原核生物基因组结构和基因.ppt

,原核 真核 多顺反子 操纵子 单顺反子 内含子,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,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100 106 D.携带1100个基因, 一个菌细胞可有一至数十个质粒。,Structure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid.,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。,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,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40 kbDNA,细菌DNA： 长度：一般为：13mm 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24个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有12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,(Bacillus megaterium),Prokaryotic Cell,Examples of nucleoid structure and distribution in Sulfolobus cells.,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,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40Kb DNA,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。,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。,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(DNA gyrase )，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(relaxed form )。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。,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。,四 其他结合DNA的蛋白质,Hu蛋白 Hi蛋白 P蛋白 ,五、抗生素抑制细胞生长,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,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,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,4.抗生素作用于旋转酶,GyrA抑制 GyrB抑制,六、原核生物的基因,基因组结构 重叠基因,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。,174噬菌体的基因结构,H,G,F,J,D,C,A,B,E,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DNA B蛋白移动，阻止复制叉移动，等待另外一个复制叉到来。,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。,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Par A 和 Par B 蛋白完成。,染色体复制与细胞分裂协同,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。,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。,噬菌体种类,主要为六种主要形态 A型，dsDNA，蝌蚪状，收缩性尾 B型，dsDNA，蝌蚪状，非收缩性尾 C型，dsDNA，非收缩性尾 D型，ssDNA，球状，无尾，大顶衣壳粒E型，ssRNA，球状，无尾，小顶衣壳粒F型，ssDNA，丝状，五头尾,噬菌体构造,一、噬菌体裂解发育循环,早期基因、中期基因、晚期基因,T4噬菌体基因表达,噬菌体DNA复制,M13复制 单链DNA-RF-切开小口-滚环复制,噬菌体复制 宿主细胞中呈