《生物化学》第六章核酸教学课件

《生物化学》第六章核酸教学课件contents目录核酸概述与分类DNA结构与性质RNA结构与性质核酸合成与降解途径基因突变与修复机制核酸在生物技术中应用总结与展望01核酸概述与分类0102核酸定义及功能核酸在生物体内具有多种功能，包括遗传信息的储存、传递和表达，以及参与生物体内多种代谢过程。核酸是生物体内重要的生物大分子，由核苷酸组成，携带遗传信息。

核酸分类：DNA与RNADNA（脱氧核糖核酸）是生物体内主要的遗传物质，存在于细胞核中，以双链螺旋结构存在。RNA（核糖核酸）在生物体内主要参与蛋白质的合成，存在于细胞质中，以单链结构存在。DNA与RNA在化学组成、结构和功能上存在差异，如DNA含有脱氧核糖而RNA含有核糖，DNA为双链而RNA为单链等。核酸在生物进化中具有重要意义，通过突变、基因重组等方式实现生物多样性的产生和维持。核酸还参与生物体内多种代谢过程，如蛋白质合成、能量代谢等，对于维持生物体正常生理功能具有重要作用。核酸是生物体内最重要的遗传物质，携带了生物体的全部遗传信息，对于生物体的生长、发育和繁殖具有决定性作用。核酸在生物体内重要性02DNA结构与性质由两条反向平行的多核苷酸链组成，以右手螺旋方式盘绕而成。DNA双螺旋结构的基本特征腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对。DNA的碱基互补配对DNA双螺旋结构模型碱基互补配对原则01在DNA双链中，A与T通过两个氢键形成碱基对，G与C通过三个氢键形成碱基对。这种互补配对保证了DNA双链的稳定性和遗传信息的准确性。碱基堆积力02相邻碱基之间由于电子云的重叠而产生的相互作用力，有助于维持DNA双螺旋结构的稳定性。离子键和氢键的作用03DNA分子中的磷酸基团带有负电荷，可以与溶液中的阳离子形成离子键。同时，碱基之间的氢键也是维持DNA双螺旋结构稳定性的重要因素。DNA碱基配对原则拓扑异构现象DNA在复制、转录等过程中，会发生拓扑结构的变化，如链的断裂、重连等。这些变化会导致DNA拓扑异构体的形成，如环状DNA、超螺旋DNA等。DNA超螺旋当DNA双链围绕自身轴心旋转时，会产生超螺旋现象。超螺旋可以是正超螺旋或负超螺旋，取决于DNA链的旋转方向。拓扑异构酶的作用拓扑异构酶是一类能够催化DNA拓扑异构体之间相互转换的酶。它们通过切断DNA链并重新连接，从而改变DNA的拓扑结构，保证DNA的正常生理功能。DNA超螺旋和拓扑异构现象03RNA结构与性质三叶草形状含有稀有碱基反密码环TψC环tRNA三叶草结构特点01020304tRNA的二级结构呈三叶草形状，由三个环和四个臂组成。tRNA分子中含有一些稀有碱基，如双氢尿嘧啶、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤等。含有反密码子，可与mRNA上的遗传密码进行碱基互补配对。此环含有保守的TψC序列，可能与核糖体的结合有关。123肽酰转移酶是催化肽键形成的酶，一般认为肽酰转移酶活性部位是由rRNA组成的。具有肽酰转移酶的活性核糖体上通过rRNA为tRNA提供结合位点，以便携带氨基酸进入核糖体进行肽链的合成。为tRNA提供结合位点rRNA与核糖体蛋白共同组成核糖体，参与蛋白质的生物合成过程。参与蛋白质合成过程rRNA组成及功能帽子结构真核生物mRNA的5’端通常具有帽子结构，即7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7GTP）通过5’,5’-三磷酸盐桥与mRNA的5’端相连。帽子结构在mRNA的稳定性和蛋白质翻译起始中起重要作用。尾巴修饰某些mRNA的3’端具有多聚腺苷酸尾巴，即poly(A)尾。Poly(A)尾通常由数百个腺苷酸残基组成，通过影响mRNA的稳定性和翻译过程来调节基因表达。内部修饰除了帽子和尾巴外，mRNA分子内部还可能发生其他修饰，如甲基化、假尿嘧啶化等。这些修饰可能影响mRNA的结构和功能，从而调节基因表达。mRNA帽子结构和尾巴修饰04核酸合成与降解途径03DNA复制的酶学DNA聚合酶、DNA连接酶、拓扑异构酶等。01DNA复制的基本过程解旋、引物合成、链的延长、链的终止与释放。02DNA复制的特点半保留复制、半不连续复制、高度忠实性。DNA复制过程及特点RNA转录的特点模板链的选择性、转录的不对称性、转录后加工。RNA转录的调控机制转录因子的作用、启动子的识别与结合、增强子与沉默子的调控等。RNA转录的基本过程启动、延伸、终止。RNA转录过程及调控机制核酸降解的作用机制水解磷酸二酯键、切割DNA或RNA链。核酸降解的生物学意义维持细胞内核酸水平恒定、参与基因表达调控等。核酸降解酶类核酸内切酶、核酸外切酶、核酸酶等。核酸降解酶类及其作用机制05基因突变与修复机制倒位DNA片段颠倒后重新插入原位置，改变基因排列顺序。碱基替换DNA分子中单个或多个碱基被其他碱基替换，导致遗传信息改变。插入或缺失DNA链中插入或缺失一个或多个碱基对，引起移码突变。重复DNA片段在基因组中重复出现，可能导致基因表达异常。产生原因包括环境因素（如辐射、化学物质）和内部因素（如DNA复制错误、酶缺陷）等。基因突变类型及产生原因DNA损伤修复途径和方法通过特定酶识别和切除损伤部位，以正常碱基替换损伤碱基。将损伤部位上下游的序列切除，再以正常链为模板合成新链。利用未损伤的同源DNA序列作为模板，通过重组方式修复损伤。识别和纠正DNA复制过程中产生的碱基错配，保持基因完整性。直接修复切除修复重组修复错配修复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。人类基因组计划揭示人类生命活动规律，为疾病诊断和治疗提供科学依据；推动生物医药产业发展；促进人类对自身的认识和理解。意义人类基因组计划和意义06核酸在生物技术中应用突变分析和基因多态性研究应用领域PCR技术原理：通过特定的引物和DNA聚合酶，在体外特异性扩增DNA片段。DNA片段克隆和测序病原微生物检测和诊断PCR技术原理及应用领域0103020405基因克隆策略选择合适的宿主细胞和载体构建重组DNA分子基因克隆策略和方法转化宿主细胞并筛选阳性克隆基因克隆方法限制性内切酶消化和连接酶连接法基因克隆策略和方法同源重组法位点特异性重组法基因克隆策略和方法病原微生物防控和生物安全农作物遗传改良和动物育种基因功能研究和基因治疗CRISPR-Cas9技术原理：利用CRISPR序列和Cas9蛋白组成的复合体，在特定位置切割DNA双链，引发细胞修复机制实现基因编辑。应用领域基因编辑技术：CRISPR-Cas9系统07总结与展望遗传信息的传递与表达阐明DNA作为遗传信息的载体，以及RNA在遗传信息表达中的关键作用。分子生物学技术的建立与发展基于核酸研究的分子生物学技术，如PCR、基因克隆、测序等，极大地推动了生命科学领域的发展。核酸的发现与结构解析从19世纪中叶开始对核酸的研究，到20世纪上半叶确定其化学组成和双螺旋结构。核酸研究历史回顾核酸作为生命活动的重要分子，在解析复杂生命现象时仍面临诸多挑战。复杂生命现象的解析随着基因组编辑技术的发展，如何合理应用并避免伦理问题成为当前研究的热点。基因组编辑与伦理问题深入了解病毒核酸与宿主细胞的相互作用，为病毒感染的防控和治疗提供新思路。病毒感染与免疫应答当前存在问题和挑战01基于核酸研究的精准