DNA分子的結(jié)構(gòu)課件DNA分子簡(jiǎn)介DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子的空間結(jié)構(gòu)DNA分子的功能DNA分子的生物合成DNA分子的應(yīng)用01DNA分子簡(jiǎn)介1869年，德國(guó)科學(xué)家Miescher首次發(fā)現(xiàn)DNA，當(dāng)時(shí)稱為核素。1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Griffith發(fā)現(xiàn)DNA具有遺傳功能。1944年，美國(guó)生物學(xué)家Avery通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。1953年，英國(guó)科學(xué)家Watson和美國(guó)科學(xué)家Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。01020304DNA的發(fā)現(xiàn)歷史含氮堿基包括腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA分子由四種不同的脫氧核苷酸組成，分別是腺嘌呤脫氧核苷酸（dATP）、鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸（dGTP）、胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTTP）和胞嘧啶脫氧核苷酸（dCTP）。每個(gè)脫氧核苷酸由磷酸、脫氧核糖和含氮堿基組成。DNA分子的基本組成02DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)由腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）或鳥(niǎo)嘌呤（G）和胞嘧啶（C）配對(duì)組成。堿基對(duì)互補(bǔ)性穩(wěn)定性堿基之間通過(guò)互補(bǔ)配對(duì)原則相互配對(duì)，即A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。堿基對(duì)的氫鍵相互作用使得DNA分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。030201堿基對(duì)的組成位于雙螺旋的外側(cè)，連接著兩個(gè)相鄰的脫氧核糖。磷酸位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，與磷酸相連，構(gòu)成DNA的基本骨架。糖環(huán)磷酸和糖環(huán)交替排列，形成DNA的螺旋結(jié)構(gòu)。位置關(guān)系磷酸和糖環(huán)的位置

雙螺旋的旋轉(zhuǎn)角度和螺距旋轉(zhuǎn)角度每個(gè)螺旋包含36個(gè)堿基對(duì)，每個(gè)堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)10度。螺距每旋轉(zhuǎn)一圈螺距為34埃（A），即3.4埃/度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度和螺距的特定數(shù)值使得DNA分子具有特定的空間構(gòu)象和穩(wěn)定性。03DNA分子的空間結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，會(huì)發(fā)生超螺旋現(xiàn)象，即DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)扭曲成更高階的結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)分為正超螺旋和負(fù)超螺旋，對(duì)DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄具有重要影響。正超螺旋當(dāng)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)扭曲成正超螺旋時(shí)，DNA的堿基對(duì)間距縮短，導(dǎo)致DNA的密度增加，有利于DNA的穩(wěn)定性和復(fù)制的準(zhǔn)確性。負(fù)超螺旋當(dāng)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)扭曲成負(fù)超螺旋時(shí)，DNA的堿基對(duì)間距增加，導(dǎo)致DNA的密度減小，有利于DNA的復(fù)制速度和轉(zhuǎn)錄的效率。DNA分子的超螺旋結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)01DNA分子具有復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指DNA分子呈線狀排列，環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指DNA分子呈環(huán)狀排列。線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)02在DNA復(fù)制過(guò)程中，DNA分子從5'端向3'端進(jìn)行復(fù)制，形成線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄具有重要影響，可以影響DNA分子的結(jié)構(gòu)和功能。環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)03環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指DNA分子呈環(huán)狀排列，這種結(jié)構(gòu)可以影響DNA分子的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程。例如，環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以影響DNA分子的解旋和重新結(jié)合過(guò)程，從而影響基因的表達(dá)和調(diào)控。DNA分子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)全局結(jié)構(gòu)全局結(jié)構(gòu)是指整個(gè)DNA分子的形狀和構(gòu)象，例如DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和右手螺旋等。全局結(jié)構(gòu)對(duì)DNA分子的功能具有重要影響，可以影響基因的表達(dá)和調(diào)控。三維結(jié)構(gòu)DNA分子具有三維空間結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由DNA分子的堿基序列所決定的。DNA分子的三維空間結(jié)構(gòu)可以分為全局結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)兩種類型。局部結(jié)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)是指DNA分子中的局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)，例如DNA的彎曲、扭曲和折疊等。局部結(jié)構(gòu)可以影響DNA分子的功能和穩(wěn)定性，從而影響基因的表達(dá)和調(diào)控。DNA分子的三維結(jié)構(gòu)04DNA分子的功能DNA分子通過(guò)半保留復(fù)制的方式，將遺傳信息從親代傳遞給子代，確保遺傳信息的穩(wěn)定性和連續(xù)性。復(fù)制過(guò)程DNA復(fù)制具有高保真性、半保留性和雙向復(fù)制的特點(diǎn)，確保遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞。復(fù)制特點(diǎn)DNA復(fù)制過(guò)程中，DNA聚合酶催化脫氧核糖核苷酸按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈。復(fù)制機(jī)制DNA的復(fù)制轉(zhuǎn)錄是指以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成RNA的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是信使RNA（mRNA）、核糖體RNA（rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）等。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中受到多種因素的調(diào)控，如轉(zhuǎn)錄因子、順式作用元件和反式作用因子的影響。轉(zhuǎn)錄調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄翻譯產(chǎn)物翻譯產(chǎn)物是各種類型的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞生命活動(dòng)中發(fā)揮重要的功能。翻譯調(diào)控翻譯過(guò)程中受到多種因素的調(diào)控，如mRNA的穩(wěn)定性、翻譯起始因子的影響以及蛋白質(zhì)合成的修飾等。翻譯過(guò)程翻譯是指以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。DNA的翻譯05DNA分子的生物合成DNA復(fù)制始于特定的起始點(diǎn)，稱為復(fù)制起始點(diǎn)或復(fù)制子。復(fù)制的起始DNA聚合酶催化子鏈的延伸，合成方向?yàn)?'至3'。復(fù)制的延伸DNA復(fù)制到達(dá)終止信號(hào)后，復(fù)制過(guò)程結(jié)束。復(fù)制的終止DNA的復(fù)制合成當(dāng)DNA復(fù)制過(guò)程中出現(xiàn)堿基錯(cuò)配時(shí)，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制，糾正錯(cuò)配的堿基。錯(cuò)配修復(fù)當(dāng)DNA損傷無(wú)法通過(guò)校對(duì)機(jī)制糾正時(shí)，細(xì)胞會(huì)通過(guò)切除受損部分并重新合成DNA的方式進(jìn)行修復(fù)。切除修復(fù)當(dāng)DNA雙鏈斷裂時(shí)，細(xì)胞會(huì)通過(guò)重組機(jī)制修復(fù)斷裂的DNA。重組修復(fù)當(dāng)DNA損傷無(wú)法通過(guò)其他修復(fù)機(jī)制修復(fù)時(shí)，細(xì)胞會(huì)采用跨損傷修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù)。跨損傷修復(fù)DNA的修復(fù)合成123反轉(zhuǎn)錄酶最早在逆轉(zhuǎn)錄病毒中被發(fā)現(xiàn)。反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶先識(shí)別mRNA上的特定位點(diǎn)，然后從5'至3'方向合成DNA互補(bǔ)鏈。反轉(zhuǎn)錄的過(guò)程反轉(zhuǎn)錄過(guò)程在基因重組、基因治療等領(lǐng)域具有重要意義。反轉(zhuǎn)錄的意義反轉(zhuǎn)錄合成06DNA分子的應(yīng)用通過(guò)DNA重組技術(shù)，將特定基因或基因組DNA片段在體外進(jìn)行分離、剪切、拼接等操作，再將其導(dǎo)入受體細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)基因的克隆和表達(dá)?；蚩寺±锰囟ǖ幕蚯贸夹g(shù)，將特定基因從細(xì)胞或個(gè)體中剔除，以研究基因功能或治療某些遺傳性疾病?；蚯贸ㄟ^(guò)CRISPR-Cas9等基因編輯技術(shù)，對(duì)特定基因進(jìn)行精確的敲除、插入或修改，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組的精確調(diào)控?；蚓庉嬙谶z傳工程中的應(yīng)用03基因疫苗利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的疫苗，通過(guò)誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)特定病原體的免疫反應(yīng)，以達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。01基因治療通過(guò)將正常的基因?qū)氩∽兗?xì)胞，以替代或補(bǔ)償缺陷基因的功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。02基因療法利用基因工程技術(shù)將外源基因?qū)肴梭w，以治療遺傳性疾病或獲得某些特定的生理功能。在基因治療中的應(yīng)