《核酸与基因表达》课件新人教版必修

《核酸与基因表达》核酸的发现1869年瑞士生物化学家弗里德里希·米歇尔（FriedrichMiescher）在研究脓细胞时首次发现了核酸。他将从脓细胞中提取的物质称为“核素”，它主要存在于细胞核中。1944年美国科学家奥斯瓦尔德·埃弗里（OswaldAvery）等人通过著名的肺炎双球菌转化实验，证明了DNA是遗传物质。1953年詹姆斯·沃森（JamesWatson）和弗朗西斯·克里克（FrancisCrick）构建了DNA双螺旋结构模型，揭示了DNA的结构和功能，为遗传学研究奠定了基础。核酸的结构基本结构核酸是由核苷酸单体组成的长链大分子。每个核苷酸由一个含氮碱基、一个五碳糖和一个磷酸基组成。含氮碱基核酸中常见的含氮碱基有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。五碳糖DNA的五碳糖是脱氧核糖，而RNA的五碳糖是核糖。磷酸基磷酸基连接在五碳糖的5'位碳原子上，形成核苷酸链。核酸的种类脱氧核糖核酸（DNA）DNA是遗传信息的载体，它控制着生物体的遗传性状。DNA存在于细胞核中，也存在于线粒体和叶绿体中。核糖核酸（RNA）RNA主要参与蛋白质的合成，它在遗传信息的传递中起着重要作用。RNA存在于细胞质中，也存在于细胞核中。DNA的结构双螺旋结构DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成的双螺旋结构。碱基配对DNA双螺旋结构中，两条链的碱基通过氢键配对，A与T配对，G与C配对，形成碱基对。磷酸骨架两条链的磷酸基和脱氧核糖交替连接，形成DNA分子的磷酸骨架，位于双螺旋结构的外部。DNA双螺旋结构1两条反向平行的脱氧核苷酸链构成DNA双螺旋结构。2碱基通过氢键配对：A与T配对，G与C配对，形成碱基对。3磷酸基和脱氧核糖交替连接，形成DNA分子的磷酸骨架，位于双螺旋结构的外部。DNA双螺旋结构模型沃森和克里克1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克基于其他科学家的研究成果，构建了DNA双螺旋结构模型。模型的意义这个模型揭示了DNA的结构和功能，为遗传学研究奠定了基础，并引发了分子生物学领域的革命。DNA的复制复制的概念DNA复制是指DNA分子以自身为模板合成两个相同的DNA分子的过程，这是遗传信息从亲代传递给子代的基础。复制的时间DNA复制发生在细胞周期的S期，即DNA合成期。DNA复制的特点1半保留复制：每个新合成的DNA分子含有一条来自亲代的DNA链和一条新合成的DNA链。2方向性：DNA复制是沿着5'到3'方向进行的。3准确性：DNA复制过程中存在多种修复机制，保证了复制的准确性。半保留复制机制1DNA解旋DNA双螺旋结构解开，形成两条单链。2模板链结合每条单链作为模板，与新合成的DNA链配对。3新链合成以模板链为指导，合成新的互补链。4双螺旋形成两条新合成的DNA链彼此配对，形成两个新的双螺旋结构。DNA复制的酶1DNA解旋酶：解开DNA双螺旋结构。2DNA聚合酶：催化新的DNA链的合成。3引物酶：合成RNA引物。4连接酶：连接断裂的DNA片段。DNA复制的步骤1DNA双螺旋结构解开，形成两条单链。2引物酶合成RNA引物，为DNA聚合酶提供起始点。3DNA聚合酶以模板链为指导，合成新的互补链。4连接酶连接断裂的DNA片段，形成完整的DNA分子。转录的概念转录的定义转录是指以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。它将DNA中的遗传信息传递给RNA。转录的位置转录发生在细胞核中，参与转录的酶是RNA聚合酶。转录的过程RNA聚合酶识别DNA模板链的起始密码子，并与DNA结合。RNA聚合酶沿着DNA模板链移动，读取碱基序列。RNA聚合酶根据DNA模板链的碱基序列，催化RNA链的合成。RNA链合成完成后，与DNA模板链分离，转录过程结束。转录的产物1信使RNA（mRNA）：携带遗传信息，指导蛋白质合成。2转运RNA（tRNA）：转运氨基酸，参与蛋白质合成。3核糖体RNA（rRNA）：构成核糖体的一部分，参与蛋白质合成。转录的调控调控的必要性细胞需要根据自身的需求调节基因表达，以适应不同的生理环境和功能。调控的方式转录调控主要通过影响RNA聚合酶与DNA模板链的结合来实现。转录的调控机制转录因子：可以结合到DNA的特定序列上，调控RNA聚合酶的活性。染色质结构：染色质的结构会影响RNA聚合酶与DNA模板链的结合。RNA干扰：通过短链RNA分子降解mRNA，从而抑制基因表达。翻译的概念翻译的定义翻译是指以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。它将mRNA中的遗传信息翻译成蛋白质的氨基酸序列。翻译的位置翻译发生在细胞质中的核糖体上。翻译的过程起始mRNA与核糖体结合，tRNA携带起始密码子结合到mRNA的起始密码子上。1延伸核糖体沿着mRNA移动，依次读取密码子，相应的tRNA携带氨基酸加入到肽链中。2终止核糖体遇到终止密码子，肽链从核糖体上脱落，蛋白质合成完成。3蛋白质的结构1一级结构：氨基酸的线性排列顺序。2二级结构：肽链局部空间结构，如α螺旋和β折叠。3三级结构：整个肽链的空间结构。4四级结构：由多个亚基组成的蛋白质的空间结构。蛋白质的功能催化：酶是蛋白质，催化生物体内几乎所有的化学反应。结构：蛋白质构成细胞和组织的结构框架，如胶原蛋白和肌动蛋白。运输：蛋白质可以运输物质，如血红蛋白运输氧气。免疫：抗体是蛋白质，识别和清除外来入侵的病原体。蛋白质的合成合成场所蛋白质合成发生在核糖体上。合成过程转录将DNA中的遗传信息传递给mRNA，翻译将mRNA中的遗传信息翻译成蛋白质的氨基酸序列。遗传密码密码子的定义遗传密码是指DNA或RNA中编码氨基酸的三联体碱基序列。密码子的数量共有64种密码子，其中61种密码子编码20种氨基酸，3种密码子是终止密码子。遗传密码的特点1通用性：几乎所有生物都使用相同的遗传密码。2连续性：密码子之间没有间隔或重叠。3简并性：一个氨基酸可以被多个密码子编码。4无歧义性：每个密码子只编码一种氨基酸。蛋白质的结构层次1一级结构氨基酸的线性排列顺序。2二级结构肽链局部空间结构，如α螺旋和β折叠。3三级结构整个肽链的空间结构。4四级结构由多个亚基组成的蛋白质的空间结构。蛋白质的结构稳定性1氢键：肽链中的氨基和羧基之间形成氢键。2疏水作用：疏水性氨基酸聚集在蛋白质的内部。3离子键：带电荷的氨基酸之间形成离子键。4范德华力：氨基酸之间的弱相互作用。蛋白质的变性变性的定义蛋白质变性是指蛋白质的空间结构发生改变，从而导致其生物活性丧失的过程。变性的原因高温、强酸、强碱、重金属盐等因素都可以导致蛋白质变性。基因工程的概念基因工程的定义基因工程是指利用现代分子生物学技术，对生物体的基因进行改造，以获得新的生物类型或改良生物性状的技术。基因工程的本质基因工程的本质是对生物的基因进行定向改造，使其符合人们的需要。基因工程的技术基因剪切：利用限制性内切酶切割DNA分子，得到目标基因片段。基因连接：利用DNA连接酶将目标基因片段连接到载体DNA上。基因导入：将重组DNA导入受体细胞，使目标基因整合到受体细胞的基因组中。基因表达：受体细胞表达目标基因，产生新的蛋白质或改变其性状。基因工程的应用1医药生产人类胰岛素、生长激素等药物。2农业培育抗虫、抗病、高产的农作物。3环境生产降解污染物的微生物。细胞周期1G1期：细胞生长，合成蛋白质和RNA，为DNA复制准备。2S期：DNA复制，每个染色体复制为两个染色单体。3G2期：细胞继续生长，合成蛋白质和RNA，为有丝分裂准备。4M期：细胞分裂，包括有丝分裂或减数分裂。细胞分裂细胞分裂的定义细胞分裂是指一个细胞分裂为两个或多个细胞的过程，它是生物体生长、发育和繁殖的基础。细胞分裂的类型细胞分裂主要分为有丝分裂和减数分裂两种类型。有丝分裂前期：染色质凝集，形成染色体，核膜解体，纺锤体形成。中期：染色体排列在细胞赤道板上。后期：染色单体分离，移向细胞两极。末期：染色体解螺旋，形成染色质，核膜重建，细胞质分裂。减数分裂减数第一次分裂：同源染色体配对，发生交叉互换，细胞分裂为两个子细胞，染色体数目减半。减数第二次分裂：染色单体分离，细胞分裂为四个子细胞，染色体数目不变。细胞分裂的特点遗传物质的复制：细胞分裂前，DNA分子复制一次。遗传物质的分配：每个子细胞都获得一套完整的遗传物质。细胞器分配：每个子细胞都获得来自母细胞的细胞器。细胞周期的调控1细胞周期蛋白：与细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）结合，调节细胞周期的进程。2细胞周期检查点：监测细胞周期的各个阶段，确保细胞分裂正常进行。3生长因子：促进细胞生长和分裂。细胞周期的意义生物体生长细胞分裂是生物体生长和发育的基础。组织修复细胞分裂可以修复受损的组织。繁殖细胞分裂是生物体繁殖的基础。细胞凋亡凋亡的定义细胞凋亡是一种主动的、程序性的细胞死亡方式，它是生物体正常发育和维持组织稳态的重要机制。凋亡与坏死细胞凋亡与坏死不同，坏死是细胞因外部因素造成的被动死亡，不会被控制。细胞凋亡的过程1细胞膜发生变化，细胞表面出现突起。2细胞核发生变化，染色质凝集，核膜解体。3细胞体积缩小，形成凋亡小体。4凋亡小体被吞噬细胞吞噬，不引起炎症反应。细胞凋亡的机制1胱天蛋白酶（caspase）：一类参与凋亡的酶，可以激活其他caspase，形成级联反应。2凋