病毒基因组及原核生物基因组 PPT课件

反向重复序列（inverted repeat sequence）,由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成，重复单位长度约300 bp，多数散在于基因组中，总长度约占人基因组的5 。,1,Aninverted repeat(orIR) is a sequence ofnucleotidesfollowed downstream by itsreverse complement.The intervening sequence of nucleotides between the initial sequence and the reverse complement can be any length including zero. When the intervening length is zero, the composite sequence is apalindromic sequence.,The 5 base-pair sequence on the left is repeated and inverted to form sequence on the right.,2,反向重复序列 存在两种形式：A.两互补拷贝间无间隔序列,如,GGTACC,CCATGG,B.两互补拷贝间有间隔序列,如,GGTNNNNACC,CCANNNNTGG,电镜下，两种形式都呈十字形结构，有间隔的反向重复序列，在十字型结构两头形成两个小环。作用：常见于基因组的调控区内，可能与复制和转录的调控有关。,3,第一节 病毒基因组,4,病毒基因组核酸的主要类型,双链DNA 多数动物病毒，如腺病毒、疱疹病毒、痘病毒，环形、线形。单链DNA 动物病毒中仅微小病毒为单链病毒；噬菌体中仅含单链DNA。RNA病毒基因组所携带的遗传信息一般在同一条链上，序列与mRNA相同的为正股（+），与mRNA互补的为负股（）双链RNA 以负链RNA为模板转录出mRNA如呼肠孤病毒及噬真菌体。单链负股RNA 单链正股RNA 如逆转录病毒,5,病毒基因组的结构特点,与细菌相比，病毒基因组很小，而且大小相差较大。可以由DNA组成，也可以由RNA组成，每种病毒颗粒中只含有一种核酸，或为DNA或为RNA，两者一般不共存于同一病毒颗粒中。基因重叠。大部分是用来编码蛋白质的，只有非常少的部分不被翻译。 DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因或rRNA的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或转录单元。噬菌体（细胞病毒）的基因是连续的；而真核细胞病毒的基因是不连续的，具有内含子。,6,噬菌体（研究得最为详尽的双链DNA噬菌体） 48.5kb，46基因，分5部分：头部、尾部、调控（免疫区）、复制和晚期调控区。,7,X174噬菌体（单链环状DNA） 5.4kb，11个基因，3转录单位。,重叠基因 5.4kb1795氨基酸197kDa蛋白质实际上：263kDa蛋白质基因之间的间隔区很小 如：H,A间隔63个核苷酸,8,9,SV40病毒基因组,无包膜，直径45nm，双链环状DNA，DNA长5243bp。,基因是不连续的 两个区域，转录方向相反,10,第二节 原核基因组Prokaryotic genome 以细菌为代表讲述，有称bacteria genome。细菌对医学分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：1.构造相对简单，基因结构也不复杂，取材便利，易于培养，可选择突变株进行研究，实验结果容易重复。（如选择DDDPI缺乏的Ecoli突变株，Ecoli仍可合成DNA，说明DDDPI对EcoliDNA合成不起作用。）2.与人类有共同的分子生物学规律可循，如： （1）遗传物质都是DNA； （2）主要的功能分子都是蛋白质； （3）基因密码是通用的，等等。3.尤其是E.coli,是分子克隆是“明星“,基因工程的主要工程菌，因为基因工程的主要工作是克隆真核基因在原核系统中表达。,11,细菌,属于原核型细胞的一种单胞生物,形体微小,结构简单。无成形细胞核、也无核仁和核膜，,沙门氏干菌, 博德氏菌, 梭狀干菌, 大肠干菌; 螺旋菌, 葡萄球菌,12,含有3500个基因，已被定位的有900个左右。在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结构，定位于75个操纵子中。在已知的基因中8的序列具有调控作用。,大肠杆菌基因组,13,类核的结构,14,一、原核生物基因组结构与功能的特点1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。其DNA是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构，只是习惯上将之称为染色体。细菌染色体DNA在胞内形成一个致密区域，即类核（nucleoid），类核无核膜将之与胞浆分开。2.基因组中只有1个复制起点。3.具有操纵子结构。操纵子（operon） 是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。 4.结构基因无重叠现象，基因组中任何一段DNA不会用于编码2种蛋白质。5.基因序列是连续的，无内含子结构。,15,6.编码区和非编码区（主要是调控序列）在基因组中约各占50%。7.基因组中的重复序列很少。编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码rRNA的基因往往是多拷贝的，这有利于核糖体的快速组装。（15AA/秒，2AA/秒）8.具有编码同功酶的基因（isogene） 这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。如E.coli含有2个编码乙酸乳酸合成酶的基因和2个编码分支酸变位酶同工酶的基因。9.细菌基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子。10.原核基因的基本结构特点： 启动子（promoter）、操纵基因（operator）、调控序列、结构基因（structure gene）、终止子（terminator）。,16, 细菌的染色体基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成，染色体相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为类核。 只有一个复制起点 具有操纵子结构。 在大多数情况下，结构基因在细菌染色体基因组中都是单拷贝， 和病毒的基因组相似，不编码的DNA部份所占比例比真核细胞基因组少得多。 在DNA分子中具有各种功能的识别区域如复制起始区OriC，复制终止区TerC,转录启动区和终止区等。 具可移动的 DNA序列 没有基因重叠现象。 在基因或操纵子的终末往往具有特殊的终止顺序,它可使转录终止和RNA聚合酶从DNA链上脱落。,细菌染色体基因组结构的一般特点：,17,二、染色体外的遗传物质质粒（一）概念 1.质粒（plasmid） 是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外共价闭合环状的DNA分子（covalant closed circnlar,cccDNA），能独立复制的最小遗传单位。 2.质粒是双链的DNA分子，大小在1200kb之间，和病毒不同，它们没有衣壳蛋白（裸DNA）。,18,从生化学来说，除酵母的杀伤质粒（killer plasmid）是RNA外，其余质粒是染色体外的cccDNA分子。 从遗传学来说，质粒是与宿主染色体有别的复制子（真核细胞分裂过程中，DNA分成许多复制单位，该单位称为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给子代细胞的独立遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。,19,3.质粒与宿主细胞的关系（1）质粒对宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主细胞中，既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒照样的生存下去。（2）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的（酶和蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。（3）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能，作为对宿主细胞的补偿（“交房租”）。（4）质粒赋于宿主各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），使宿主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基因：Ampr 酶，水解-内酰胺环,解除氨苄毒性,使细菌抗氨苄。Tetr 膜蛋白,可阻止四环素进入细胞,使细菌抗四环素。,20,4.质粒发现和研究意义 1）理论意义 质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源研究的起一块体重要基石。 2）实践意义 是基因工程的重要载体（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达。 质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌质粒可以传递就会传到外都是。,21,作为基因工程载体的3个特点： A.都能独立自主的复制； B.都能便利的加以检测（抗生素抗性）； C.都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提质粒）。 质粒符合上述3个条件。 基因工程中主要使用人工构建的质粒。,22,（二）质粒的分类 1.按质粒的复制机理，分为2类：1）严谨控制型（stringent contrd type） 2）松弛控制型（relaxed control type） (1)拷贝数少，一般10个，分子量大； (1)拷贝数多，10-200个，分子量小； (2)复制受限，受细菌宿主DNA复制系 (2)复制不受细菌DNA复制系统限制， 统的控制； 仅需DDDPI，当宿主蛋白质合成受抑制 (3) 特点是这类质粒可以自传递； 时（如培养中加入氯霉素时），其拷贝 (4)严谨控制机理（低拷贝原因），认 数可猛增至1000-3000之多，该性质对 为是该质粒可以产生阻逼蛋白，反馈 基因工程技术十分有利。 抑制自身DNA合成。 3）分子量小，不具备自传递能力； 4）基因工程使用松弛型（高拷贝数） 质粒，以获得列多的基因产物。*拷贝数（copy number)细胞所含的按每基因组计算的某种质粒或基因的数目。,23,2.按分子量大小，分为2类1）小型质粒，15kb小型质粒，无接合和自传递能力，在按 多属接合型或自传递型，大型质粒只合质粒协助也能转移，也可心通过转化 能通过细菌的接合作用人一个细菌作用进入受体细胞，这类质粒种类较多， 传到另一个细菌。（如F质粒）。几乎每种细菌都可以含有2种以上，基因工程一般用小型质粒。,24,3.按质粒转移方式，分为3类1）接合型质粒（conjugative plasmid）带有效接触基因质粒，只能使细菌接合，本身不被传递.2）可移动质粒（mobiliableplasmid）可以被传递，但不能使细菌接合。3)自传递质粒（selftran missible plasmid）兼具1）2）两种功能因而可以自传递，如F质粒。 *转化作用（transformation）这是涉及细菌摄入外源DNA而实现基因转移一种机制。,25,（三）质粒的功能 质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因编码蛋白质表现出来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。1.性质粒 即雄性细菌F质粒，它本身转到F-宿主细胞时，使后者变成F+，改变宿主细菌性别。2.抗生素抗性 抗药性（R）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使之产生抗药性。3.产生毒素的质粒 如col质粒能产生大肠杆菌素因子（colicin），杀死不合该毒素的亲缘细菌。4.降解复杂的有机化合物作为能源质粒。5.产生限制酶和修饰酶。,26,（四）质粒的基本特性 1.自主复制 质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响。 复制调控系统由质粒上的复制起点（ori），质粒的rep基因和cop基因组成。 Rep蛋白启动质粒的复制，cop基因本身或其表达产物可抑制复制作用，从而控制质的拷贝数。 2.质粒的不相容性 利用同一复制系统的不同质粒不能在同一宿主细胞中共同存在,当两种质粒同时导