03332-《分子生物学》教案(精)

《分子生物学》教案(精)12024/1/24目录课程介绍与教学目标DNA结构与功能RNA结构与功能蛋白质结构与功能基因表达调控机制22024/1/24目录DNA重组与修复技术现代分子生物学研究方法和技术分子生物学在医学领域应用32024/1/24课程介绍与教学目标0142024/1/24研究生物大分子，特别是蛋白质和核酸的结构、功能、遗传信息传递与表达调控的科学。分子生物学的定义从DNA双螺旋结构的发现到基因组学、蛋白质组学等高通量技术的发展，分子生物学经历了飞速的发展。发展历程分子生物学定义及发展历程52024/1/2401知识目标掌握分子生物学的基本概念、原理和方法，了解最新研究进展。02能力目标能够运用分子生物学技术解决生物学问题，具备独立开展科研工作的能力。03素质目标培养创新思维和批判性思维，提高科学素养和综合素质。教学目标与要求62024/1/24包括基因与基因组、DNA复制与修复、转录与转录后加工、蛋白质合成与功能等核心内容，辅以实验操作和课堂讨论。采用平时成绩、期中考试和期末考试相结合的方式，注重过程性评价和结果性评价的结合。课程安排与考核方式考核方式课程安排72024/1/24DNA结构与功能0282024/1/2401DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链组成，形成右手螺旋结构。02碱基互补配对原则：A与T配对，G与C配对，通过氢键连接。03DNA双螺旋的直径约为2nm，螺距为3.4nm，相邻碱基对平面间距为0.34nm。DNA双螺旋结构模型92024/1/24DNA复制是半保留复制，即新合成的DNA分子中，一条链是旧的，一条链是新的。DNA复制需要DNA聚合酶、引物、模板、原料（dNTPs）等参与。复制过程包括起始、延伸和终止三个阶段，其中起始阶段需要引物合成。DNA复制过程及特点102024/1/24DNA损伤包括碱基错配、碱基缺失、DNA链断裂等。切除修复是最常见的修复方式，包括碱基切除修复和核苷酸切除修复两种。细胞具有多种DNA损伤修复机制，如直接修复、切除修复、重组修复等。重组修复涉及DNA分子间的遗传信息交换，主要用于修复双链断裂等严重损伤。DNA损伤修复机制112024/1/24RNA结构与功能03122024/1/24携带遗传信息，指导蛋白质合成。mRNA（信使RNA）与蛋白质结合形成核糖体，参与蛋白质合成。rRNA（核糖体RNA）识别并携带氨基酸，参与蛋白质合成。tRNA（转运RNA）如microRNA、siRNA等，具有调控基因表达等功能。其他非编码RNARNA种类及特点132024/1/24010203以DNA为模板，通过RNA聚合酶催化合成RNA的过程。转录包括5'端加帽、3'端加尾、内含子剪接等过程，使RNA成熟并具有功能。转录后加工通过转录因子等调控元件，控制基因转录的起始、延伸和终止。转录调控RNA合成过程及调控机制142024/1/24

RNA在基因表达中作用作为遗传信息的携带者RNA携带DNA中的遗传信息，并将其传递至蛋白质合成场所。参与蛋白质合成mRNA作为蛋白质合成的模板，tRNA携带氨基酸，rRNA构成核糖体参与蛋白质合成。调控基因表达非编码RNA如microRNA、siRNA等可通过与mRNA结合等方式，调控基因的表达水平。152024/1/24蛋白质结构与功能04162024/1/24根据侧链R基的不同，氨基酸可分为脂肪族、芳香族、杂环族等类型，共有20种常见氨基酸。氨基酸的种类氨基酸具有两性解离、等电点、紫外吸收等性质，对蛋白质的结构和功能有重要影响。氨基酸的性质氨基酸在体内可进行转氨基、脱氨基等代谢过程，参与蛋白质合成与分解，以及与能量代谢密切相关的过程。氨基酸的代谢蛋白质基本组成单位——氨基酸172024/1/24指蛋白质中氨基酸的排列顺序，是蛋白质空间构象的基础。一级结构蛋白质分子中局部主链的空间结构，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等。二级结构整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链每一原子的相对空间位置。三级结构由两条或两条以上的多肽链组成，每一条多肽链都有完整的三级结构。四级结构蛋白质四级结构特点182024/1/24酶是生物体内具有催化功能的蛋白质，可加速生物体内的化学反应。催化功能运输功能营养和储能功能如载体蛋白，血红蛋白，能与特定物质结合，通过血液运输到达指定的目标器官或组织。如动物肌肉中的肌蛋白，植物种子中的贮藏蛋白，可提供营养或储存能量。030201蛋白质功能多样性192024/1/24运动功能如肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白，参与肌肉收缩和舒张过程。免疫保护功能如抗体蛋白，能够识别并结合病原体，参与免疫反应。调节功能如激素蛋白，通过与靶细胞受体结合，调节生物体的生理活动。信号传导功能如膜受体蛋白，能将细胞外信号转化为细胞内信号，引发一系列生理反应。蛋白质功能多样性202024/1/24基因表达调控机制05212024/1/2403原核生物操纵子模型描述原核生物基因表达调控的一种模型，涉及操纵基因、调节基因和结构基因之间的相互作用。01转录水平调控通过特定转录因子与DNA序列相互作用，控制RNA聚合酶的转录活性。02翻译水平调控通过影响mRNA稳定性、翻译起始和延伸等过程，调节蛋白质合成。原核生物基因表达调控222024/1/24123真核生物转录因子识别并结合特定DNA序列，激活或抑制基因转录。转录因子与DNA相互作用通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，影响基因表达而不改变DNA序列。表观遗传学修饰microRNA是一类非编码RNA，通过与mRNA结合并抑制其翻译，实现对基因表达的负调控。microRNA调控真核生物基因表达调控232024/1/24在DNA特定位置添加甲基基团，影响转录因子结合和基因表达。DNA甲基化通过改变组蛋白的乙酰化、甲基化等状态，影响染色质结构和基因转录活性。组蛋白修饰女性细胞中两条X染色体之一发生表观遗传学修饰而失活，实现剂量补偿效应。X染色体失活表观遗传学在基因表达中作用242024/1/24DNA重组与修复技术06252024/1/24DNA重组技术原理通过酶学方法将不同来源的DNA片段连接在一起，形成新的DNA分子的技术。限制性内切酶能够识别并切割特定的DNA序列，而DNA连接酶则可以将具有相同或相似末端的DNA片段连接起来。利用DNA重组技术，将目的基因与载体DNA连接，导入宿主细胞进行扩增和表达，从而获得大量的目的基因产物。通过DNA重组技术，对缺陷基因进行修复或者替换，或者对特定基因进行编辑，以达到治疗疾病或改良生物性状的目的。限制性内切酶与DNA连接酶基因克隆与表达基因治疗与基因编辑DNA重组技术原理及应用262024/1/2401020304包括碱基错配、单链断裂、双链断裂、交联等。DNA损伤类型针对某些简单的DNA损伤，细胞可以通过直接修复的方式，利用特定的酶将损伤部位直接修复。直接修复对于较为复杂的DNA损伤，细胞会采用切除修复的方式，先将损伤部位切除，然后通过DNA合成和连接酶的作用，将缺口补齐。切除修复在某些情况下，细胞会利用未损伤的DNA链作为模板，通过重组的方式将损伤链修复。重组修复DNA损伤类型及修复策略272024/1/24人类基因组计划与意义人类基因组计划旨在测定人类基因组的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息，破译人类生命密码的国际性科学工程。遗传性疾病研究通过人类基因组计划，可以更加深入地了解遗传性疾病的发病机制，为疾病的预防、诊断和治疗提供新的思路和方法。药物研发与个性化医疗人类基因组计划为药物研发提供了重要的靶点和工具，有助于实现个性化医疗和精准治疗。生物进化与人类起源研究通过对人类基因组的深入研究，可以揭示生物进化的奥秘和人类起源的秘密，对于理解生命的本质和意义具有重要的科学价值。282024/1/24现代分子生物学研究方法和技术07292024/1/24PCR（聚合酶链式反应）是一种在体外快速扩增特定DNA片段的技术。它利用DNA聚合酶的酶促反应，以一对特异性引物为引导，通过变性、退火和延伸三个基本步骤的循环，实现DNA片段的指数级扩增。PCR技术原理PCR技术在分子生物学研究中具有广泛应用，如基因克隆、DNA测序、突变分析、基因表达分析等。此外，PCR技术还在法医学、临床诊断、生物技术等领域发挥重要作用，如病原体检测、遗传病诊断、DNA指纹鉴定等。PCR技术应用PCR技术原理及应用302024/1/240102目的基因的获取通过PCR扩增、化学合成或从基因组DNA/cDNA文库中获取目的基因片段。载体的选择根据实验需求选择合适的载体，如质粒、噬菌体或病毒载体等。目的基因与载体的连接通过限制性内切酶切割载体和目的基因，然后使用连接酶将二者连接起来，形成重组DNA分子。重组DNA分子的转化与…将重组DNA分子转化入宿主细胞（如细菌或酵母），通过选择性培养基筛选含有重组DNA分子的细胞克隆。克隆的鉴定与保存对筛选到的细胞克隆进行鉴定，确认目的基因已成功整合到载体中，并保存阳性克隆用于后续实验。030405基因克隆技术流程312024/1/24高通量测序技术及应用领域高通量测序技术（又称下一代测序技术）是一种能够同时对数百万至数十亿个DNA分子进行测序的技术。它采用边合成边测序或边连接边测序的原理，通过大规模并行反应和自动化样品处理，实现对海量DNA数据的快速、准确测序。高通量测序技术原理高通量测序技术在基因组学、转录组学、表观遗传学等领域具有广泛应用。例如，它可以用于全基因组测序、基因表达谱分析、单核苷酸多态性（SNP）检测、非编码RNA研究等。此外，高通量测序技术还在临床医学、生物技术产业和生物多样性研究等领域发挥重要作用。高通量测序技术应用领域322024/1/24分子生物学在医学领域应用08332024/1/24基因诊断利用特异性基因标记或基因表达谱分析，对遗传性疾病进行精确诊断，如囊性纤维化、镰状细胞贫血等。基因突变筛查通过分子生物学技术，如PCR、基因测序等，对特定基因突变进行筛查，实现遗传性疾病的早期诊断和治疗。基因治疗通过基因编辑技术，如CRISPR-Cas9等，对缺陷基因进行修复或替换，为遗传性疾病的治疗提供新的策略。遗传性疾病诊断和治疗策略342024/1/24肿瘤基因突变研究利用分子生物学技术，对肿瘤相关基因进行突变筛查和分析，揭示肿瘤发生发展的分子机制。肿瘤标志物检测通过检测肿瘤特异性标志物，如癌基因、抑癌基因等，实现肿瘤的早期诊断和个性化治疗。肿瘤免疫治疗利用分子生物学技术，研究肿瘤免疫逃逸机制和免疫激活策略，