《分子遗传学与基因表达》课件.ppt

分子遗传学与基因表达

课程目标和学习要求目标深入理解分子遗传学基本原理和基因表达调控机制，掌握相关研究方法和技术。要求认真学习课程内容，积极参与课堂讨论，完成作业和实验，并进行独立的文献阅读和思考。

分子遗传学的历史发展11869年瑞士生物学家弗里德里希·米歇尔发现DNA21944年艾弗里等证明DNA是遗传物质31953年沃森和克里克提出DNA双螺旋结构41961年尼伦伯格和马修发现第一个遗传密码子51977年桑格发明DNA测序法62003年人类基因组计划完成

DNA的发现历程1869年瑞士生物学家弗里德里希·米歇尔从细胞核中分离出一种新的物质，并命名为“核素”。1919年科学家费布里发现核素具有酸性，并将其命名为“脱氧核糖核酸”，即DNA。1928年格里菲斯通过肺炎链球菌的转化实验，证明DNA是遗传物质。

DNA双螺旋结构的提出11951年威尔金斯和富兰克林用X射线衍射技术拍摄了DNA的图像21953年沃森和克里克根据图像和相关数据，提出了DNA双螺旋结构模型

DNA的化学组成脱氧核糖一种五碳糖，是DNA骨架的重要组成部分。磷酸基团连接脱氧核糖形成DNA骨架，并赋予DNA酸性。碱基腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)，它们之间的配对关系决定了遗传信息的传递。

DNA的物理特性双螺旋结构两条反向平行的多核苷酸链，通过碱基配对形成双螺旋结构。右手螺旋DNA双螺旋的旋转方向为右手螺旋。反平行结构两条DNA链的走向相反，一条为5到3，另一条为3到5。碱基配对A与T配对，G与C配对，遵循碱基互补原则。

DNA的生物学功能1遗传信息的储存DNA分子中碱基的序列包含了生物体的遗传信息。2遗传信息的传递通过DNA复制，遗传信息从亲代传递给子代。3蛋白质合成的模板DNA中的遗传信息通过转录和翻译，最终指导蛋白质的合成。

RNA的类型和结构信使RNA(mRNA)携带遗传信息从DNA到核糖体，指导蛋白质合成。转运RNA(tRNA)将氨基酸运送到核糖体，参与蛋白质合成。核糖体RNA(rRNA)构成核糖体的一部分，参与蛋白质合成的过程。

RNA的生物学功能蛋白质合成mRNA携带遗传信息指导蛋白质合成，tRNA运送氨基酸，rRNA构成核糖体。基因表达调控一些非编码RNA参与基因表达调控，如microRNA。催化活性一些RNA具有催化活性，如核酶。

染色体的结构组成DNA包含了遗传信息，是染色体的主要组成部分。1蛋白质组蛋白和非组蛋白，参与染色体的结构和功能。2

染色质的结构特征1核小体DNA缠绕在组蛋白八聚体周围形成核小体，是染色质的基本结构单元。2染色质纤维核小体之间通过连接DNA连接起来，形成直径约为10纳米的染色质纤维。3高级结构染色质纤维进一步折叠和压缩，形成更高级的结构，最终形成染色体。

组蛋白修饰与基因表达乙酰化促进基因表达甲基化抑制或促进基因表达，取决于甲基化的位置和程度磷酸化促进基因表达泛素化抑制基因表达

DNA复制的基本原理1半保留复制每个子代DNA分子都包含一条来自亲代DNA的链，另一条是新合成的链。2双向复制DNA复制从多个起始点开始，双向进行。3半不连续复制一条链连续合成，另一条链片段合成，最后连接起来。

DNA复制的起始过程识别起始位点复制起始蛋白识别DNA上的起始位点，并与之结合。解旋解旋酶解开DNA双螺旋结构，形成复制叉。引物合成引物酶合成一段RNA引物，为DNA聚合酶提供起始点。

DNA复制的延伸过程DNA聚合酶DNA聚合酶以RNA引物为起点，沿着模板链合成新的DNA链。碱基配对DNA聚合酶根据模板链上的碱基，选择相应的互补碱基进行配对。延伸DNA聚合酶不断沿着模板链移动，合成新的DNA链。

DNA复制的终止机制复制叉相遇当两个复制叉相遇时，复制过程停止。RNA引物去除DNA聚合酶将RNA引物去除，并用DNA片段替换。DNA连接酶DNA连接酶将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子。

DNA复制的保真性1DNA聚合酶的校对功能DNA聚合酶可以识别并纠正复制过程中出现的错误。2修复系统细胞中存在多种DNA修复系统，可以修复复制过程中出现的损伤。

DNA修复机制概述1碱基切除修复针对单个碱基的损伤，通过切除受损碱基进行修复。2核苷酸切除修复针对较大的损伤，通过切除一段DNA片段进行修复。3错配修复系统针对复制过程中出现的碱基配对错误，进行修复。4重组修复机制针对双链断裂，通过同源重组进行修复。

碱基切除修复识别损伤DNA糖基化酶识别并切除受损的碱基。切除碱基DNA糖基化酶将受损的碱基从DNA链上切除。修复缺口DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶连接DNA片段。

核苷酸切除修复识别损伤核苷酸切除修复蛋白识别并结合到受损的DNA片段上。切除片段核酸内切酶将受损的DNA片段切除。合成修复DNA聚合酶填补缺