原核生物基因組結(jié)構(gòu)和基因

關(guān)于原核生物基因組結(jié)構(gòu)和基因第1頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三原核真核多順?lè)醋硬倏v子單順?lè)醋觾?nèi)含子第2頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和基因細(xì)菌染色體質(zhì)粒真核染色體第3頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第4頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三質(zhì)粒(plasmids)

細(xì)菌染色體外的共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子．分子量約為２—100×106D.攜帶1—100個(gè)基因,一個(gè)菌細(xì)胞可有一至數(shù)十個(gè)質(zhì)粒。Structureofabacteriumhighlightingthebacterialplasmid.第5頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第6頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)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(xì)胞分裂時(shí)，可以不依賴于細(xì)菌染色體而獨(dú)立進(jìn)行自我復(fù)制，也可以插入到細(xì)菌染色體中與染色體一道進(jìn)行復(fù)制；3、質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、或接合作用而由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，使兩個(gè)細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；4、質(zhì)粒對(duì)于細(xì)胞生存并不是必要的。第7頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一細(xì)菌核質(zhì)體細(xì)菌基因組必須經(jīng)過(guò)壓縮才能適應(yīng)細(xì)胞容量通過(guò)DNA重復(fù)序列rep附著在核質(zhì)體蛋白上類似真核組蛋白第8頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三細(xì)菌擬核（nucleoid）的突環(huán)結(jié)構(gòu)

RNA-蛋白質(zhì)核心突環(huán)由雙鏈DNA結(jié)合堿性蛋白質(zhì)組成平均一個(gè)突環(huán)含有約40kbDNA第9頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三細(xì)菌DNA：長(zhǎng)度：一般為：1—3mm例：大腸桿菌的DNA長(zhǎng)約1mm。

生長(zhǎng)迅速的細(xì)菌在核分裂之后細(xì)胞往往來(lái)不及分裂,所以細(xì)胞中常有2—4個(gè)核，而生長(zhǎng)緩慢的細(xì)菌細(xì)胞中一般只有1—2個(gè)核，不在染色體復(fù)制時(shí)期一般是單倍體。功能：負(fù)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(gòu)成的無(wú)核膜、核仁的區(qū)域第10頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(Bacillusmegaterium)

ProkaryoticCell

第11頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ExamplesofnucleoidstructureanddistributioninSulfolobuscells.

第12頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二核質(zhì)體超螺旋化正超螺旋負(fù)超螺旋通過(guò)EB結(jié)合實(shí)驗(yàn)可以判斷螺旋情況第13頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第14頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三每一個(gè)結(jié)構(gòu)域由一個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)域，保證了細(xì)菌核質(zhì)體的穩(wěn)定。每一個(gè)細(xì)菌基因組約100個(gè)左右的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)約40KbDNA第15頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三細(xì)菌中的環(huán)狀DNA分子通常呈負(fù)超螺旋，負(fù)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(jié)構(gòu)可以防止DNA在高溫中變性。第16頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、拓?fù)洚悩?gòu)酶通過(guò)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(lái)更正DNA連環(huán)數(shù)的酶。第17頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三拓?fù)洚悩?gòu)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(shí)的單鏈的斷裂和連接，它們不需要能量輔因子如ATP或NAD。拓?fù)洚悩?gòu)酶II能同時(shí)斷裂并連接雙股DNA鏈．它們通常需要能量輔因子ATP。在拓?fù)洚悩?gòu)酶II中又可以分為兩個(gè)亞類：一個(gè)亞類是DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNAgyrase)，其主要功能為引入負(fù)超螺旋，在DNA復(fù)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(zhuǎn)酶．另一個(gè)亞類是轉(zhuǎn)變超螺旋DNA(包括正超螺旋和負(fù)超螺旋)成為沒(méi)有超螺旋的松弛形式(relaxedform)。這一反應(yīng)雖然是熱力學(xué)上有利的方向，但不知道為什么它們?nèi)匀幌馜NA旋轉(zhuǎn)酶一樣需要ATP，這可能與恢復(fù)酶的構(gòu)象有關(guān)。這一類酶在原核生物和真核生物中都有發(fā)現(xiàn)。第18頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第19頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三拓?fù)洚悩?gòu)酶可以將復(fù)制后交聯(lián)的DNA環(huán)分開，有助于細(xì)胞分裂時(shí)DNA的平均分配。如用抗生素阻止拓?fù)洚悩?gòu)酶編碼基因gyrA和gyrB表達(dá)，將可能引起細(xì)胞死亡。第20頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四其他結(jié)合DNA的蛋白質(zhì)Hu蛋白Hi蛋白P蛋白…第21頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三五、抗生素抑制細(xì)胞生長(zhǎng)第22頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.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(jìng)爭(zhēng)作用第23頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第24頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第25頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.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(gè)G作用對(duì)象無(wú)原核真核區(qū)分，一般用于腫瘤治療第26頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.抗生素作用于DNA結(jié)構(gòu)吖啶類染料吖啶黃、吖啶橙等類胸腺嘧啶錯(cuò)誤插入引起錯(cuò)配第27頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.抗生素作用于旋轉(zhuǎn)酶GyrA抑制GyrB抑制第28頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三六、原核生物的基因基因組結(jié)構(gòu)重疊基因第29頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三重疊基因在表達(dá)時(shí)利用不同閱讀框。重疊基因及基因內(nèi)基因的現(xiàn)象反映了原核生物利用有限的遺傳資源表達(dá)更多生物功能的能力。第30頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ф×174噬菌體的基因結(jié)構(gòu)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(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第32頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)細(xì)菌染色體復(fù)制復(fù)制起始復(fù)制終止終止區(qū)（ter)復(fù)制叉雙向碰頭停止復(fù)制Tus蛋白結(jié)合ter區(qū)，抑制解旋酶活性，阻止DNAB蛋白移動(dòng)，阻止復(fù)制叉移動(dòng)，等待另外一個(gè)復(fù)制叉到來(lái)。第33頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第34頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三細(xì)胞分裂與染色體復(fù)制協(xié)同復(fù)制后兩個(gè)子代DNA的分離利用拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ或者重組酶完成。一條分子發(fā)生斷裂，利用斷口跨過(guò)另外一條DNA分子，從而分開兩條分子。第35頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三復(fù)制后染色體的精確分配目前機(jī)制不清楚質(zhì)粒的精確分配由ParA和ParB蛋白完成。第36頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三染色體復(fù)制與細(xì)胞分裂協(xié)同第37頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三細(xì)胞周期與染色體復(fù)制協(xié)同DnaA蛋白合成的調(diào)節(jié)DnaA結(jié)合到oriC區(qū)啟動(dòng)復(fù)制復(fù)制的起始可能與DnaA的最低濃度有關(guān)但是細(xì)胞生長(zhǎng)快慢不一致時(shí)，DnaA濃度確一致，因此可能還有其他因子的輔助功能。第38頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Dam甲基化酶對(duì)復(fù)制起始的鎖定。全甲基化的oriC區(qū)能啟動(dòng)復(fù)制，半甲基化的oriC區(qū)易于細(xì)胞膜結(jié)合可能使復(fù)制過(guò)程等待細(xì)胞分裂進(jìn)程同時(shí)甲基化也能調(diào)控DnaA蛋白的合成第39頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)噬菌體噬菌體（phage,bacteriophage）即原核生物的病毒，包括噬細(xì)菌體（bacteriophage）,噬放線菌體（actinophage)噬藍(lán)細(xì)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(yīng)的噬菌體。第40頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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(wú)尾，大頂衣殼粒⑤E型，ssRNA，球狀，無(wú)尾，小頂衣殼粒⑥F型，ssDNA，絲狀，五頭尾第41頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第42頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第43頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三噬菌體構(gòu)造第44頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、噬菌體裂解發(fā)育循環(huán)第45頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三早期基因、中期基因、晚期基因第46頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T4噬菌體基因表達(dá)第47頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三噬菌體DNA復(fù)制M13復(fù)制單鏈DNA--RF--切開小口--滾環(huán)復(fù)制第48頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第49頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三λ噬菌體復(fù)制宿主細(xì)胞中呈環(huán)狀復(fù)制先θ型復(fù)制，然后滾環(huán)復(fù)制，入口處A蛋白識(shí)別cos位點(diǎn)，切割后包裝第50頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第51頁(yè)，共55頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T7噬菌