基础生物化学第101dna章

基础生物化学第101dna章DNA结构与性质DNA复制与修复DNA转录与调控DNA损伤与修复机制DNA重组与进化意义实验方法与技术手段contents目录01DNA结构与性质碱基对与碱基堆积碱基之间通过氢键形成碱基对，碱基的疏水面相互堆积。DNA的直径与螺距DNA双螺旋的直径约为2nm，螺距为3.4nm。DNA双螺旋结构模型由两条反向平行的多核苷酸链组成，形成右手螺旋结构。DNA双螺旋结构A-T、G-C配对在DNA双螺旋结构中，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对。碱基互补配对的意义保证了DNA复制和转录的准确性。碱基互补配对原则

DNA超螺旋现象DNA超螺旋的定义DNA双螺旋本身进一步扭曲盘绕所形成的三级结构。正超螺旋与负超螺旋当DNA双螺旋的螺旋数过多时，形成正超螺旋；反之，则形成负超螺旋。超螺旋的生物学意义与DNA的复制、转录、重组等生物过程密切相关。DNA具有高粘度、高弹性、高韧性等物理性质。DNA的物理性质DNA由磷酸、脱氧核糖和碱基组成，具有磷酸酯键和糖苷键等化学键。此外，DNA还具有酸碱两性和紫外吸收等化学性质。DNA的化学性质DNA物理性质及化学性质02DNA复制与修复半保留复制定义DNA在复制过程中，每条新合成的子链与模板链形成双链，而子链的合成是以模板链为模板进行的，这种方式被称为半保留复制。复制过程在DNA复制过程中，双链DNA在解旋酶的作用下解开成两条单链，每条单链作为模板合成新的互补链。新合成的子链与模板链通过碱基互补配对形成新的双链DNA。复制特点半保留复制保证了DNA复制的准确性和高效性，同时避免了由于错误复制导致的遗传信息丢失或改变。半保留复制机制在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶只能沿5'→3'方向合成子链，因此后随链的合成是不连续的，形成的片段被称为冈崎片段。冈崎片段定义连接酶是一种能够将DNA片段连接起来的酶，它在DNA复制过程中负责将冈崎片段连接起来，形成完整的后随链。连接酶通过识别并连接相邻的冈崎片段的黏性末端，使后随链得以延伸和完成。连接酶作用冈崎片段与连接酶作用错配修复在DNA复制过程中，有时会发生碱基错配现象。错配修复机制能够识别并纠正这些错误，保证遗传信息的准确性。该机制通过特定的酶识别错配的碱基对，并将其切除，然后重新合成正确的碱基对。切除修复当DNA分子受到损伤或发生错误时，切除修复机制能够将受损或错误的部位切除，并通过DNA聚合酶和连接酶的作用重新合成和连接正确的DNA序列。这种修复方式对于维持DNA分子的完整性和稳定性具有重要意义。复制过程中错误修复机制端粒酶是一种能够合成端粒DNA的酶，它在DNA复制过程中发挥着重要作用。端粒是真核生物染色体末端的特殊结构，能够保护染色体免受降解和融合。端粒酶定义在DNA复制过程中，随着每次细胞分裂的进行，端粒会逐渐缩短。当端粒缩短到一定程度时，会触发细胞衰老或凋亡。端粒酶能够合成端粒DNA并添加到染色体末端，从而维持端粒的长度和稳定性。这对于保证细胞的正常分裂和增殖具有重要意义。端粒酶在复制中的作用端粒酶在复制中作用03DNA转录与调控转录起始转录延伸转录终止产物类型转录过程及产物类型01020304RNA聚合酶识别并结合启动子，形成转录起始复合物。RNA聚合酶沿DNA模板链移动，合成RNA链。RNA聚合酶遇到终止子，释放RNA链并停止转录。包括信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。提供RNA聚合酶识别和结合的位点，启动转录过程。标识转录终止的位置，引导RNA聚合酶停止转录。启动子和终止子功能终止子功能启动子功能顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件位于DNA上的特定序列，可影响基因表达，如增强子和沉默子。反式作用因子一类蛋白质因子，通过与顺式作用元件相互作用来调节基因表达。基因表达调控网络多个转录因子相互作用，共同调节基因表达。通过改变染色质结构和DNA甲基化等方式影响基因表达。细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达。微生物通过感应周围环境中信号分子的浓度变化来调节基因表达。转录因子网络表观遗传学调控信号转导途径微生物群体感应04DNA损伤与修复机制03氧化应激对细胞影响可能导致基因突变、细胞凋亡或癌变等。01氧化应激产生原因细胞内外环境改变，如活性氧自由基（ROS）增多，导致氧化与抗氧化失衡。02DNA氧化损伤类型包括碱基修饰、单链断裂、DNA蛋白质交联等。氧化应激对DNA损伤影响通过特定酶识别并切除错误碱基，再合成正确碱基进行修复。碱基错配修复碱基缺失修复修复途径意义通过DNA聚合酶在缺失部位添加正确碱基，再经连接酶连接断裂的磷酸二酯键。维持基因组稳定性，防止遗传信息改变。030201碱基错配和缺失修复途径利用同源序列作为模板，进行DNA合成以修复断裂的双链。同源重组修复在无同源序列情况下，直接连接两个断裂的DNA末端。非同源末端连接根据细胞类型和所处时期不同，选择不同的修复方法。修复方法选择双链断裂修复方法在细胞周期特定时期设立的监控机制，确保DNA损伤得到修复。细胞周期检查点细胞感知DNA损伤后启动的一系列信号传导和基因表达调控过程。DNA损伤响应当检查点发现DNA损伤时，会激活相应的修复机制并暂停细胞周期进程，直到损伤得到修复。检查点与响应关系细胞周期检查点与DNA损伤响应05DNA重组与进化意义同源重组发生在同源序列间的重组，通过链交换和链断裂修复机制实现DNA片段的交换。要点一要点二非同源重组发生在非同源序列间的重组，通过非法则的DNA合成和链断裂修复机制实现DNA片段的整合。同源重组和非同源重组过程VS通过重组产生新的基因组合，增加生物体的遗传多样性，为自然选择提供更多变异。适应性进化重组有助于生物体适应不断变化的环境条件，通过优化基因组合提高生存能力。基因重组重组在生物进化中作用疫苗开发通过重组技术生产病毒或细菌的表面蛋白，用于疫苗研制。基因治疗利用重组技术修复或替换缺陷基因，治疗遗传性疾病。生物制药利用重组技术生产具有药用价值的蛋白质或多肽类药物。重组在医学应用前景123一种新型的基因编辑技术，可实现定点、高效、精确的DNA重组。CRISPR-Cas9技术通过设计和构建人工生物系统，实现DNA片段的定制化合成和组装。合成生物学揭示单个细胞内基因重组事件的动态过程，为理解重组机制提供新视角。单细胞测序技术重组技术发展趋势06实验方法与技术手段利用酚和氯仿的有机溶剂特性，将DNA从细胞中释放出来，并通过离心分离得到纯化的DNA。酚/氯仿抽提法利用硅胶柱对DNA的吸附作用，将不同大小的DNA片段分离纯化。硅胶柱层析法利用磁珠表面的特异性基团与DNA结合，通过磁场作用将DNA从溶液中分离出来。磁珠法核酸提取纯化方法Sanger测序法利用DNA聚合酶和特异性引物，在DNA合成过程中掺入荧光标记的ddNTP，通过检测荧光信号确定DNA序列。下一代测序技术（NGS）采用大规模并行测序策略，同时对数百万至数十亿个DNA片段进行测序，实现高通量、高效率的DNA序列测定。核酸序列测定技术X射线晶体学通过X射线照射DNA晶体，获得DNA分子的三维结构信息。核磁共振（NMR）波谱学利用NMR技术检测DNA分子中原子核的磁矩，进而推断出分子的结构和动力学信息。核酸结构分析技术基因表达分析01通过检测mRNA的表达水