《分子生物学》课件

分子生物学探索生命的分子密码从到蛋白质，从基因到基因组DNA分子生物学的重要里程碑年19531和发现双螺旋结构Watson CrickDNA年19662遗传密码破译完成年19833发明技术Kary Mullis PCR年20034人类基因组计划完成细胞的分子基础核酸蛋白质遗传信息的载体脂质结构与功能的主要承担者膜结构的基础水碳水化合物占以上3能量来源70%生物大分子的结构与功能蛋白质催化反应信号传导结构支持核酸信息存储遗传信息传递基因表达调控脂质细胞膜组成能量储存信号分子多糖能量储备细胞识别结构支持的结构DNA双螺旋特征碱基配对原则右手螺旋配对，形成两个氢键A T直径纳米配对，形成三个氢键2G C每转个碱基对反平行链方向

10.5大沟和小沟交替出现→方向确定53的理化性质DNA吸光特性处吸光最强260nm变性特性高温使双链分离复性特性缓慢冷却可重新结合密度特性左右

1.7g/cm³真核与原核基因组基本结构原核生物环状DNA无膜包被大小约1-5Mb真核生物线性染色体核膜包裹大小可达数Gb质粒小型环状DNA独立复制非必需基因染色质的层次结构染色体1有丝分裂时可见环状结构环结构30-300kb纤维30nm核小体堆积形成核小体4缠绕组蛋白八聚体DNA双螺旋DNA5基本遗传物质的种类与功能RNA信使转运核糖体非编码RNA mRNA RNA tRNA RNA rRNARNA携带蛋白质编码信息转运氨基酸构成核糖体主要成分调控基因表达从到蛋白质的中间物质识别密码子催化肽键形成包括、等DNA miRNAlncRNA复制概述DNA终止与连接链延长移除引物RNA引物合成聚合酶添加脱氧核苷酸DNA复制起始连接酶连接片段DNA聚合酶合成引物RNA方向延伸→53解旋酶打开双链提供末端羟基3起始蛋白质结合原核生物复制机制DNA复制起点OriC富集区域AT链解开和解旋酶活性DnaA引物合成引发酶作用聚合DNA聚合酶延伸DNA III连接连接酶连接片段真核生物复制机制DNA真核复制起点多，细胞周期严格调控多种聚合酶协同工作，复制泡融合形成新链损伤与修复DNA损伤类型修复机制关键酶蛋白/碱基错配错配修复MutS,MutL碱基修饰碱基切除修复糖苷酶DNA双链断裂非同源末端连接Ku70/80嘧啶二聚体核苷酸切除修复UvrABC基因和基因组的现代定义经典基因概念一个基因一个酶分子基因概念2编码一条多肽的序列DNA现代基因概念3含调控区的功能转录单位基因组概念生物体完整遗传信息中心法则DNA遗传信息存储RNA信息传递媒介蛋白质执行生物功能例外逆转录病毒→RNA DNA反向信息流蛋白质结构决定选择性剪接RNA转录基本过程启动延长聚合酶结合启动子新链从合成→RNARNA532释放终止4与模板分离终止信号识别RNA DNA原核生物转录调控操纵子抑制状态操纵子激活状态Lac Lac无乳糖时有乳糖时阻遏蛋白结合操作子乳糖结合阻遏蛋白阻止聚合酶转录阻遏蛋白构象改变RNA聚合酶可正常转录RNA真核生物转录调控启动子增强子沉默子转录起始位点附近远距离激活转录抑制基因表达含盒等顺式元组织特异性表达招募抑制蛋白TATA件转录因子调控基因表达结合与激活区DNA加工与修饰RNA12加帽剪接端加帽去除内含子5G3加尾端加尾3PolyA非编码的生物学功能RNAmiRNA核苷酸小22RNA抑制翻译mRNAsiRNA干扰RNA靶向降解mRNAlncRNA长非编码RNA染色质修饰piRNA生殖细胞特异表达转座子抑制翻译过程概述起始起始复合物形成核糖体识别起始密码子延长氨酰结合位tRNA A肽键形成、移位终止终止密码子进入位A释放因子结合释放多肽链释放核糖体亚基分离核糖体结构与功能大亚基小亚基结合位点tRNA催化肽键形成结合位氨酰进入mRNA AtRNA含肽基转移酶活性确保密码子正确读取位肽基位置P tRNA位离开E tRNA蛋白质的结构与修饰四级结构1多个亚基组合三级结构2空间折叠构象二级结构3螺旋、折叠αβ一级结构氨基酸序列基因表达调控的层次染色质水平1甲基化、组蛋白修饰DNA转录水平2转录因子、增强子加工水平RNA选择性剪接、稳定性RNA翻译水平调控、帽依赖性起始miRNA蛋白质水平5翻译后修饰、降解调控表观遗传学基础甲基化组蛋白修饰DNA胞嘧啶位置添加甲基赖氨酸乙酰化激活转录C5常出现在岛赖氨酸甲基化抑制转录CpG通常抑制基因表达组蛋白密码可遗传给子代染色质开放或压缩真核染色质重塑与基因调控染色质重塑复合物组蛋白修饰酶家族乙酰化酶去乙酰化酶SWI/SNF/改变组蛋白相互作用甲基化酶去甲基化酶-DNA/依赖性活动改变染色质状态ATP染色体构象拓扑相关结构域TAD长距离增强子启动子互作-三维基因组结构可动遗传因子转座子转座子反转录转座子DNA可移动序列剪切粘贴机制复制粘贴机制DNA--发通过中间体转座通过中间体转座Barbara McClintockDNA RNA现进化意义基因组可塑性新基因产生基因突变及其分子基础点突变单个碱基改变插入缺失片段增减/DNA框移突变阅读框改变单核苷酸多态性，人群频率SNP1%重组与基因重排DNA断裂DNA双链断裂形成适当位点识别同源序列搜索介导RecA/Rad51链交换与侵入合成与解析DNA新链合成DNA结构解析Holliday免疫球蛋白基因重排重组VDJ产生抗体多样性质粒和病毒DNA噬菌体基因组逆转录病毒线性或环状基因组DNA/RNARNA专一性感染细菌含反转录酶质粒特征应用价值环状双链基因工程载体DNA独立复制抗生素抗性231分子杂交技术杂交杂交Southern Northern检测特定序列检测特定序列DNA RNA片段固定于膜上固定于膜上DNA RNA标记探针杂交标记探针杂交DNA表达量分析RNA扩增技术PCR变性退火变性双链引物结合95°C DNA50-60°C2循环延伸重复次30-40聚合酶合成72°C指数级扩增基因克隆与表达载体目的基因制备酶切连接1扩增或酶切限制性内切酶处理连接酶作用PCR DNA转化筛选重组质粒导入宿主抗性和蓝白筛选基因编辑技术简述设计引导RNA靶向目标序列DNA切割Cas9产生双链断裂细胞修复非同源末端连接或同源重组基因修饰敲除或精确编辑基因芯片与高通量测序技术基因芯片第二代测序第三代测序检测基因表达桥式扩增单分子实时测序PCR基于杂交原理边合成边测序长读长优势蛋白质组学与蛋白鉴定干扰与基因沉默RNA产生siRNA酶切割双链Dicer RNA形成片段21-23nt复合物装配RISC与蛋白结合siRNA Argonaute形成诱导沉默复合物RNA靶标识别引导结合互补RISC mRNA精确识别靶序列降解mRNA切割靶mRNA翻译抑制单细胞分子生物学单细胞基因组测序单细胞转录组检测体细胞突变细胞类型鉴定肿瘤异质性分析基因表达异质性细胞谱系追踪发育轨迹重建单细胞多组学基因型表型联合分析-表观遗传与转录关联空间组学分子分型与分子诊断分型分析产前诊断肿瘤分子分型STR SNP短串联重复序列单核苷酸多态性无创检测驱动基因突变DNA法医鉴定疾病易感性胎儿染色体异常药物靶点筛选DNA分子生物学在医学中的应用肿瘤分子分型靶向药物基因治疗个体化治疗特异性结合靶点纠正基因缺陷预后预测减少副作用递送功能基因分子生物学在农业与环境中的应用转基因作物基因工程微生物抗虫棉花（棉花）石油降解菌Bt抗除草剂大豆农业用生物肥料高产水稻重金属富集菌防褐变苹果生物传感系统人类基因组计划亿30碱基对人类基因组总量万2蛋白编码基因比预期少得多年13项目耗时年1990-2003亿27美元项目总投入基因工程伦理与生物安全分子生物学常用数据库GenBank UniProtPDB核酸序列数据库蛋白质序列数据库蛋白质结构数据库美国维护蛋白功能注释结构查询NCBI3DGEO基因表达数据库高通量数据存储分子生物学的未来发展趋势合成生物学精准医学人工基因组设计基因组指导治疗生物元件标准化药物反应预测创造新型生物系统疾病风险评估多组学整合人工智能应用基因组转录组蛋白组蛋白质结构预测--系统生物学方法药物设计疾病分子网络基因组数据挖掘重要分子生物学术语汇总基因组生物体完整序列DNA转录组所有转录产物RNA蛋白质组所有蛋白质集合表观组所有表观遗传修饰常用分子生物学实验设计思路实验策略科学问题选择合适技术明确研究目标对照设计阴性与阳性对照5数据分析重复验证统计学评估三次独立重复分子生物学经典文献与奖项年份获奖者成果双螺旋结构1962Watson,Crick,DNAWilkins测序技术1980Berg,Gilbert,DNASanger技术发明1993MullisPCR基因编辑2020Doudna,CRISPRCharpentier分子生物学学习资源推荐经典教材网络课程学术期刊《细胞分子生物学》生物信息学专项子刊Coursera Nature《基因》分子生物学基础系列edX CellPress课程总结与展望核心知识蛋白质中心法则DNA-RNA-技术方法、测序、克隆等基本技能PCR实际应用医学、农业和环境科学未来方向跨学科整合与前沿突破。