原核生物基因組結構和基因

關于原核生物基因組結構和基因原核真核多順反子操縱子單順反子內含子第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細菌基因組結構和基因細菌染色體質粒真核染色體第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天質粒(plasmids)

細菌染色體外的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子．分子量約為２—100×106D.攜帶1—100個基因,一個菌細胞可有一至數(shù)十個質粒。Structureofabacteriumhighlightingthebacterialplasmid.第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天1、可以在細胞質中獨立于染色體之外（即以游離狀態(tài)）存在，也可以插入到染色體上以附加體的形式存在；2、在細胞分裂時，可以不依賴于細菌染色體而獨立進行自我復制，也可以插入到細菌染色體中與染色體一道進行復制；3、質?？梢酝ㄟ^轉化、轉導、或接合作用而由一個細胞轉移到另一個細胞，使兩個細胞都成為帶有質粒的細胞；4、質粒對于細胞生存并不是必要的。第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一細菌核質體細菌基因組必須經過壓縮才能適應細胞容量通過DNA重復序列rep附著在核質體蛋白上類似真核組蛋白第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天細菌擬核（nucleoid）的突環(huán)結構

RNA-蛋白質核心突環(huán)由雙鏈DNA結合堿性蛋白質組成平均一個突環(huán)含有約40kbDNA第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天細菌DNA：長度：一般為：1—3mm例：大腸桿菌的DNA長約1mm。

生長迅速的細菌在核分裂之后細胞往往來不及分裂,所以細胞中常有2—4個核，而生長緩慢的細菌細胞中一般只有1—2個核，不在染色體復制時期一般是單倍體。功能：負載遺傳信息。

由大型環(huán)狀雙鏈DNA纖絲不規(guī)則地折疊或纏繞而構成的無核膜、核仁的區(qū)域第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(Bacillusmegaterium)

ProkaryoticCell

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

第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二核質體超螺旋化正超螺旋負超螺旋通過EB結合實驗可以判斷螺旋情況第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天每一個結構域由一個DNA環(huán)組成，環(huán)的兩端固定在蛋白上，一旦DNA出現(xiàn)缺口，解旋只能是局部的，不能傳遞到下一個結構域，保證了細菌核質體的穩(wěn)定。每一個細菌基因組約100個左右的結構域，每個約40KbDNA第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天細菌中的環(huán)狀DNA分子通常呈負超螺旋，負超螺旋含有自由能，可以為打開雙鏈提供能量。唯一含有正超螺旋DNA生物是某些極端高溫（溫泉）環(huán)境中的微生物，這種結構可以防止DNA在高溫中變性。第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天三、拓撲異構酶通過切斷DNA的一條或兩條鏈中的磷酸二酯鍵，然后重新纏繞和封口來更正DNA連環(huán)數(shù)的酶。第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天拓撲異構酶I催化DNA鏈的斷裂和重新連接，每次只作用于一條鏈，即催化瞬時的單鏈的斷裂和連接，它們不需要能量輔因子如ATP或NAD。拓撲異構酶II能同時斷裂并連接雙股DNA鏈．它們通常需要能量輔因子ATP。在拓撲異構酶II中又可以分為兩個亞類：一個亞類是DNA旋轉酶(DNAgyrase)，其主要功能為引入負超螺旋，在DNA復制中起十分重要的作用。迄今為止，只有在原核生物中才發(fā)現(xiàn)DNA旋轉酶．另一個亞類是轉變超螺旋DNA(包括正超螺旋和負超螺旋)成為沒有超螺旋的松弛形式(relaxedform)。這一反應雖然是熱力學上有利的方向，但不知道為什么它們仍然像DNA旋轉酶一樣需要ATP，這可能與恢復酶的構象有關。這一類酶在原核生物和真核生物中都有發(fā)現(xiàn)。第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天拓撲異構酶可以將復制后交聯(lián)的DNA環(huán)分開，有助于細胞分裂時DNA的平均分配。如用抗生素阻止拓撲異構酶編碼基因gyrA和gyrB表達，將可能引起細胞死亡。第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天四其他結合DNA的蛋白質Hu蛋白Hi蛋白P蛋白…第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天五、抗生素抑制細胞生長第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天1.抗生素阻礙前體合成抑制二氫葉酸還原酶：阻止嘌呤和嘧啶合成抑制核糖核苷酸還原酶與dUMP競爭作用第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天2.抗生素阻礙核苷酸的聚合類脫氧核甘酸缺少羥基DNA交聯(lián)絲裂霉素C能夠交聯(lián)兩個G作用對象無原核真核區(qū)分，一般用于腫瘤治療第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天3.抗生素作用于DNA結構吖啶類染料吖啶黃、吖啶橙等類胸腺嘧啶錯誤插入引起錯配第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天4.抗生素作用于旋轉酶GyrA抑制GyrB抑制第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天六、原核生物的基因基因組結構重疊基因第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天重疊基因在表達時利用不同閱讀框。重疊基因及基因內基因的現(xiàn)象反映了原核生物利用有限的遺傳資源表達更多生物功能的能力。第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天ф×174噬菌體的基因結構HGFJDCABE蛋白D

丙谷甘纈蛋終止……GCGGAAGGAGTGATGTAATGTCT……蛋白E

精賴谷終止起始絲

蛋白J第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)細菌染色體復制復制起始復制終止終止區(qū)（ter)復制叉雙向碰頭停止復制Tus蛋白結合ter區(qū)，抑制解旋酶活性，阻止DNAB蛋白移動，阻止復制叉移動，等待另外一個復制叉到來。第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天細胞分裂與染色體復制協(xié)同復制后兩個子代DNA的分離利用拓撲異構酶Ⅱ或者重組酶完成。一條分子發(fā)生斷裂，利用斷口跨過另外一條DNA分子，從而分開兩條分子。第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天復制后染色體的精確分配目前機制不清楚質粒的精確分配由ParA和ParB蛋白完成。第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天染色體復制與細胞分裂協(xié)同第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天細胞周期與染色體復制協(xié)同DnaA蛋白合成的調節(jié)DnaA結合到oriC區(qū)啟動復制復制的起始可能與DnaA的最低濃度有關但是細胞生長快慢不一致時，DnaA濃度確一致，因此可能還有其他因子的輔助功能。第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Dam甲基化酶對復制起始的鎖定。全甲基化的oriC區(qū)能啟動復制，半甲基化的oriC區(qū)易于細胞膜結合可能使復制過程等待細胞分裂進程同時甲基化也能調控DnaA蛋白的合成第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)噬菌體噬菌體（phage,bacteriophage）即原核生物的病毒，包括噬細菌體（bacteriophage）,噬放線菌體（actinophage)噬藍細菌體(cyanophage)等。在自然界中分布廣泛，有原核有原核生物的地方就有相應的噬菌體。第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天噬菌體種類主要為六種主要形態(tài)

①A型，dsDNA，蝌蚪狀，收縮性尾

②B型，dsDNA，蝌蚪狀，非收縮性尾

③C型，dsDNA，非收縮性尾

④D型，ssDNA，球狀，無尾，大頂衣殼粒⑤E型，ssRNA，球狀，無尾，小頂衣殼粒⑥F型，ssDNA，絲狀，五頭尾第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天噬菌體構造第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一、噬菌體裂解發(fā)育循環(huán)第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天早期基因、中期基因、晚期基因第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天T4噬菌體基因表達第47頁,共55頁，2024年2月25日，星期天噬菌體DNA復制M13復制單鏈DNA--RF--切開小口--滾環(huán)復制第48頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第49頁,共55頁，2024年2月25日，星期天λ噬菌體復制宿主細胞中呈環(huán)狀復制先θ型復制，然后滾環(huán)復制，入口處A蛋白識別cos位點，切割后包裝第50頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共55頁，2024年2月25日，星期天T7噬菌體復制線性DNA雙鏈，固