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医学医学分子生物学中南大学课件

分子生物学概述基因与基因组结构DNA损伤与修复机制基因突变与疾病关系基因克隆与体外表达技术基因治疗策略及前景展望contents目录

01分子生物学概述

分子生物学定义分子生物学是一门从分子水平研究生物大分子的结构和功能的科学，主要研究蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质-脂质体系等的相互作用及其规律。分子生物学特点以分子为研究对象，注重实验手段和方法的研究与应用，涉及多个学科交叉融合。分子生物学定义与特点

起源于生物化学和遗传学，随着DNA双螺旋结构的发现和基因工程技术的建立而逐渐发展。包括人类基因组计划的完成、基因编辑技术的开发和应用、蛋白质组学和代谢组学等研究领域的拓展等。分子生物学发展历程分子生物学重要成果分子生物学起源

包括基因和基因组的结构与功能、基因表达的调控机制、DNA损伤与修复的分子机制、细胞信号转导的分子基础等。研究内容包括基因克隆与表达、PCR技术、基因敲除与敲入、蛋白质组学技术、生物信息学方法等。这些方法在疾病诊断、治疗和预防等方面具有广泛的应用价值。研究方法分子生物学研究内容及方法

02基因与基因组结构

基因是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的基本遗传单位。基因定义基因通过编码蛋白质或RNA等分子，参与生物体的各种生理和生化过程，从而控制生物的性状和表现。基因功能根据功能不同，基因可分为结构基因、调控基因和RNA基因等。基因分类基因概念及功能

基因组定义01基因组是指一个生物体内所有基因的总和，包括核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组等。基因组特点02基因组具有高度的复杂性和多样性，不同生物之间的基因组大小和组成差异巨大。同时，基因组还具有稳定性和可变性，既保持了生物种内的遗传连续性，又能够产生新的变异和进化。基因组学研究内容03基因组学是研究基因组的结构、功能、演化和调控的学科，包括基因组测序、基因注释、比较基因组学、功能基因组学和表观基因组学等。基因组组成与特点

基因表达概念基因表达是指基因转录成mRNA，进而翻译成蛋白质的过程，是基因行使功能的重要途径。基因表达调控机制基因表达受到多种因素的调控，包括转录因子、表观遗传修饰、microRNA等。这些调控因素通过影响基因转录、mRNA稳定性和翻译等过程，实现对基因表达的精细控制。基因表达调控与疾病关系基因表达调控异常是许多疾病发生和发展的重要原因，如癌症、神经退行性疾病等。因此，研究基因表达调控机制对于理解疾病发生机理和开发新的治疗方法具有重要意义。基因表达调控机制

03DNA损伤与修复机制

DNA损伤类型及原因包括氧化、水解、脱氨等反应导致的碱基改变。DNA单链在受到某些化学物质或物理因素作用时发生断裂。更为严重的损伤，可能由电离辐射、化学交联剂等引起。DNA链内或链间发生交联，影响DNA结构和功能。碱基损伤单链断裂双链断裂交联损伤

直接修复切除修复重组修复错配修复DNA修复方式及过损伤部位进行直接处理，如光复活修复、暗修复等。将损伤部位切除，以正常的核苷酸序列为模板进行修复合成。利用未损伤链的信息，通过遗传重组来修复损伤。纠正DNA复制过程中产生的碱基错配。

疾病诊断疾病预防药物治疗放射治疗损伤修复在医学中应用检测DNA损伤类型和程度，为疾病诊断提供依据。研发针对DNA损伤修复的药物，治疗肿瘤、遗传性疾病等。通过了解DNA损伤修复机制，预防相关疾病的发生。利用DNA损伤修复机制，提高放射治疗的疗效并降低副作用。

04基因突变与疾病关系

单一或少量碱基对发生变化，包括转换和颠换两种形式。点突变一个或多个碱基对的增加或减少，可能导致阅读框移动和氨基酸序列改变。插入和缺失DNA片段的颠倒排列，可分为臂内倒位和臂间倒位。倒位染色体片段位置的改变，包括转位和相互易位。易位基因突变类型及特点

导致氨基酸种类或顺序改变，影响蛋白质结构和功能。遗传密码子改变基因表达调控异常基因剂量效应显性负效应影响基因转录、翻译等过程，导致蛋白质表达量或活性异常。某些基因突变后，基因产物的数量或活性与正常时不同，导致剂量不平衡。突变基因产物与野生型基因产物相互作用，导致功能丧失或降低。基因突变导致疾病机制

包括Sanger测序和下一代测序技术，可直接检测DNA序列变化。测序技术利用特异性探针与突变基因进行杂交，检测是否存在突变。杂交技术利用限制性内切酶识别并切割特定序列，检测基因突变。酶切技术针对已知突变位点设计特异性引物，进行PCR扩增并检测突变。等位基因特异性PCR基因突变检测方法

05基因克隆与体外表达技术

基因克隆是指在体外将目的基因与能够自主复制的遗传元件连接，形成重组DNA分子，进而在受体细胞中复制、扩增，以获得单一DNA分子的无性繁殖系。基因克隆定义包括目的基因的获取、载体的选择、体外重组、转化受体细胞