微生物遗传物质

1、关于微生物的遗传物质第一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月染色体是微生物基因组的结构单位，习惯上把原核生物的DNA分子也称为染色体。基因是编码功能性产物的一段具有特征结构的DNA片段（以RNA为遗传物质的病毒除外）。第二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第一节遗传物质DNA的结构和复制一、DNA的结构第三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4种脱氧核苷酸由3 5磷酸二酯键聚合而形成DNA的碱基顺序一级结构第四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月DNA结构第五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月二级结构DNA Double Helix modelWatson &

2、 Crick, 1953第六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月3.4nm1nm第七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月B-DNA是在有碱金属存在及92%湿度条件下，经X光衍射分析得到的。A-DNA是在75%湿度条件下 DNA纤维通过X光衍射分析得到的。右手双螺旋结构1979年，发现了左手双螺旋DNA，称为Z-DNA是由两条反向平行的多聚核苷酸相连而成的。 Z-DNA可能在基因表达调控中起作用。但确切的生物学功能尚待研究。第八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月A B Z第九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月三级结构E. coli 的染色体长度1mm，比其细胞本身长1

3、000倍，所以一定存在着超螺旋结构；在真核生物中核小体的形成引入负超螺旋，在细菌和古细菌中是DNA回旋酶引起超螺旋。第十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月DNA的不同形式有： 环状和线状 通常细菌的染色体DNA，质粒DNA，以及真核生物的线粒体DNA和叶绿体DNA为环状第十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 二、DNA的复制特点和几种主要的复制方式第十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月1. 基本概念2. 复制起点与方向 3. Semi-Conservation Replication 4. 复制的方式 第十四张，PPT

4、共七十七页，创作于2022年6月 1. 基 本 概 念 ( Basic Concept ) 第十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Watson & Crick: 一种遗传物质，必须能行使两种 功能，即自我复制和对细胞的高 度特异性的影响遗传物质的基本属性：基因的自我复制 基因的突变可以控制性状的表达第十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月DNA复制 亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以 每单链 DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补 配对的游离的dNTP, 合成出两条与亲代DNA分子完 全相同的子代DNA分子的过程。 Replicon; Replisome; 每

5、一个复制起点及其复制区称为一个复制单位 The multi protein (30) structure that assembles at replicating fork to undertake synthesis of DNA 第十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 复制机理的复杂性 D.S. DNAS.S. DNA 能量的供求构型的变化超螺旋线状，开环状多种酶类的互作ReplisomeDNA复制起始控制机理知之甚少复制的准确性（修复，校正）研究试材的特殊性（温度敏感型ts，突变抑制体系Su）DNA复制速度(E.coli 105 bp/min ，高速解旋 112 km/h ?

6、)缺乏统一的模式(D.S. DNA, S.S. DNA, Linear DNA.) 第十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月原核生物的复制起点（Origin of replication ，简称ori）例如，E.coli 的oriC，长度为245bp真核生物多个复制起点，例如酿酒酵母，约有400个复制起点（autonomously replicatory sequence，ARS），每个长度为100-200bp。2. 复制起点与方向（replication origin & direction ） 第十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 isolation of ori第二十

7、张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 rich AT & palindrom Enzymes binding site 300 bp in replication origin 0f ProkaryoteAT rich复制起点的特征第二十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月AT rich真核生物复制起点的研究是以酵母为基础的ARS (automatic Replication Sequence) 自主复制序列ARS1 (A, B1,B2,B3) A区具有高度保守性 A/TTTTATG/ATTTA/TB区变化较大第二十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 “呼吸现象” DN

8、A复制原点处氢键迅速断裂与再生， 导致两条DNA链不断解链与聚合， 形成瞬间的单泡状结构的过程。 在富含AT的区域内尤为明显第二十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 子链DNA延伸方向 DNA polymerase reacts on the 3 end onlyNew DNA elongation from 5 to 3 direction 进化中保留的深刻的、选择与适应的、化学及功能的根源 5 OHT C AT C A C 5 OH 3ppp OH C+ ppi 第二十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月如果DNA的延伸方向是 3 5 A T C G + 5 ppp OH

9、 3 G ppp OH G A T C G 5 ppp OH 3 第二十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月A T C G + 5 ppp OH 3 G ppp OH G 5 ppp因能量的需要， DNA的5 端必须带有PPP游离dNTP具有pppppp OH 3 A T C G 在0.2M Nacl 的生理环境中，磷酸基团间的强电负性，使dNTP难以聚合到DNA的5端，而且 双链DNA的5端碱基配对困难 需要其他机制以解脱 第二十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月碱基发生错配后的校正 费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的能量消耗 A T C G ppp OH+ pppAp OH

10、T C Gppp OH T C GT C Gpp p OH 第二十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 3. DNA的半保留复制（Semi-Conservation Replication） 第二十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Three replication hypotheses第二十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月(CsCl gradient centrifuge) N15 N14 DNASemi-Conservation ReplicationM. Meselson and F. W. Stahl, Sciences 44:675, 1958.第三十张

11、，PPT共七十七页，创作于2022年6月半不连续复制 （semi-discontinuous replication） 后随链前导链53353553第三十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月4. DNA复制的方式 (DNA replication model) 第三十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 型复制1963年，Cairns根据E.coli的环状染色体复制的中间产物自显影实验提出的。形状象 “ ”第三十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月滚环方式 D.S. DNA NickElongation rolling合成互补链，形成双链A蛋白识别起点，产生切口polI

12、II催化延长正链环化形成双链结构产生A蛋白,识别复制起点第三十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 置换式 或 D-Loop （Displacement form） D.S. DNA In mitochondrial DNA also in chloroplasm DNA S.S. DNA as template New S.S. DNA Displacement D-Loop重链复制D-环延伸形成D-环轻链开始复制重链复制完成轻链正在复制轻链复制完成封闭新合成链上的缺口第三十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第二节 原核生物的染色体及其复制原核生物染色体80%以上DNARN

13、A蛋白质 环状双链DNA分子存在于细胞内相对集中的区域，成为拟核。无核膜。 第三十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月一、原核生物染色体的数目和大小E.coli有1条环状染色体，4.7MbB.subtilis有1条环状染色体，4.2MbAgrobacterium tumefaciens有1条线性染色体，2.1Mb；1条环状染色体，3.0Mb。第三十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月二、细菌染色体的结构 参与DNA折叠的蛋白质类组蛋白与DNA结合后，帮助DNA进行高度折叠，除类组蛋白外，DNA还与其他蛋白质相结合。如与复制、转录和加工有关的蛋白质结合在一起，这样，其环状染色体D

14、NA以紧密缠绕的、致密的、不规则小体形式存在，该小体即是拟核。电镜下呈圆形或椭圆形。拟核：第三十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月三、细菌染色体的复制第三十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月细菌的复制基因与酶类 Initiate genes dna B prepriming 300kd 20 copies/cell hexamerRNApol primase for leading S. dna C acts with dnaB 25kddna G primase for lagging S. 60kd 25 (Okazaki fragment ) monomer SSB

15、Binding with S.S.DNA 74kd 300 Prevents from anneal monomer 第四十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Elongate genes dnaE DNA polymerase III() 140kd 20dnaZ DNA polymerase III() 52kd 20polA DNA polymerase I 109kd 400polB DNA polymerase II 90-120kd 100 第四十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Topoisomerase topA TopI (swivelase)100kdsup

16、erhelix D.S.helix第四十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Topoisomerase gyr TopII (gyrase)gyr D.S.helix superhelixCut D.S. DNAATPLigate第四十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Topoisomerase rep Relaxed protein (Helicase) D.S. DNA S.S. DNAlig Ligase HDP Helix Di-stabilizing Protein No ATPase Binding S. S. DNA decrease Tm Prevents f

17、rom anneal第四十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月 b) DNA聚合酶 （DNA polymerase） Prokaryote I polA 109KD 3-5和5-3外切酶活性 切除RNA引物和参与后随链合成中的缺口填充反应II polB 3-5外切酶活性III 10种不同的亚基组成 核心酶和全酶 第四十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Top I , Top II Helicase (rep protein) Single Strand Binding protein (SSB)Helix destabilizing protein (HDP) DnaB pr

18、oteinDnaC protein Primase Ung-ase DNA Polymerase III DNA Polymerase I Ligase for primosome复制体进 化 中 形 成 了 灵 活 的 多 酶 复 合 体 replisome第四十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月进 化 中 形 成 了 灵 活 的 多 酶 复 合 体 replisome 第四十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月位于复制叉处的多酶复合体完成 lagging Strand DNA延伸时 必须快速从一个冈崎片段移到另一冈崎片段 In lagging Strand 多酶系统必须完

19、成多次反复的启动与扩展 E.coli 启动20004000次的冈崎片段复制第四十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Replisome model第四十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第五十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月复制起点AT丰富DNA识别位点DNA box 5-TTATCCACA-313个富含AT的单核苷酸 5-GATCTNTTNTTTT-3大肠杆菌染色体复制起点oriC 的结构第五十一张，PPT共七十七页，创作于2022年6月DNA复制过程链的生长原理第五十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月起始阶段:识别oriC复制叉第五十三张，PPT共七十

20、七页，创作于2022年6月起始阶段:双链分开第五十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月起始阶段:引物的合成第五十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月延伸阶段:第五十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月The termination of DNA replication E.coli (单起点双方向)两复制叉的相遇处具有多个终止位点(不是复制叉简单相遇） terE, D, A terF, C, B (22bp保守区)FBTerminus Utilization Substance（TUS 36kd）CADETer-TUS复合体终止阶段:第五十七张，PPT共七十七页，创作于

21、2022年6月 terE, D, A 仅对反时针方向的复制叉具有终止效应 terF, B, C 仅对顺时针方向的复制叉具有终止效应 FBCADETer-TUS复合体 (Rep. fork trap)终止DnaB(螺旋酶)防止DNA过度复制避免出现DNA多聚体，高拷贝第五十八张，PPT共七十七页，创作于2022年6月四、细菌染色体的分离机制第五十九张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第六十张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第三节基因结构和基因组基因结构和基因概念的发展基因组学大肠杆菌的基因组X174噬菌体的基因组真核生物的基因组及其特点第六十一张，PPT共七十七页，创作于2022年

22、6月原核基因结构:-35,-10区的特征真核基因结构:增强子,外显子,内含子一、基因结构和基因概念RNA剪切第六十二张，PPT共七十七页，创作于2022年6月基本概念geneoverlapping genesplit genepseudogenemovable geneIntronexonORF enhancersilencer promoterterminator第六十三张，PPT共七十七页，创作于2022年6月二、基因组学基因组的大小: 病毒103bp 原核生物106bp 真核生物109bp基因组:单倍体细胞核内整套染色体所含的DNA分子及其所携带的全部基因第六十四张，PPT共七十七页，创作于2022年6月Map of the Mycoplasma genitalium genomeMap of the Haemophilus influenzae genome第六十五张，PPT共七十七页，创作于2022年6月基因组学的发展第六十六张，PPT共七十七页，创作于2022年6月第六十七张，PPT共七十七页，创作于2022年6月E. coli 的基因组转录单元：由启动子，结构基因和终止子组成的一段DNA顺序。操纵子：功能上相关联的几个结构基因前后相连，利用一个共同的启动子和终止子，这种转