分子生物学(衰老或肿瘤癌基因诱导的双向性).ppt-文档资料

4.细胞衰老、DDR和癌基因三者间的关系
• DDR是由DNA损伤所引发的一系列诱导细胞衰老 的反应，那么癌基因的活化是否造成了DNA的损 伤，从而激活DDR呢？通过对癌基因Ras激活表 达的人成纤维细胞和转入空质粒对照细胞生长曲 线的对比发现，细胞在癌基因Ras表达后立即产 生一个强烈的增殖阶段，随后这种增殖抑制，正 是在这个过度增值的末期，DDR被明显的激活了。 细胞分裂周期蛋白CDC6是真核生物细胞DNA复 制的关键调节因子，它最主要的功能是复制的起 始位点装配复制前复合物，也是激活和维持DDR 的关键因子。
（2）阻断的维持要依赖p53蛋白的 作用。p53被ATM/ATR磷酸化后， 诱导p21的转录。p21与Cdk4/CycD 复合物结合，阻止其磷酸化Rb蛋白。 Rb 从而导致Rb蛋白无法释放E2F这一S 期重要的转录因子。此途径进一步 稳定了阻断作用。
S期调控点
• S期内调控点可根据感应分子的不 同分为两种，（1）ATM调节的S期 内调控（2）ATR调节的S期内调控。 S期发生的重要事件为DNA的复制合 成，该调控点就是对DNA复制的抑 制。该调控点是损伤的DNA不进入 复制，从而避免复制发生错误，维 持了基因组的稳定性。
•
如上所述，DDR是一个复杂的调控途径， 它可以感应各种DNA损伤信号，并通过各种 中间因子进行级联的信号传递，并最终作 用于细胞周期相关的效应分子，造成细胞 周期的阻断，引发细胞衰老，从而避免了 损伤在细胞的积累，维持了细胞的稳定性， 同时消除了形成肿瘤细胞的潜在威胁，是 抑制肿瘤发生的重要屏障之一。
•
癌基因活化
过度增殖
• • • • •
DDR完整
选择压力下 DDR失活
DDR缺陷
•
•

分子生物学的定义
在分子水平上研究生物大分子的 结构和功能，以揭示生命现象本 质的科学。
分子生物学的发展
经历了从DNA双螺旋结构的发现 到基因组学、蛋白质组学等高通 量技术的发展过程。
4
分子生物学的研究内容
基因与基因组的结构与功能
研究基因的结构、表达调控及其在生物体中 的功能。
蛋白质的结构与功能
研究蛋白质的结构、功能及其相互作用。
质的基础科学。
分子生物学推动生物学的发展
02
随着分子生物学理论和技术的不断发展，生物学的研究领域不
Байду номын сангаас
断拓宽，研究水平不断提高。
生物学为分子生物学提供研究对象和背景
03
生物学的研究对象包括各种生物及其生命现象，为分子生物学
提供了丰富的研究材料和背景知识。
6
02 基因与基因组
2024/3/24
7
基因的概念与结构
2024/3/24
02
基因编辑技术的应用
阐述基因编辑技术在基因功能研究、基因治疗、农作物遗传改良等领域
的应用。
03
基因编辑技术的优缺点
分析基因编辑技术的优点，如高效、精确等，同时也指出其存在的缺点
和伦理问题。
30
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
2024/3/24
31
现代分子生物学ppt课件
2024/3/24
1
2024/3/24
目录
• 分子生物学概述 • 基因与基因组 • DNA复制与修复 • RNA转录与加工 • 蛋白质翻译与修饰 • 基因表达调控 • 分子生物学技术与应用
2
01 分子生物学概述

原位杂交
直接在组织或细胞切片上进行核酸杂交，用于基因定位和表达分析 。
聚合酶链式反应（PCR）
引物设计
根据目标DNA序列设计特异性引物。
PCR反应体系
包括DNA模板、引物、dNTPs和Taq DNA 聚合酶等。
PCR反应程序
包括预变性、退火、延伸等步骤，实现 DNA片段的扩增。
PCR产物分析
如凝胶电泳、测序等，用于产物鉴定和定量 分析。
DNA的复制与修复
半保留复制
DNA双链在复制时解开，每条链作为模板合成新 的互补链
碱基互补配对原则
保证复制的准确性
DNA修复机制
包括直接修复、切除修复和重组修复等，用于纠 正复制过程中产生的错误
PART 03
RNA的结构与功能
REPORTING
RNA的分子组成
01
02
03
核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核 糖核苷酸，由磷酸、核糖 和碱基组成。
发展历程
从20世纪50年代DNA双螺旋结构 的发现开始，分子生物学经历了 飞速的发展，成为现代生命科学 中最为活跃和前沿的领域之一。
分子生物学的研究内容
生物大分子的结构与功能
研究DNA、RNA和蛋白质等生物大 分子的空间结构、构象变化以及结构 与功能之间的关系。
基因的表达与调控
研究基因在转录、翻译等过程中的表 达调控机制，包括转录因子、表观遗 传学修饰等。
REPORTING
基因诊断与治疗
基因诊断
利用分子生物学技术，通过检测 基因序列或表达水平的变化，对 遗传性疾病、肿瘤等疾病进行精
确诊断。
基因治疗
通过导入正常基因或修饰异常基因 ，治疗遗传性疾病、癌症等疾病。

（一）体细胞的基因治疗方法
1、治疗基因的制备 2、受体细胞的选择 3 、将治疗转移到受体细胞内 4、将带有目的基因的细胞重新输回体内
体外基因治疗时
（二）反义技术（antisense technology)
（三）RNA干扰（short interference RNA)
第五页，编辑于星期四：二十三点 五十一分。
的功能。
第十五页，编辑于星期四：二十三点 五十一分。
目的基因的制备方法
1、从基因组中分离 2、化学合成 3、用mR编辑于星期四：二十三点 五十一分。
受体细胞的选择
选择受体细胞的原则：
1、易于从人体分离又便于输回体内
2、易于接受外源的遗传物质 3、能够分裂，生命周期长
逆转录病毒感染细胞过程
第二十二页，编辑于星期四：二十三点 五十一 分。
逆转录介导基因转移的优缺点
优点：
1、能高效率的感染宿主细胞（100%） 2、其宿主范围广泛，包括来自不同种的生物和细胞类
型 3、被整合的基因在宿主基因组中稳定表达
4、用复制缺陷的重组逆转录病毒感染，毒性小
缺点：
1、只能感染分裂细胞
人类疾病治疗的重大突破!
与传统的方法相比较，从根 本上消除遗传病因。
第二页，编辑于星期四：二十三点 五十一分。
二、基因治疗类型和途径
1、类型 ➢生殖细胞基因治疗(germinal gene thrapy) ➢ 体细胞基因治疗 ( somatic gene thrapy)
➢ 体内（in vivo） 直接基因治疗 ➢体外（ex vivo） 间接基因治疗
问题： 1、 稳定性 2、安全性 3、导入基因的高效表达 4、免疫性
5、伦理问题
前景：十分有潜力的技术，有深远的意义 “基因治疗作为一项新的治疗技术，将不只限于遗传病和

RNA、微小RNA、时序RNA） 翻译的自我调节 翻译后水平的调控
谢谢大家！
高级结构的形成（折叠、亚基缔合、辅基 连接）
靶向输送（翻译－运转同步机制 ，Cotranslation ；翻译后转运，Post-translation ）
原
核
生
物 概述 基
因 表
原核基因调节特点
达
调
控
基因表达（Gene expression） 基因表达调控的基本原理 基因表达的调控方式
其与DNA的结合
转座引起插入突变 造成插入位点靶DNA的少量碱基
对重复 插入位点出现新基因 引起染色体畸变 转座引起的生物进化 切除效应 外显子改组
转座机制与细菌的转座子类 似（玉米的Ac-Ds元件、果 蝇的P元件）
转作机制类似逆转录病毒 （果蝇的Copia元件）
RNA
RNA合成的特点
核mRNA的 拼接体的拼接
类型ⅰ 自我拼接
类型ⅱ自我 拼接
剪接、3’末端CCA结构、碱基修饰 内含子切除（核酸酶的作用，不是
转酯反应） 连接外显子
蛋 白 参与蛋白质生物合成的物质 质 的 蛋白质生物合成过程 生 物 蛋白质合成的干扰与抑制 合 成 蛋白质的降解
mRNA tRNA 核蛋白体 酶 供能物质、无机离子
遗传密码 密码子 密码子的特点 ORF
通用性； 连续性； 方向性； 简并性； 摆动性； 专一性。
二级结构
三级结构 种类
起始tRNA 延长tRNA
识别位点
同工tRNA
◆ 氨基校酸正接tR受N位A点
◆ 氨酰—tRNA合成酶识别位 点 ◆ 核糖体识别位点 ◆ 反密码子
功能 类型
对氨基酸有极高的专一性 对tRNA具有极高专一性 校对作用（水解位点）

转基因技术
转基因技术是将外源基因导入生物体，实现基因的过 表达或补充。转基因技术的关键在于选择合适的载体 和导入方法。
THANKS
感谢观看
基因编辑技术的应用
基因编辑技术在许多领域都有广泛的应用，如罕见病治疗、癌症免疫治疗、农业育种等。 通过基因编辑技术，可以实现对特定基因的敲除、敲入或修饰，以达到治疗或改良的目的 。
基因编辑技术的伦理问题
虽然基因编辑技术具有巨大的潜力，但也引发了伦理和法律等方面的争议。在应用基因编 辑技术时，需要充分考虑伦理和法律问题，确保技术的合理应用和规范发展。
发展趋势
基因组学、蛋白质组学、代谢组学等 多组学研究，跨学科交叉融合，生物 信息学和计算生物学的发展等。
02
分生物学基本概念
基因与DNA
基因
基因是生物体内携带遗传信息的最小 单位，负责编码蛋白质或RNA分子 。
DNA
DNA是生物体的主要遗传物质，由四 种不同的脱氧核苷酸组成，通过特定 的序列排列储存遗传信息。
高通量测序
高通量测序是指一次可以对大量DNA或RNA分子进行序列测定的技术。高通量测序技术极大地提高了 基因组学和转录组学研究的效率，为生物医学研究提供了强大的工具。
04
分子生物学应用
生物医药研究
01
02
03
药物设计与开发
利用分子生物学技术，研 究药物与靶点的相互作用 ，提高药物的疗效和降低 副作用。
分子生物学前沿研究
表观遗传学研究
01
表观遗传学研究
表观遗传学是研究基因表达的调控机制，通过研究DNA甲基化、组蛋
白修饰等机制，揭示基因表达的调控规律，以及环境因素对基因表达的
影响。
02

04
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子组成与结构
氨基酸通过肽键连 接形成多肽链，即 蛋白质的一级结构 。
多条多肽链组合在 一起，形成蛋白质 的三级结构。
蛋白质的基本组成 单位是氨基酸，共 有20种常见氨基酸 。
多肽链经过盘绕、 折叠形成二级结构 ，主要形式包括α螺旋和β-折叠等。
在特定条件下，蛋 白质可形成四级结 构，由多个亚基组 成。
发展历程
从20世纪50年代DNA双螺旋结构 的发现开始，分子生物学经历了 飞速的发展，成为现代生命科学 中最为活跃和前沿的领域之一。
分子生物学的研究对象与任务
研究对象
主要包括DNA、RNA、蛋白质Байду номын сангаас生 物大分子，以及它们之间的相互作用 和调控机制。
研究任务
揭示生物大分子的结构、功能及其相 互作用机制；阐明基因表达调控的分 子机制；探索生物大分子在生命过程 中的作用和意义。
转录因子
01
真核生物中存在大量转录因子，它们与DNA特定序列结合，激
活或抑制基因转录。
表观遗传学调控
02
通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，改变染色质结构，影响
基因表达。
microRNA调控
03
microRNA是一类小分子RNA，通过与mRNA结合，抑制其翻
译或促进其降解，从而调节基因表达。
基因表达调控的分子机制
发育生物学研究生物体的发育过程，而分子 生物学则揭示了发育过程中基因表达和调控 的分子机制。
02
DNA的结构与功能
DNA的分子组成与结构
DNA的基本组成单位
脱氧核糖核苷酸，由磷酸、脱氧核糖 和碱基组成。
DNA的碱基
DNA的双螺旋结构

正调控作用； ②在遗传方式上，原癌基因是显性的，而抑癌基因在
细胞水平上是隐性的， ③在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生
在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖 细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。
p53直接作用于细胞周期
p53通过DNA修复酶进行DNA修复 或凋亡，维持基因组可塑性和基 因组稳定性。
形成致癌性的细胞转化基因。
原癌基因的分类：
根据原癌基因产物在细胞中的位置，可分为： ●与膜结合的蛋白，如src基因产物； ●可溶性蛋白，如mos基因产物； ●核蛋白，如myc基因产物。
根据原癌基因表达产物的功能，可分为： ●蛋白激酶类，如Src家族（酪氨酸蛋白激酶类） ●生长因子类 ●生长因子受体类 ● GTP结合蛋白类，如Ras家族 ●核蛋白类（DNA结合蛋白），如Myc家族 ●未知功能类
1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。
1、反转录病毒颗粒结构
2、反转录病毒的复制
3、反转录病毒基因组结构
长末端 重复序列
正常的病毒基因
癌基因
LTR gag
pol
env src LTR
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生p60src蛋白质，
启动转录
表面糖蛋白 酶和整合酶
垮膜蛋白
磷酸化蛋白。靶蛋 白磷酸化
癌细胞的特点:
1） 无限繁殖，癌细胞不受海弗利克界限 （Hayflick limit）的影响。 2） 接触抑制现象丧失 3） 癌细胞间粘着性减弱 4） 易被凝集素凝集 5） 粘壁性下降 6） 细胞骨架结构紊乱 7） 产生新的膜抗原 8） 对生长因子需要量降低
癌的多种类型
图 1997年美国不同癌症的发病率和死亡率 （引自 S.Simmons,2003）

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2. 标记物有哪些？
标记物的要求： 高度的灵敏性：足以检测到极微量的核酸序列 高度的特异性：足以在大量非特异性序列中检 测到特异的靶序列
标记物的种类： 放射性同位素(radio isotope) 非放射性标记物(non-radioactive label)
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放射性同位素
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47
二、做 PCR 要有什么条件？
酶：Taq DNA 聚合酶 模板 DNA：可以为基因组 DNA 或 cDNA 引物：人工合成的寡核苷酸片段 dNTP：聚合反应的核苷酸单体 缓冲液：包含特定的 pH、离子强度和 Mg2+ 反应程序：变性、退火、延伸组成的循环 仪器：DNA 热循环仪，或称 PCR 仪
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3. 如何检测杂交信号？
同位素标记物： 盖革计数器、液体闪烁计数器 放射自显影(autoradiography)
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如何检测杂交信号？
非放射性标记物： 酶联免疫技术(enzyme linked immuno-assay) 化学发光(chemiluminescence)
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2. 如何设计寡聚核苷酸引物？
引物(primer)是 PCR 反应必备的前提，对 PCR 产物 类型、长度和反应的特异性具有决定作用 PCR 需要两条引物，引物决定扩增范围和扩增片段 长度
GGAU引C物G酶5’
RNA引物
RNA引物
5引’A物U酶CGCG
TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG
3’
5’
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DNA的体内复制
DNA解 引物
新链
旋解链 合成

基因组大小(Mb)
0.58 1.83 4.20 4.60 13.50 12.50 466 165 97 2700 3000
基因数
470 1743 4100 4288 6034 4929 30000 13601 18424 30000 25000
染色体数*
无 无 无 无 16 16 21 4 6 20 23
包括：
结构基因组学
功能基因组学
三个亚领域.
比较基因组学
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一、病毒基因组 二、原核生物基因组 三、真核生物基因组
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一、病毒基因组
基因组（genome） 1个配（精子或卵子），1个单倍 体细胞或1个病毒所包含的全套遗传物质的总和。病毒核酸 或为DNA或为RNA，可以统称为病毒染色体。
完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不 受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。
分子生物学
Molecular Biology
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What is Molecular Biology?
分子生物学是从分子水平研究生命现象、生命规律和生命本质 的学科。
核心内容是从分子水平研究基因和基因的活动，这些活动主要 通过核酸和蛋白质的活动来实现。
医学分子生物学主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、 功能、相互作用及其与疾病发生、发展的关系。
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三、基因的结构特点和分类
基因的结构
结构基因：编码区序列（coding region sequence ）
在细胞内表达为蛋白质或功能RNA的DNA序列
转录调控序列：非编码序列（non-coding sequence）
基因表达需要的调控区（regulatory region）序列， 包括启动子（promoter）、增强子（enhancer）等。