢和繁殖

33.生物进化的基础

44.生物技术的基础DNA的变异是生物进化的主要DNA技术在生物医药、农业、驱动力，推动着物种的演化和工业等领域有着广泛的应用，多样性为人类社会发展提供了巨大助力结论与展望DNA是生命的基本组成部分，它承载着遗传信息并指导生命活动对DNA结构和功能的深入研究为理解生命现象提供了基础，也为医学、农业和生物技术等领域带来了新的可能性。