原核生物基因组结构和基因.ppt

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1、关于原核生物基因组结构和基因现在学习的是第1页，共55页 原核 真核 多顺反子 操纵子 单顺反子 内含子现在学习的是第2页，共55页第一节 细菌基因组结构和基因 细菌染色体 质粒 真核染色体现在学习的是第3页，共55页现在学习的是第4页，共55页质粒质粒(plasmids) 细菌染色体外的共价闭合环状双链细菌染色体外的共价闭合环状双链DNADNA分子分子量分子分子量约为约为100 100 10 106 6 D.D.携带携带11001100个基因个基因, , 一个菌细胞一个菌细胞可有一至数十个质粒。可有一至数十个质粒。Structure of a bacterium highlighting t

2、he bacterial plasmid.现在学习的是第5页，共55页现在学习的是第6页，共55页1、可以在细胞质中独立于染色体之外（即以游、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离状态）存在，也可以插入到染色体上以附加体的形式存在；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、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；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、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

3、个细胞，使两个细胞都成为带有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；质粒的细胞；4、质粒对于细胞生存并不是必要的。、质粒对于细胞生存并不是必要的。现在学习的是第7页，共55页一 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 类似真核组蛋白现在学习的是第8页，共55页RNA-蛋白质核心蛋白质核心突环由双链突环由双链DNA结合碱结合碱性蛋白质组成性蛋白质组成平均一个突环含有约平均一个突环含有约40 kbDNA现在学习的是第9页，共55页细菌细菌DNADNA：长度：一般为：长度：一般为：1313mmmm例例：大肠杆菌的：大肠杆菌的DN

4、ADNA长约长约1 1mmmm。生长迅速的细菌在核分裂之后细生长迅速的细菌在核分裂之后细胞往往来不及分裂胞往往来不及分裂, ,所以细胞中所以细胞中常有常有2424个核，而生长缓慢的细个核，而生长缓慢的细菌细胞中一般只有菌细胞中一般只有1212个核，不个核，不在染色体复制时期一般是单倍体在染色体复制时期一般是单倍体。功能：功能：负载遗传信息。负载遗传信息。 由大型环状双链由大型环状双链DNADNA纤丝不规则地折叠或缠绕而纤丝不规则地折叠或缠绕而构成的无核膜、核仁的区域构成的无核膜、核仁的区域现在学习的是第10页，共55页 (Bacillus megaterium) Prokaryotic Cel

5、l 现在学习的是第11页，共55页Examples of nucleoid structure and distribution in Sulfolobus cells. 现在学习的是第12页，共55页二 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现在学习的是第13页，共55页现在学习的是第14页，共55页 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现在学习的是第15页，共55页 细菌中的环状DNA分子通常呈

6、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。现在学习的是第16页，共55页三、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。现在学习的是第17页，共55页拓扑异构酶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 gyras

7、e )，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。 现在学习的是第18页，共55页现在学习的是第19页，共55页 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。现在学习的

8、是第20页，共55页四 其他结合DNA的蛋白质 Hu蛋白 Hi蛋白 P蛋白 现在学习的是第21页，共55页五、抗生素抑制细胞生长现在学习的是第22页，共55页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竞争作用现在学习的是第23页，共55页现在学习的是第24页，共55页现在学习的是第25页，共55页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，一般用于肿瘤治疗现在学习的是第26页，共55页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

9、现在学习的是第27页，共55页4.抗生素作用于旋转酶 GyrA抑制 GyrB抑制现在学习的是第28页，共55页六、原核生物的基因 基因组结构 重叠基因现在学习的是第29页，共55页 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。现在学习的是第30页，共55页174噬菌体的基因结构噬菌体的基因结构HGFJDCA BE蛋白蛋白D 丙丙 谷谷 甘甘 缬缬 蛋蛋 终止终止GCGGAAGGAGTGATGTAATGTCT蛋白蛋白E 精精 赖赖 谷谷 终止终止 起始起始 丝丝 蛋白蛋白J现在学习的是第31页，共55页现在学习的是第32页，

10、共55页第二节 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。现在学习的是第33页，共55页现在学习的是第34页，共55页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。现在学习的是第35页，共55页 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。现在学习的是第36页，共55页染色体复制与细胞分裂协同现在学习的是

11、第37页，共55页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。现在学习的是第38页，共55页 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蛋白的合成现在学习的是第39页，共55页第三节 噬菌体 噬菌体噬菌体（phage,bacteriophage）即原核生物的病毒，包括（bacteriophage）,（actinopha

12、ge)(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。现在学习的是第40页，共55页噬菌体种类 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，五头尾现在学习的是第41页，共55页现在学习的是第42页，共55页现在学习的是第43页，共55页噬菌体构造现在学习的是第44页，共55页一、噬菌体裂解发育循环现在学习的是第45页，共55页 早期基因、中期基因、晚期基因现在学习的是第46页，共5

13、5页T4噬菌体基因表达现在学习的是第47页，共55页噬菌体DNA复制 M13复制 单链DNA-RF-切开小口-滚环复制现在学习的是第48页，共55页现在学习的是第49页，共55页 噬菌体复制 宿主细胞中呈环状复制 先型复制，然后滚环复制，入口处A蛋白识别cos位点，切割后包装现在学习的是第50页，共55页现在学习的是第51页，共55页T7噬菌体复制 线性DNA双链，固定ori位点开始形成复制叉复制 3末端可以互补连接，从而形成多联体，补足缺失的复制信息 切割末端的pac位点，形成单体包装。 T7自身编码所需酶类，但也可由宿主提供现在学习的是第52页，共55页现在学习的是第53页，共55页现在学习的是第54页，共55页9/2/2022感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第55页，共55页