原核生物基因组结构和基因

关于原核生物基因组结构和基因原核真核多顺反子操纵子单顺反子内含子第2页,共55页，2024年2月25日，星期天第一节细菌基因组结构和基因细菌染色体质粒真核染色体第3页,共55页，2024年2月25日，星期天第4页,共55页，2024年2月25日，星期天质粒(plasmids)

细菌染色体外的共价闭合环状双链DNA分子．分子量约为２—100×106D.携带1—100个基因,一个菌细胞可有一至数十个质粒。Structureofabacteriumhighlightingthebacterialplasmid.第5页,共55页，2024年2月25日，星期天第6页,共55页，2024年2月25日，星期天1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；2、在细胞分裂时，可以不依赖于细菌染色体而独立进行自我复制，也可以插入到细菌染色体中与染色体一道进行复制；3、质粒可以通过转化、转导、或接合作用而由一个细胞转移到另一个细胞，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；4、质粒对于细胞生存并不是必要的。第7页,共55页，2024年2月25日，星期天一细菌核质体细菌基因组必须经过压缩才能适应细胞容量通过DNA重复序列rep附着在核质体蛋白上类似真核组蛋白第8页,共55页，2024年2月25日，星期天细菌拟核（nucleoid）的突环结构

RNA-蛋白质核心突环由双链DNA结合碱性蛋白质组成平均一个突环含有约40kbDNA第9页,共55页，2024年2月25日，星期天细菌DNA：长度：一般为：1—3mm例：大肠杆菌的DNA长约1mm。

生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂,所以细胞中常有2—4个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有1—2个核，不在染色体复制时期一般是单倍体。功能：负载遗传信息。

由大型环状双链DNA纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域第10页,共55页，2024年2月25日，星期天(Bacillusmegaterium)

ProkaryoticCell

第11页,共55页，2024年2月25日，星期天ExamplesofnucleoidstructureanddistributioninSulfolobuscells.

第12页,共55页，2024年2月25日，星期天二核质体超螺旋化正超螺旋负超螺旋通过EB结合实验可以判断螺旋情况第13页,共55页，2024年2月25日，星期天第14页,共55页，2024年2月25日，星期天每一个结构域由一个DNA环组成，环的两端固定在蛋白上，一旦DNA出现缺口，解旋只能是局部的，不能传递到下一个结构域，保证了细菌核质体的稳定。每一个细菌基因组约100个左右的结构域，每个约40KbDNA第15页,共55页，2024年2月25日，星期天细菌中的环状DNA分子通常呈负超螺旋，负超螺旋含有自由能，可以为打开双链提供能量。唯一含有正超螺旋DNA生物是某些极端高温（温泉）环境中的微生物，这种结构可以防止DNA在高温中变性。第16页,共55页，2024年2月25日，星期天三、拓扑异构酶通过切断DNA的一条或两条链中的磷酸二酯键，然后重新缠绕和封口来更正DNA连环数的酶。第17页,共55页，2024年2月25日，星期天拓扑异构酶I催化DNA链的断裂和重新连接，每次只作用于一条链，即催化瞬时的单链的断裂和连接，它们不需要能量辅因子如ATP或NAD。拓扑异构酶II能同时断裂并连接双股DNA链．它们通常需要能量辅因子ATP。在拓扑异构酶II中又可以分为两个亚类：一个亚类是DNA旋转酶(DNAgyrase)，其主要功能为引入负超螺旋，在DNA复制中起十分重要的作用。迄今为止，只有在原核生物中才发现DNA旋转酶．另一个亚类是转变超螺旋DNA(包括正超螺旋和负超螺旋)成为没有超螺旋的松弛形式(relaxedform)。这一反应虽然是热力学上有利的方向，但不知道为什么它们仍然像DNA旋转酶一样需要ATP，这可能与恢复酶的构象有关。这一类酶在原核生物和真核生物中都有发现。第18页,共55页，2024年2月25日，星期天第19页,共55页，2024年2月25日，星期天拓扑异构酶可以将复制后交联的DNA环分开，有助于细胞分裂时DNA的平均分配。如用抗生素阻止拓扑异构酶编码基因gyrA和gyrB表达，将可能引起细胞死亡。第20页,共55页，2024年2月25日，星期天四其他结合DNA的蛋白质Hu蛋白Hi蛋白P蛋白…第21页,共55页，2024年2月25日，星期天五、抗生素抑制细胞生长第22页,共55页，2024年2月25日，星期天1.抗生素阻碍前体合成抑制二氢叶酸还原酶：阻止嘌呤和嘧啶合成抑制核糖核苷酸还原酶与dUMP竞争作用第23页,共55页，2024年2月25日，星期天第24页,共55页，2024年2月25日，星期天第25页,共55页，2024年2月25日，星期天2.抗生素阻碍核苷酸的聚合类脱氧核甘酸缺少羟基DNA交联丝裂霉素C能够交联两个G作用对象无原核真核区分，一般用于肿瘤治疗第26页,共55页，2024年2月25日，星期天3.抗生素作用于DNA结构吖啶类染料吖啶黄、吖啶橙等类胸腺嘧啶错误插入引起错配第27页,共55页，2024年2月25日，星期天4.抗生素作用于旋转酶GyrA抑制GyrB抑制第28页,共55页，2024年2月25日，星期天六、原核生物的基因基因组结构重叠基因第29页,共55页，2024年2月25日，星期天重叠基因在表达时利用不同阅读框。重叠基因及基因内基因的现象反映了原核生物利用有限的遗传资源表达更多生物功能的能力。第30页,共55页，2024年2月25日，星期天ф×174噬菌体的基因结构HGFJDCABE蛋白D

丙谷甘缬蛋终止……GCGGAAGGAGTGATGTAATGTCT……蛋白E

精赖谷终止起始丝

蛋白J第31页,共55页，2024年2月25日，星期天第32页,共55页，2024年2月25日，星期天第二节细菌染色体复制复制起始复制终止终止区（ter)复制叉双向碰头停止复制Tus蛋白结合ter区，抑制解旋酶活性，阻止DNAB蛋白移动，阻止复制叉移动，等待另外一个复制叉到来。第33页,共55页，2024年2月25日，星期天第34页,共55页，2024年2月25日，星期天细胞分裂与染色体复制协同复制后两个子代DNA的分离利用拓扑异构酶Ⅱ或者重组酶完成。一条分子发生断裂，利用断口跨过另外一条DNA分子，从而分开两条分子。第35页,共55页，2024年2月25日，星期天复制后染色体的精确分配目前机制不清楚质粒的精确分配由ParA和ParB蛋白完成。第36页,共55页，2024年2月25日，星期天染色体复制与细胞分裂协同第37页,共55页，2024年2月25日，星期天细胞周期与染色体复制协同DnaA蛋白合成的调节DnaA结合到oriC区启动复制复制的起始可能与DnaA的最低浓度有关但是细胞生长快慢不一致时，DnaA浓度确一致，因此可能还有其他因子的辅助功能。第38页,共55页，2024年2月25日，星期天Dam甲基化酶对复制起始的锁定。全甲基化的oriC区能启动复制，半甲基化的oriC区易于细胞膜结合可能使复制过程等待细胞分裂进程同时甲基化也能调控DnaA蛋白的合成第39页,共55页，2024年2月25日，星期天第三节噬菌体噬菌体（phage,bacteriophage）即原核生物的病毒，包括噬细菌体（bacteriophage）,噬放线菌体（actinophage)噬蓝细菌体(cyanophage)等。在自然界中分布广泛，有原核有原核生物的地方就有相应的噬菌体。第40页,共55页，2024年2月25日，星期天噬菌体种类主要为六种主要形态

①A型，dsDNA，蝌蚪状，收缩性尾

②B型，dsDNA，蝌蚪状，非收缩性尾

③C型，dsDNA，非收缩性尾

④D型，ssDNA，球状，无尾，大顶衣壳粒⑤E型，ssRNA，球状，无尾，小顶衣壳粒⑥F型，ssDNA，丝状，五头尾第41页,共55页，2024年2月25日，星期天第42页,共55页，2024年2月25日，星期天第43页,共55页，2024年2月25日，星期天噬菌体构造第44页,共55页，2024年2月25日，星期天一、噬菌体裂解发育循环第45页,共55页，2024年2月25日，星期天早期基因、中期基因、晚期基因第46页,共55页，2024年2月25日，星期天T4噬菌体基因表达第47页,共55页，2024年2月25日，星期天噬菌体DNA复制M13复制单链DNA--RF--切开小口--滚环复制第48页,共55页，2024年2月25日，星期天第49页,共55页，2024年2月25日，星期天λ噬菌体复制宿主细胞中呈环状复制先θ型复制，然后滚环复制，入口处A蛋白识别cos位点，切割后包装第50页,共55页，2024年2月25日，星期天第51页,共55页，2024年2月25日，星期天T7噬菌体复制线性DNA双链，固