《yxr,DNA分子的结构》课件

《分子的结构》DNA了解DNA分子的结构，是深入理解生命科学的基础本课程将带您探索DNA的发现历史、化学组成、双螺旋结构、复制过程、遗传信息传递以及与生命活动的关系，并探讨其在医学领域的应用的发现历史DNA早期研究重大突破1869年，瑞士化学家弗里德里希·米歇尔首次分离出DNA，1944年，美国生物学家奥斯瓦尔德·艾弗里等人证明DNA是并将其命名为“核素”遗传物质1928年，英国细菌学家弗雷德里克·格里菲斯发现了一种可1953年，美国生物学家詹姆斯·沃森和英国物理学家弗朗西以使无毒细菌转化为有毒细菌的物质斯·克里克提出了DNA双螺旋结构模型，揭开了遗传物质的奥秘分子组成DNA脱氧核糖核酸基本组成单元DNA的英文全称是DNA分子由脱氧核糖、磷酸Deoxyribonucleic acid，中基团和四种碱基组成四种文名为脱氧核糖核酸它是碱基分别是腺嘌呤（A）、构成染色体的主要成分，携鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）带遗传信息和胸腺嘧啶（T）双螺旋结构DNA分子呈双螺旋结构，两条反向平行的脱氧核苷酸链互相缠绕形成螺旋状碱基位于螺旋的内侧，通过氢键配对连接两条链核酸的化学结构核酸的定义核酸的类型核酸是生物体内重要的生物大分子，由核苷酸单体连接而核酸主要分为两类脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸成的长链聚合物，是生命遗传信息的载体（RNA）DNA主要存在于细胞核中，RNA则广泛分布于细胞质中核酸的组成基本单元核苷酸1核苷酸是核酸的基本组成单元核苷2核苷由一个五碳糖和一个含氮碱基组成五碳糖3五碳糖是核苷酸的糖类成分，DNA中是脱氧核糖，RNA中是核糖含氮碱基4含氮碱基是核苷酸的碱性成分，包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）核酸的碱基配对A-T G-C腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间间形成两个氢键形成三个氢键分子的双螺旋结构DNA两条反向平行链1两条脱氧核苷酸链互相缠绕形成螺旋状碱基位于内侧2碱基位于螺旋的内侧，通过氢键配对连接两条链磷酸骨架在外侧3磷酸骨架位于螺旋的外侧，构成DNA分子的主链双螺旋模型的建立过程DNA11951年，沃森和克里克开始研究DNA结构21952年，他们利用了弗兰克林的X射线衍射照片31953年，沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型，并发表在《自然》杂志上双螺旋结构的特点DNA反向平行碱基配对两条脱氧核苷酸链方向相反，腺嘌呤（A）总是与胸腺嘧啶一条链从5端到3端，另一条（T）配对，鸟嘌呤（G）总链从3端到5端是与胞嘧啶（C）配对螺旋结构两条链互相缠绕形成螺旋状，每个螺旋包含约10个碱基对分子结构和遗传信息的关DNA系遗传信息DNA分子上的碱基序列包含了遗传信息，指导蛋白质的合成基因基因是DNA分子上具有特定遗传功能的片段，包含编码蛋白质或RNA的序列分子的复制过程DNA12解旋引物合成DNA双螺旋结构解开，形成两条单引物酶在模板链上合成引物，为链DNA聚合酶提供起始位点34延伸连接DNA聚合酶沿着模板链移动，以引DNA连接酶将新合成的片段连接起物为起点，按照碱基配对原则合成来，形成完整的DNA分子新的子链复制的基本原理DNA半保留复制碱基配对原则每个新合成的DNA分子包含DNA复制过程中，新合成的一条来自亲本链和一条新合链上的碱基按照碱基配对原成的链，因此被称为半保留则与模板链上的碱基配对复制方向性DNA复制的方向是从5端到3端，即新链的延伸方向是从5端向3端进行复制的效率和准确性DNA高效率高准确性DNA复制过程非常高效，在短时间内可以复制整个基因组，DNA复制过程非常准确，复制错误率非常低，保证了遗传保证遗传信息的传递信息的稳定性复制的参与者DNADNA聚合酶解旋酶引物酶DNA连接酶DNA聚合酶负责催化新链的解旋酶负责解开DNA双螺旋引物酶负责合成引物，为DNA连接酶负责将新合成的合成结构DNA聚合酶提供起始位点片段连接起来复制的过程DNA1解旋酶解开DNA双螺旋结构引物酶合成引物23DNA聚合酶沿着模板链移动，合成新的子链4DNA连接酶连接新合成的片段，形成完整的DNA分子复制的控制机制DNA起始位点DNA复制从特定的起始位点开始，保证复制过程的有序进行复制起点每个DNA分子只有一个复制起点，保证每个DNA分子只复制一次复制方向DNA复制的方向是由引物酶决定的，保证复制过程的正确进行复制错误及其校正DNA错误率校正机制修复酶DNA复制过程中，DNA聚合酶会DNA复制过程中存在校正机制，校正机制涉及多种修复酶，例如犯一些错误，导致碱基配对错误可以识别和修复复制错误，保证DNA聚合酶的3→5外切酶活复制的准确性性复制与细胞分裂的关系DNA细胞分裂DNA复制细胞分裂是生物体生长和发育的基础，也是遗传信息传递细胞分裂前必须进行DNA复制，以保证每个子细胞获得完的关键环节整的遗传信息遗传信息的传递中心法则1中心法则描述了遗传信息的传递过程DNA→RNA→蛋白质转录2DNA上的遗传信息被转录成RNA翻译3RNA上的遗传信息被翻译成蛋白质遗传信息的转录过程起始1RNA聚合酶识别启动子，并结合到DNA上，开始转录延伸2RNA聚合酶沿着模板链移动，合成RNA分子终止3RNA聚合酶遇到终止信号，停止转录，释放RNA分子转录的起始、延伸和终止起始延伸RNA聚合酶识别启动子，并结合RNA聚合酶沿着模板链移动，合到DNA上，开始转录成RNA分子终止RNA聚合酶遇到终止信号，停止转录，释放RNA分子转录后加工123加帽加尾剪接在RNA的5端添加一个帽子结构，保护在RNA的3端添加一个多聚腺苷酸尾巴，去除RNA分子中的内含子，连接外显RNA不被降解保护RNA不被降解子，形成成熟的mRNA遗传信息的翻译过程起始延伸核糖体识别mRNA的起始密核糖体沿着mRNA移动，读码子，并与之结合取密码子，并根据密码子招募相应的tRNA，将氨基酸连接到肽链上终止核糖体遇到终止密码子，停止翻译，释放蛋白质翻译的起始、延伸和终止1起始核糖体识别mRNA的起始密码子，并与之结合2延伸核糖体沿着mRNA移动，读取密码子，并根据密码子招募相应的tRNA，将氨基酸连接到肽链上终止核糖体遇到终止密码子，停止翻译，释放蛋白3质核糖体的结构和功能结构核糖体由两个亚基组成大亚基和小亚基大亚基包含三个结合位点，分别用于结合mRNA、tRNA和肽链功能核糖体负责翻译mRNA上的遗传信息，合成蛋白质它就像一个蛋白质合成工厂，在mRNA的引导下，将氨基酸连接成肽链，最终形成蛋白质氨基酸的引入和肽键的形成密码子tRNAtRNA是一种转运RNA，负mRNA上的每个密码子对应责将氨基酸运送到核糖体一个特定的氨基酸肽键在核糖体的催化下，相邻的氨基酸之间形成肽键，连接成肽链蛋白质的折叠和后期修饰折叠修饰蛋白质合成完成后，会根据氨基酸序列进行折叠，形成特蛋白质合成后，还会进行一些后期修饰，例如糖基化、磷定的三维结构酸化等，以改变蛋白质的活性蛋白质的运输和定位内质网高尔基体溶酶体蛋白质在内质网中进行折叠和修饰蛋白质在高尔基体中进行进一步加工蛋白质在溶酶体中被降解和分类遗传信息的调控基因表达1基因表达是指将遗传信息从DNA转录成RNA，再翻译成蛋白质的过程调控2基因表达受到严格的调控，保证蛋白质的合成适时适量机制3基因表达的调控机制包括转录调控、翻译调控、蛋白质降解调控等基因表达的调控机制转录因子蛋白质降解microRNA转录因子可以结合到DNA上，调节基microRNA可以与mRNA结合，抑制翻蛋白质降解可以清除不需要的蛋白质，因的转录译调节蛋白质的水平基因表达的时间调控昼夜节律1发育阶段2应激反应3基因表达的空间调控细胞类型不同类型的细胞表达不同的基因，形成不同的组织和器官位置同一细胞内，不同位置的基因表达也不同，例如细胞核和细胞质基因表达的环境调控营养物质温度营养物质可以影响基因的表温度可以影响基因的表达，达，例如葡萄糖可以促进胰例如高温可以诱导热休克蛋岛素基因的表达白基因的表达药物药物可以影响基因的表达，例如抗生素可以抑制细菌的蛋白质合成损伤及其修复机制DNA损伤修复机制DNA分子可以受到各种因素细胞拥有多种修复机制，可的损伤，例如紫外线照射、以识别和修复DNA损伤化学物质等修复酶修复机制涉及多种修复酶，例如核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等核酸损伤的类型碱基损伤链断裂交联碱基发生化学修饰或断裂DNA链断裂，造成遗传信息的丢失DNA链之间或DNA链与蛋白质之间形成交联，阻碍DNA的复制和转录核酸损伤的检测和修复12检测修复细胞内存在专门的检测机制，可以识修复机制根据损伤的类型选择相应的别DNA损伤修复途径，例如碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复等3修复酶修复机制涉及多种修复酶，例如核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等核酸损伤修复的重要性遗传稳定性DNA损伤修复可以保证遗传信息的稳定性，防止基因突变细胞生存DNA损伤修复可以保护细胞免受损伤，维持细胞的正常功能疾病预防DNA损伤修复可以预防一些与DNA损伤相关的疾病，例如癌症医学中的应用DNADNA测序技术DNA鉴定技术DNA测序技术可以确定DNA的碱基序列，为疾病诊断、药物研DNA鉴定技术可以确定个体的遗传身份，广泛应用于亲子鉴定、发等提供依据法医鉴定等基因工程技术基因治疗基因工程技术可以对基因进行改造，用于生产药物、治疗疾病基因治疗可以利用基因工程技术治疗遗传性疾病或其他疾病等测序技术DNA原理应用DNA测序技术可以确定DNA DNA测序技术广泛应用于疾的碱基序列，原理是利用酶病诊断、药物研发、生物进切、扩增、测序等技术，将化研究、法医鉴定等领域DNA片段分成多个短片段，并确定每个片段的碱基序列发展DNA测序技术不断发展，成本不断降低，速度不断提高，促进了生命科学的快速发展鉴定技术DNA原理应用DNA鉴定技术是利用个体之间DNA序列的多态性，进行个DNA鉴定技术广泛应用于亲子鉴定、法医鉴定、身份识别体识别的方法它利用的是短串联重复序列STR的多态等领域性，通过对STR的长度和片段大小进行比对，可以确定个体的遗传身份基因工程技术基因克隆将目标基因从供体生物中分离出来，并将1其插入载体中，形成重组DNA分子2基因转入将重组DNA分子转入受体生物中，使受体生物获得目标基因基因表达目标基因在受体生物中表达，产生新的蛋3白质或改变原有的性状基因治疗原理基因治疗是利用基因工程技术治疗遗传性疾病或其他疾病，主要是将正常的基因导入患者的细胞，以纠正或替代缺陷基因，从而达到治疗目的方法基因治疗的方法主要有病毒载体法、非病毒载体法、基因编辑等应用基因治疗可以用于治疗遗传性疾病，例如囊性纤维化、血友病、杜氏肌营养不良症等，以及一些癌症、感染性疾病等总结与展望DNA是生命遗传信息的载体，其结构、功能、复制、转录和翻译等方面都具有重要的生物学意义随着科技的进步，DNA在医学、农业、环境保护等领域将发挥越来越重要的作用。