原核生物基因組及其表達(dá)詳解演示文稿

原核生物基因組及其表達(dá)詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期二優(yōu)選原核生物基因組及其表達(dá)現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期二ColsedcircularDNA負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋DNA在形成單鏈缺口后可變成松弛型DNA現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期二細(xì)菌DNA也與某些特殊蛋白結(jié)合，形成類似真核生物染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)Hu蛋白與組蛋白相似,包裹DNA細(xì)菌染色體上只有一個(gè)復(fù)制啟始區(qū)(oriC)，復(fù)制過程是朝復(fù)制終點(diǎn)雙向進(jìn)行的，所以一個(gè)細(xì)菌染色體就叫做一個(gè)復(fù)制子?，F(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期二二、細(xì)菌DNA復(fù)制的主要酶類細(xì)菌DNA的復(fù)制過程受許多酶或蛋白質(zhì)因子的調(diào)節(jié)，但目前對(duì)它們控制染色體復(fù)制過程的確切機(jī)制還不很清楚。根據(jù)對(duì)大腸桿菌的遺傳和生化研究，至少有18種不同基因的產(chǎn)物直接參與細(xì)菌染色體的復(fù)制過程.現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期二（一）直接參與復(fù)制叉形成的蛋白質(zhì)1、單鏈結(jié)合蛋白（single-strandbindingprotein，SSB）使DNA雙鏈松弛，但不能解螺旋，可促進(jìn)。。單鏈結(jié)合蛋白與DNA高親和性地結(jié)合可以保護(hù)單鏈DNA部分不被核酸酶水解。單鏈結(jié)合蛋白可以加強(qiáng)單鏈DNA對(duì)DNA聚合酶的親和力，DNA聚合酶前進(jìn)時(shí)，會(huì)置換出結(jié)合在單鏈上SSB蛋白。次級(jí)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期二2、DnaB蛋白：DNA螺旋酶(helicase)在DNA復(fù)制、修復(fù)、重組以及接合過程中，DNA兩條互補(bǔ)鏈必須部分分開以形成單鏈DNA中間體，即解旋。該過程是由DNA螺旋酶催化完成的。SSB，primase,四種核苷三磷酸可提高活性。螺旋酶具有依賴DNA的ATPase活性，可把ATP水解產(chǎn)生的自由能轉(zhuǎn)化為解旋DNA并使螺旋酶本身沿DNA鏈移動(dòng)的機(jī)械能?，F(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期二3、DnaG引物酶---RNA聚合酶提高DnaB蛋白與模板的結(jié)合與穩(wěn)定１０－６０ｂｐ；功能？功能：合成岡崎片斷的引物RNA現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期二4、DNA聚合酶ⅢpolymoraseDNA聚合酶Ⅲ是真正負(fù)責(zé)大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)合成DNA的復(fù)制酶。

DNA聚合酶Ⅲ全酶由α、β、γ、δ、ε、θ、τ、δ’、χ和ψ10種不同的亞基組成?，F(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期二

功能：？？DNA聚合酶Ⅲ全酶在細(xì)胞中的含量很少，在每個(gè)細(xì)胞中只有10－20個(gè)拷貝的全酶（holoenzyme）。DNA聚合酶Ⅲ至少含有3種重要的酶活性。即5’3’DNA聚合酶活性、3’5’外切核酸酶活性和依賴DNA的ATP酶活性。是除掉增長(zhǎng)鏈前端的非互補(bǔ)的核昔酸，提高DNA合成的精確性。DNA聚合酶Ⅲ不具有5’3’外切核酸酶活性(活體內(nèi))。現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期二5、DNA聚合酶Ⅰ

大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ是第一個(gè)被鑒定的DNA聚合酶，它是由polA基因編碼的103kDa的單鏈多肽。當(dāng)?shù)孜锖湍０宕嬖跁r(shí)，DNA聚合酶Ⅰ可使脫氧核糖核苷酸依次加到具有3’－OH末端的多核苷酸鏈上?，F(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期二DNA聚合酶Ⅰ是一個(gè)多功能酶，它可以催化以下的反應(yīng)：？？

1、DNA鏈沿5’→3’方向的延長(zhǎng)（DNA聚合酶活性）。2、從3’端水解DNA鏈（3’→5’外切核酸酶活性）。3、從5’端水解DNA鏈（5’→3’外切核酸酶活性）?，F(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期二6、DNA連接酶ligase？？

催化兩段相鄰DNA片段的3‘一OH和5’磷酸基末端的連接反應(yīng)現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期二（二）在OriC位點(diǎn)起始DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)1、Dna蛋白DnaA蛋白為一種具有復(fù)制子特異性的啟始因子，同時(shí)也是細(xì)菌DNA復(fù)制所必需的蛋白質(zhì)，它識(shí)別oriC的DNA序列，并同oriC進(jìn)行特異結(jié)合。2、DnaC蛋白DnaC蛋白對(duì)DnaB與ssDNA穩(wěn)定起促進(jìn)作用?，F(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期二3、DNA回旋酶gyrase在DNA復(fù)制的起始、延長(zhǎng)、終止起著關(guān)鍵作用。作用：催化依賴ATPDNA超螺旋化催化依賴DNA的ATP的水解在ATP存在，催化負(fù)超螺旋的松弛。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期二

(三)終止DNA復(fù)制過程的蛋白質(zhì)

細(xì)菌DNA的復(fù)制終止過程可能需要數(shù)種不同的終止蛋白。在大腸桿菌中，染色體復(fù)制終止過程需要一種叫做Tus蛋白的終止因子?，F(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期二三、細(xì)菌DNA復(fù)制的模型

（一）大腸桿菌oric的結(jié)構(gòu)在這一區(qū)域中，能夠使DNA自動(dòng)復(fù)制的最小片段為245bp。

現(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期二大腸桿菌的最小oriC序列中存在5段9bp的結(jié)構(gòu)高度保守的序列，DnaA蛋白與這5個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，所以這5個(gè)位點(diǎn)又叫DnaA框(DnaAbox).

大腸桿菌最小oriC序列的另一特征是其中存在許多GATC位點(diǎn)，這種位點(diǎn)是Dam甲基化酶作用的目標(biāo)位點(diǎn)，所以叫做dam位點(diǎn)。在oriC中還存在與膜蛋白結(jié)合的位點(diǎn)現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期二（二）細(xì)菌染色體DNA的復(fù)制1、oric組裝和活化DnaA蛋白結(jié)合——促進(jìn)DnaB解螺旋和SSB蛋白與ssDNA結(jié)合——DnaG引物酶合成引物RNA——合成岡崎片斷現(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期二2、復(fù)制叉的延長(zhǎng)合成引物后——延長(zhǎng)DnaA聚合酶3和引物體——復(fù)制體replisome岡崎片斷：DnaB解螺旋、DnaG引物酶、SSB蛋白、DnaA聚合酶3復(fù)制體的兩個(gè)活動(dòng)中心：現(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期二3、DNA復(fù)制的終止復(fù)制叉雙向移動(dòng)——最后在與oriC相對(duì)的復(fù)制終止子ter終止?，F(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期二四、質(zhì)粒的一般特征及其復(fù)制調(diào)節(jié)

質(zhì)粒：1-多個(gè)雙鏈DNA小環(huán)，只有少數(shù)基因，依賴于主染色體獨(dú)立復(fù)制。附加體episome:也可以插入到細(xì)菌染色體中。某些質(zhì)粒和附加體可以通過conjuction細(xì)菌結(jié)合傳遞信息?，F(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期二拷貝數(shù)分類：singlecopyplasmidMulticopyplasmid

細(xì)胞中質(zhì)粒的拷貝數(shù)還與質(zhì)粒的不相容性(imcompatibility)有關(guān)。質(zhì)粒不相容性是指在一組質(zhì)粒中，其成員不能共存于同一細(xì)菌細(xì)胞中的現(xiàn)象?，F(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期二第二節(jié)細(xì)菌基因組的轉(zhuǎn)錄與翻譯

一、與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶enzyme(一)依賴與DNA的RNA聚合酶原核生物只有一種RNA聚合酶,由4-5個(gè)亞基組成。其活性受到利福平(rifampicin)和利迪鏈菌素(streptolydigin)的抑制。現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期二RNA聚合酶分子量為440kD，由4個(gè)亞基組成，各個(gè)亞基的分子量分別為160kD,150kD,70kD和40kDaδ亞基是RNA聚合酶的核心酶，它催化RNA鏈延長(zhǎng)，現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期二(二)CAP因子及其識(shí)別位點(diǎn)CAP(代謝降解物激活蛋白)因子與cAMP(環(huán)腺苷酸)結(jié)合的蛋白，控制某些操眾元的表達(dá)。CAP與lac識(shí)別位點(diǎn)結(jié)合提高轉(zhuǎn)錄水平50倍。

通常認(rèn)為，CAP因子、a因子以及核心RNA相連成一線，各自覆蓋各自的識(shí)別位點(diǎn).現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期二(三)其它輔助因子在大腸桿菌中：1、H因子，影響聚合酶活性。H1和H2因子結(jié)合在一起時(shí)，其增效作用比單獨(dú)存在時(shí)高許多倍。2、Hu因子3、D因子現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期二(四)核糖體對(duì)轉(zhuǎn)錄的作用在許多細(xì)菌中，當(dāng)編碼蛋白質(zhì)的基因開始轉(zhuǎn)錄以后，核糖體必須迅速結(jié)合到延長(zhǎng)的RNA鏈上，轉(zhuǎn)錄才能進(jìn)行。mRNA.現(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期二在活體條件下，RNA啟始合成的位點(diǎn)在基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游，RNA聚合酶中的δ單位與這一位點(diǎn)結(jié)合，形成啟始復(fù)合體，所以叫做啟動(dòng)子。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游第10個(gè)堿基的位置，即一10位,為TATAAAT.第二段位于這一位點(diǎn)上游25個(gè)堿基的位置即一35位,為RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn).二、轉(zhuǎn)錄啟始、延長(zhǎng)與終止

(一)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特征現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期二（二）轉(zhuǎn)錄啟始1、RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合---關(guān)閉復(fù)合體。2、關(guān)閉復(fù)合體---開放復(fù)合體—合成RNA1、活化子----CAP蛋白協(xié)助RNA聚合酶結(jié)合。NTRC蛋白，作用于前面之后。2、受DNA超螺旋影響。3、DNAmethylation，也改變轉(zhuǎn)錄頻率。

4、轉(zhuǎn)錄啟始過程還受許多其他因子的調(diào)節(jié)，特別是那些編碼分解代謝功能的操縱元，當(dāng)細(xì)胞處于與某種代謝途徑有關(guān)的基質(zhì)中時(shí)，這類操縱元才能表達(dá)。現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期二（三）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)

新和成的轉(zhuǎn)錄子達(dá)8-9個(gè)核苷酸-----進(jìn)入延長(zhǎng)期。RNA鏈延長(zhǎng)既是一種由酶催化的多聚化反應(yīng)，同時(shí)也是一種拓?fù)鋵W(xué)反應(yīng)(topologicalreaction)。1、б因子脫離復(fù)合體,提高聚合酶活性。2、RNA聚合酶的構(gòu)型變化。3、拓?fù)渥兓?、轉(zhuǎn)錄復(fù)合體穩(wěn)定性增加?，F(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期二（四）轉(zhuǎn)錄終止原核生物有2類1、內(nèi)向終止。一連串AAA2、需要р因子蛋白?，F(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期二（五）細(xì)菌中RNA合成與蛋白質(zhì)合成的偶聯(lián)

在同一操縱元中，一個(gè)基因的多膚鏈終止密碼對(duì)下游基因的轉(zhuǎn)錄具有重要影響。即使這些基因的編碼序列并不由任何終止密碼隔斷，其轉(zhuǎn)錄效率也非常低。這種上游基因的終止密碼干擾下游基因轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象叫做遺傳極性(geneticpolarity)。1、同一操縱元，上游基因的終止密碼對(duì)下游基因的轉(zhuǎn)錄有重要影響。2、р因子蛋白?，F(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期二（六）RNA轉(zhuǎn)錄后加工1、有些RNA轉(zhuǎn)錄后可直接參與蛋白的合成。2、有些RNA轉(zhuǎn)錄子含有幾個(gè)RNA，需要切割和加工。rRNA轉(zhuǎn)錄子由RNA聚合酶3切割。前體RNA中的tRNA分子由RNA聚合酶3切割?，F(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期二三、翻譯啟始

（一）翻譯起始復(fù)合體的結(jié)構(gòu)細(xì)菌中mRNA有一個(gè)核糖體結(jié)合位點(diǎn)—SD序列，其同感序列為AGGAGGU，為于翻譯起始點(diǎn)上游幾個(gè)堿基位置。翻譯起始復(fù)合體：70S核糖體，啟始tRNA（fmet-tRNA），mRNA3種啟始因子（initiationfactor）：IF-1，IF-2，IF-3，不參與延長(zhǎng)?，F(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期二（二）mRNA的次級(jí)結(jié)構(gòu)決定翻譯起始1、核糖體結(jié)合位點(diǎn)序列都能折疊成次級(jí)結(jié)構(gòu)，次級(jí)結(jié)構(gòu)不打開，核糖體就不能起始?，F(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期二（三）多順反子mRNA的不等翻譯及調(diào)節(jié)1、雖然原核生物的mRNA通常都是多順反子結(jié)構(gòu)，多順反子編碼的各種蛋白不等量和成。核糖體同RNA分子上不同順反子的翻譯起點(diǎn)結(jié)合的速率不同。響翻譯的因素是細(xì)胞中與某些密碼子相對(duì)應(yīng)的tRNA的含量很低在這些密碼上停留的時(shí)間較長(zhǎng)，以待某些稀有tRNA擴(kuò)散進(jìn)來。2、在多順反子翻譯有時(shí)3’順反子比5‘順反子效率高?，F(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期二（四）反義RNA對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)

1、大多數(shù)反式作用調(diào)節(jié)子都是蛋白質(zhì)，但是某些小RNA分子也可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)。2、可通過擴(kuò)散到達(dá)把位點(diǎn)，與其互補(bǔ)來調(diào)節(jié)，形成雙鏈區(qū)而行使功能。。

3、反義RNA（antisenseRNA）與mRNA結(jié)合：堵核糖體結(jié)合位點(diǎn),或形成內(nèi)切核酸酶的作用為點(diǎn),形成終止子?，F(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期二現(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期二第三節(jié)操縱元的調(diào)節(jié)表達(dá)在細(xì)菌中，絕大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的基因都以操縱元的形式組織在一起，許多操縱元在調(diào)節(jié)表達(dá)方面都有相似之處，但不同操縱元也都有各自不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和調(diào)節(jié)表達(dá)方式?，F(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期二第三節(jié)操縱元的調(diào)節(jié)表達(dá)

一、操縱元調(diào)節(jié)表達(dá)的一般模型誘導(dǎo)操縱元:在誘導(dǎo)型操縱元中，有些操縱元的操作子通常與一種抑制蛋白結(jié)合，所以在正常情況下并不表達(dá)，只有當(dāng)某種誘導(dǎo)物(一種小分子化合物)與抑制蛋白(反作用子)結(jié)合后，抑制物的構(gòu)型發(fā)生變化并脫離操作子，操縱元才能轉(zhuǎn)錄。抑制操縱元抑制型操縱元只有一種，即負(fù)控制抑制型操縱元。這種操縱元一般都能轉(zhuǎn)錄，當(dāng)一種小分子的輔抑制物與一種抑制物蛋白結(jié)合后，這種復(fù)合體再結(jié)合到操作子上而抑制轉(zhuǎn)錄過程。

現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期二一般來說,抑制型操縱元編碼小分子化合物和成有關(guān)的酶。誘導(dǎo)型操縱元編碼一些與分解代謝有關(guān)的酶。操縱元的突變研究。現(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期二二、乳糖操縱元的負(fù)控制和正控制誘導(dǎo)表達(dá)

乳糖操縱元(lacoperon)含有三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，它們分別編碼與乳糖的吸收和分解有關(guān)的酶類。在這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因的上游依次為操作子、啟動(dòng)子、CAP蛋白結(jié)合位點(diǎn)以及一個(gè)編碼抑制蛋白的結(jié)構(gòu)基因即所謂的調(diào)節(jié)基因?，F(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期二由lac操縱元編碼的酶的合成既可以被誘導(dǎo)也可以被抑制。如果將大腸桿菌細(xì)胞在只以葡萄糖作為碳源和能源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其細(xì)胞中乳糖滲透酶的活性都很低。如果將這些細(xì)胞再轉(zhuǎn)移到含有乳糖的培養(yǎng)基上，則乳糖滲透酶的活性在20分鐘內(nèi)可增加一千倍。如果將細(xì)菌從含有乳糖的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到含有葡萄糖的培養(yǎng)基上，乳糖滲透酶合成則迅速被關(guān)閉或被抑制。lac操縱元控制表達(dá)有兩種方式，第一種方式是當(dāng)培養(yǎng)基中存在乳糖時(shí)，抑制蛋白脫離操作子，這就是所謂的抑制蛋白的負(fù)控制誘導(dǎo);第二種方式是由CAP蛋白與DNA結(jié)合所調(diào)節(jié)的正控制誘導(dǎo)?，F(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期二三、色氨酸操縱元與弱化反應(yīng)attenuation

細(xì)菌基因組中存在數(shù)種與氨基酸合成有關(guān)的操縱元，其轉(zhuǎn)錄既可以受氨基酸自身的抑制，也可以受有關(guān)氨基酸衍生物的抑制，所以只要培養(yǎng)基中有足量氨基酸存在，這些操縱元就無須表達(dá)。色氨酸本身并不是一種誘導(dǎo)物，而是一種輔抑制物，即它活化一種特殊的抑制物，從而阻止色氨酸操縱元的轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期二弱化作用(attenuation)：當(dāng)色氨酸含量豐富，載有色氨酸的氨酞tRNA濃度高時(shí)，由前導(dǎo)序列中可讀框編碼的RNA能夠正常翻譯，從而抑制trp操縱元的其他部分轉(zhuǎn)錄，所以就把這種現(xiàn)象叫做。而把這段能中止RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)域叫做弱化子或弱化基因(attenuator)?，F(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期二Trpoperon結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期二四、核糖體蛋白操縱元與翻譯自動(dòng)調(diào)節(jié)

在大腸桿菌中，70s核糖體由55種不同蛋白質(zhì)組成，其中大亞基有31，編碼這些蛋白質(zhì)的基因連鎖在幾個(gè)不同的操縱元中?，F(xiàn)在知道，大腸桿菌中所有核糖體蛋白都是等量合成，但其合成的調(diào)節(jié)機(jī)制目前還不很清楚?，F(xiàn)在是53頁\一共有59頁\編輯于星期二所有核糖體蛋白成分都不是來自同一操縱元，編碼rRNA的基因和核糖體蛋白的基因分散在細(xì)菌染色體的不同區(qū)域。協(xié)調(diào)蛋白質(zhì)和rRNA合成的機(jī)制是，在核糖體