《分子生物學》教案(精)12024/1/24目錄課程介紹與教學目標DNA結構與功能RNA結構與功能蛋白質結構與功能基因表達調控機制22024/1/24目錄DNA重組與修復技術現代分子生物學研究方法和技術分子生物學在醫學領域應用32024/1/24課程介紹與教學目標0142024/1/24研究生物大分子，特別是蛋白質和核酸的結構、功能、遺傳信息傳遞與表達調控的科學。分子生物學的定義從DNA雙螺旋結構的發現到基因組學、蛋白質組學等高通量技術的發展，分子生物學經歷了飛速的發展。發展歷程分子生物學定義及發展歷程52024/1/2401知識目標掌握分子生物學的基本概念、原理和方法，了解最新研究進展。02能力目標能夠運用分子生物學技術解決生物學問題，具備獨立開展科研工作的能力。03素質目標培養創新思維和批判性思維，提高科學素養和綜合素質。教學目標與要求62024/1/24包括基因與基因組、DNA復制與修復、轉錄與轉錄后加工、蛋白質合成與功能等核心內容，輔以實驗操作和課堂討論。采用平時成績、期中考試和期末考試相結合的方式，注重過程性評價和結果性評價的結合。課程安排與考核方式考核方式課程安排72024/1/24DNA結構與功能0282024/1/2401DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，形成右手螺旋結構。02堿基互補配對原則：A與T配對，G與C配對，通過氫鍵連接。03DNA雙螺旋的直徑約為2nm，螺距為3.4nm，相鄰堿基對平面間距為0.34nm。DNA雙螺旋結構模型92024/1/24DNA復制是半保留復制，即新合成的DNA分子中，一條鏈是舊的，一條鏈是新的。DNA復制需要DNA聚合酶、引物、模板、原料（dNTPs）等參與。復制過程包括起始、延伸和終止三個階段，其中起始階段需要引物合成。DNA復制過程及特點102024/1/24DNA損傷包括堿基錯配、堿基缺失、DNA鏈斷裂等。切除修復是最常見的修復方式，包括堿基切除修復和核苷酸切除修復兩種。細胞具有多種DNA損傷修復機制，如直接修復、切除修復、重組修復等。重組修復涉及DNA分子間的遺傳信息交換，主要用于修復雙鏈斷裂等嚴重損傷。DNA損傷修復機制112024/1/24RNA結構與功能03122024/1/24攜帶遺傳信息，指導蛋白質合成。mRNA（信使RNA）與蛋白質結合形成核糖體，參與蛋白質合成。rRNA（核糖體RNA）識別并攜帶氨基酸，參與蛋白質合成。tRNA（轉運RNA）如microRNA、siRNA等，具有調控基因表達等功能。其他非編碼RNARNA種類及特點132024/1/24010203以DNA為模板，通過RNA聚合酶催化合成RNA的過程。轉錄包括5'端加帽、3'端加尾、內含子剪接等過程，使RNA成熟并具有功能。轉錄后加工通過轉錄因子等調控元件，控制基因轉錄的起始、延伸和終止。轉錄調控RNA合成過程及調控機制142024/1/24

RNA在基因表達中作用作為遺傳信息的攜帶者RNA攜帶DNA中的遺傳信息，并將其傳遞至蛋白質合成場所。參與蛋白質合成mRNA作為蛋白質合成的模板，tRNA攜帶氨基酸，rRNA構成核糖體參與蛋白質合成。調控基因表達非編碼RNA如microRNA、siRNA等可通過與mRNA結合等方式，調控基因的表達水平。152024/1/24蛋白質結構與功能04162024/1/24根據側鏈R基的不同，氨基酸可分為脂肪族、芳香族、雜環族等類型，共有20種常見氨基酸。氨基酸的種類氨基酸具有兩性解離、等電點、紫外吸收等性質，對蛋白質的結構和功能有重要影響。氨基酸的性質氨基酸在體內可進行轉氨基、脫氨基等代謝過程，參與蛋白質合成與分解，以及與能量代謝密切相關的過程。氨基酸的代謝蛋白質基本組成單位——氨基酸172024/1/24指蛋白質中氨基酸的排列順序，是蛋白質空間構象的基礎。一級結構蛋白質分子中局部主鏈的空間結構，包括α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲等。二級結構整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即整條肽鏈每一原子的相對空間位置。三級結構由兩條或兩條以上的多肽鏈組成，每一條多肽鏈都有完整的三級結構。四級結構蛋白質四級結構特點182024/1/24酶是生物體內具有催化功能的蛋白質，可加速生物體內的化學反應。催化功能運輸功能營養和儲能功能如載體蛋白，血紅蛋白，能與特定物質結合，通過血液運輸到達指定的目標器官或組織。如動物肌肉中的肌蛋白，植物種子中的貯藏蛋白，可提供營養或儲存能量。030201蛋白質功能多樣性192024/1/24運動功能如肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白，參與肌肉收縮和舒張過程。免疫保護功能如抗體蛋白，能夠識別并結合病原體，參與免疫反應。調節功能如激素蛋白，通過與靶細胞受體結合，調節生物體的生理活動。信號傳導功能如膜受體蛋白，能將細胞外信號轉化為細胞內信號，引發一系列生理反應。蛋白質功能多樣性202024/1/24基因表達調控機制05212024/1/2403原核生物操縱子模型描述原核生物基因表達調控的一種模型，涉及操縱基因、調節基因和結構基因之間的相互作用。01轉錄水平調控通過特定轉錄因子與DNA序列相互作用，控制RNA聚合酶的轉錄活性。02翻譯水平調控通過影響mRNA穩定性、翻譯起始和延伸等過程，調節蛋白質合成。原核生物基因表達調控222024/1/24123真核生物轉錄因子識別并結合特定DNA序列，激活或抑制基因轉錄。轉錄因子與DNA相互作用通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式，影響基因表達而不改變DNA序列。表觀遺傳學修飾microRNA是一類非編碼RNA，通過與mRNA結合并抑制其翻譯，實現對基因表達的負調控。microRNA調控真核生物基因表達調控232024/1/24在DNA特定位置添加甲基基團，影響轉錄因子結合和基因表達。DNA甲基化通過改變組蛋白的乙酰化、甲基化等狀態，影響染色質結構和基因轉錄活性。組蛋白修飾女性細胞中兩條X染色體之一發生表觀遺傳學修飾而失活，實現劑量補償效應。X染色體失活表觀遺傳學在基因表達中作用242024/1/24DNA重組與修復技術06252024/1/24DNA重組技術原理通過酶學方法將不同來源的DNA片段連接在一起，形成新的DNA分子的技術。限制性內切酶能夠識別并切割特定的DNA序列，而DNA連接酶則可以將具有相同或相似末端的DNA片段連接起來。利用DNA重組技術，將目的基因與載體DNA連接，導入宿主細胞進行擴增和表達，從而獲得大量的目的基因產物。通過DNA重組技術，對缺陷基因進行修復或者替換，或者對特定基因進行編輯，以達到治療疾病或改良生物性狀的目的。限制性內切酶與DNA連接酶基因克隆與表達基因治療與基因編輯DNA重組技術原理及應用262024/1/2401020304包括堿基錯配、單鏈斷裂、雙鏈斷裂、交聯等。DNA損傷類型針對某些簡單的DNA損傷，細胞可以通過直接修復的方式，利用特定的酶將損傷部位直接修復。直接修復對于較為復雜的DNA損傷，細胞會采用切除修復的方式，先將損傷部位切除，然后通過DNA合成和連接酶的作用，將缺口補齊。切除修復在某些情況下，細胞會利用未損傷的DNA鏈作為模板，通過重組的方式將損傷鏈修復。重組修復DNA損傷類型及修復策略272024/1/24人類基因組計劃與意義人類基因組計劃旨在測定人類基因組的全部DNA序列，解讀其中包含的遺傳信息，破譯人類生命密碼的國際性科學工程。遺傳性疾病研究通過人類基因組計劃，可以更加深入地了解遺傳性疾病的發病機制，為疾病的預防、診斷和治療提供新的思路和方法。藥物研發與個性化醫療人類基因組計劃為藥物研發提供了重要的靶點和工具，有助于實現個性化醫療和精準治療。生物進化與人類起源研究通過對人類基因組的深入研究，可以揭示生物進化的奧秘和人類起源的秘密，對于理解生命的本質和意義具有重要的科學價值。282024/1/24現代分子生物學研究方法和技術07292024/1/24PCR（聚合酶鏈式反應）是一種在體外快速擴增特定DNA片段的技術。它利用DNA聚合酶的酶促反應，以一對特異性引物為引導，通過變性、退火和延伸三個基本步驟的循環，實現DNA片段的指數級擴增。PCR技術原理PCR技術在分子生物學研究中具有廣泛應用，如基因克隆、DNA測序、突變分析、基因表達分析等。此外，PCR技術還在法醫學、臨床診斷、生物技術等領域發揮重要作用，如病原體檢測、遺傳病診斷、DNA指紋鑒定等。PCR技術應用PCR技術原理及應用302024/1/240102目的基因的獲取通過PCR擴增、化學合成或從基因組DNA/cDNA文庫中獲取目的基因片段。載體的選擇根據實驗需求選擇合適的載體，如質粒、噬菌體或病毒載體等。目的基因與載體的連接通過限制性內切酶切割載體和目的基因，然后使用連接酶將二者連接起來，形成重組DNA分子。重組DNA分子的轉化與…將重組DNA分子轉化入宿主細胞（如細菌或酵母），通過選擇性培養基篩選含有重組DNA分子的細胞克隆。克隆的鑒定與保存對篩選到的細胞克隆進行鑒定，確認目的基因已成功整合到載體中，并保存陽性克隆用于后續實驗。030405基因克隆技術流程312024/1/24高通量測序技術及應用領域高通量測序技術（又稱下一代測序技術）是一種能夠同時對數百萬至數十億個DNA分子進行測序的技術。它采用邊合成邊測序或邊連接邊測序的原理，通過大規模并行反應和自動化樣品處理，實現對海量DNA數據的快速、準確測序。高通量測序技術原理高通量測序技術在基因組學、轉錄組學、表觀遺傳學等領域具有廣泛應用。例如，它可以用于全基因組測序、基因表達譜分析、單核苷酸多態性（SNP）檢測、非編碼RNA研究等。此外，高通量測序技術還在臨床醫學、生物技術產業和生物多樣性研究等領域發揮重要作用。高通量測序技術應用領域322024/1/24分子生物學在醫學領域應用08332024/1/24基因診斷利用特異性基因標記或基因表達譜分析，對遺傳性疾病進行精確診斷，如囊性纖維化、鐮狀細胞貧血等。基因突變篩查通過分子生物學技術，如PCR、基因測序等，對特定基因突變進行篩查，實現遺傳性疾病的早期診斷和治療。基因治療通過基因編輯技術，如CRISPR-Cas9等，對缺陷基因進行修復或替換，為遺傳性疾病的治療提供新的策略。遺傳性疾病診斷和治療策略342024/1/24腫瘤基因突變研究利用分子生物學技術，對腫瘤相關基因進行突變篩查和分析，揭示腫瘤發生發展的分子機制。腫瘤標志物檢測通過檢測腫瘤特異性標志物，如癌基因、抑癌基因等，實現腫瘤的早期診斷和個性化治療。腫瘤免疫治療利用分子生物學技術，研究腫瘤免疫逃逸機制和免疫激活策略，