二原核生物基因组PPT课件

1、.,1,第二章 原核生物基因组,.,2,什么是原核生物（prokaryote）？ 细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、 放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。,原核生物的概念,.,3,（一）原核生物基因组的特征,1.基因组分子质量较小,2.环状双链DNA分子,3.具有类核结构,4.广泛存在操纵子结构,5.多为单拷贝,6.结构基因无重叠现象,7.具有编码同工酶的不同基因,8.具有可移动的DNA序列,9.非编码区内主要是一些调控序列,.,4,1.基因组分子质量较小,一般在106107bp之间 基因数目较少，约3500个,2.环状双链DNA分子,3.具有类核结构,.,5,大肠杆

2、菌的类核结构模型,+RNA,松弛DNA环,.,6,4.广泛的操纵子结构 操纵子结构是原核生物基因 组的功能单位，是原核生物基因组的一个突出的结构特点，其中结构基因的转录产物为多顺反子,.,7,操纵子 (operon) 概念： 在原核生物中，多个功能相关的结构基因成簇串联排列，与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因转录单位。,.,8,A,Y,Z,I,I,乳糖操纵子(lac operon)的结构,结构基因,Z： -半乳糖苷酶 Y： 透性酶 A： 乙酰基转移酶,.,9,乳糖,乳糖,半乳糖,葡萄糖,乙酰辅酶A,辅酶A,乙酰半乳糖,+,-半乳糖苷酶,乙酰基转移酶,透性酶,lac Z基因编码,la

3、c Y基因编码,lac A基因编码,.,10,CAP,O,P,A,Y,Z,乳糖操纵子(lac operon)的结构,结构基因,调控序列,终止序列,CAP结合位点,I,RNA Pol.,Promoter,Operator,CAP : catabolite gene activation protein,.,11,乳糖操纵子的调节机制,阻遏蛋白的负性调节 CAP的正性调节 协调调节,.,12,阻遏蛋白的负性调节 没有乳糖存在 仅有乳糖存在,.,13,CAP,O,P,A,Y,Z,I,Gene : OFF No mRNA products,没有乳糖存在时,阻遏蛋白的负性调节,RNA Pol.,.,14

4、,Inducer （半乳糖）,CAP,O,P,A,Y,Z,I,RNA Pol.,仅有乳糖存在时,阻遏蛋白的负性调节,？,.,15,5.除16S、23S、5SrRNA及tRNA外，原核生物的结构基因均为单拷贝基因。 结构基因中没有内含子，RNA合成后不需剪切加工,.,16,6.结构基因无重叠现象,重叠基因:基因组DNA中的某些序列被两个或两个以上的基因所共有,.,17,7.具有编码同工酶的不同基因,结构不完全相同的基因，但表达产物功能相同。,如，在大肠杆菌基因组中有两个编码分支酸变位酶的基因，两个编码乙酰乳酸合成酶的基因。,.,18,8.具有可移动的DNA序列,转座因子：能在基因组中从一个位点移

5、至另一位点的DNA 序列称为转座因子,又称可转座元件。,插入序列 （insertion sequence）,2. 转座子（transposons）,3. 可转移性噬菌体 （transposable phages）,美国冷泉港实验室的女科学家B.MClintock,.,19,9.非编码区主要是一些调控序列,编码区所占比例约50%。 非编码区常有反向重复序列，可形成特殊结构，具有一定的调控作用。,*IR（反向重复序列）： TGCGAT . . . . ACGCTA ACGCTA . . . . TGCGAT,.,20,（二）质粒（plasmid）,是存在于细菌、真菌等微生物的细胞中，独立于染色体外

6、，能进行自我复制的遗传因子。,.,21,质粒的分子结构,通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中,也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；,.,22,质粒与宿主的关系： 质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的； 在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的功能，从而使宿主得到生长优势,.,23,质粒的命名规则 质粒的名称一般由三个英文字母及编号组成， 第一个字母一律用小写p表示，质粒，plasmid; 后两个字母应大写，可以采用发现者人名、实验室名称、表型性状或其他特征的英文缩写。 编号为阿拉伯数字，用于区分属于同一类型的不同质粒，如pUC18和pUC19等。,.,24,质粒的

7、分类,F质粒 R质粒 Col质粒,.,25,F质粒（fertility factor） 又称致育因子或性因子 存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别并有转移功能 一种最有代表性的单拷贝的接合型质粒 62106D，94.5kb，相当于核染色体DNA2%的环状双链DNA，其中1/3基因（tra区）与接合作用有关。,.,26,R质粒（resistance factor） 又称抗药性质粒或耐药性质粒 具有使宿主菌对链霉素、四环素等抗生素产生抗药性的基因群 由抗性转移因子（RTF）和抗性决定R因子组成。 RTF，11MD，控制质粒拷贝数及复制，可使耐药性自一菌转移至另

8、一菌；R因子大小不固定，几MD到100MD，含抗性基因。,.,27,.,28,又称大肠杆菌素因子 大肠杆菌中发现，含编码大肠杆菌素的基因 大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。,Col质粒（Col plasmid）,凡带Col因子的菌株，由于质粒本身编码一种免 疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。,.,29,松弛型质粒,（relaxed plasmid）,严紧型质粒,（stringent plasmid）,复制受到宿主细胞的严格控制，只在细胞周期的一定阶段进行,复制不受到宿主细胞的严格控制，在整个细胞周期

9、随时可以复制,.,30,接合型质粒：只能使细菌接合，本身不被传递，含自我复制基因，接合基因,可移动型质粒：可被动传递，不能使细菌接合,传递性质粒：兼有接合和可移动的双重性质,.,31,质粒的生物学特性,.,32,（一）质粒的大小和拷贝数,1.质粒的大小：以分子质量MD或碱基对数kb表示，1MD的双链DNA=1.65kb。 质粒的大小一般在1-200kb，最大的可达1400kb(如苜蓿根瘤菌质粒pRm141a),.,33,2.质粒的拷贝数（copy number）：指同一质粒在每个细胞中的数量，不同的质粒在同一细胞中的拷贝数有差异。,复制起始点,+,调控元件,是确定某种质粒特性的一个重要参数 复

10、制子决定其拷贝数,.,34,质粒大小和类型,.,35,(二)质粒转移性 概念：指质粒能从供体细胞把它的一个复本转移到受体细胞 质粒在细菌间的转移，需要供体和受体细胞间的直接接触才能进行，即接合作用 可以在同种属也可以不同种属间转移,.,36,.,37,（三）质粒的复制,复制所需的酶类和复制蛋白 DNA聚合酶的利用 复制的方向性 复制的终止 复制起始 复制型,.,38,复制起点（ori）是一段特定的DNA序列，长约几百碱基对，在其相关的调控元件中含有由质粒或宿主染色体编码的、参与DNA合成起始调控因子的结合位点。 在大多数质粒中，与复制有关的蛋白质基因位于它们的作用位点ori序列附近，因此ori位点周围的小范围DNA是质粒复制所必需的。 如果质粒DNA的大部分区域被去掉，而只保留质粒的ori序列，而且质粒是环状的，则质粒仍然能进行复制。分子克隆中利用质粒载体的结构基础。,.,39,质粒的复制型,型复制（主） 单向复制 双向