第二章 原核生物基因组 PPT
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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，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
24
质粒的分类
➢F质粒
功能
➢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 ➢62×106D，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 。
第二章 原核生物基因组
1
原核生物的概念
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。
2
※（一）原核生物基因组的特征
1.基因组分子质量较小 6.结构基因无重叠现象
2.环状双链DNA分子 3.具有类核结构
7.具有编码同工酶的 不同基因
没有乳糖存在时
14
I CAP RPPNolA. O Z
Y A RNA
Pol.
？ Inducer
仅有乳糖存在时
（半乳糖）
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
6
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。
7
乳糖操纵子(lac operon)的结构
结构基因
I Z YA
Z： β-半乳糖苷酶
Y： 透性酶
I
A： 乙酰基转移酶
8
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但
9
乳糖
透 性 酶
乳糖
β-半乳糖苷酶
半乳糖 + 葡萄糖
乙酰辅酶A 辅酶A
乙酰基转移酶
乙酰半乳糖
lac Y基因编码
lac Z基因编码 lac A基因编码
10
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控序列
结构基因 终Fra Baidu bibliotek序列
I CAP RPNoPlA. O Z
YA
Promoter Operator
CAP结合位点
29
复制机制
松弛型质粒
（relaxed plasmid）
复制不受到宿主细胞的严格控制， 在整个细胞周期随时可以复制
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
30
转移方式
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
➢ 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 至另一位点的DNA 序列称为转座因子,又 称可转座元件。
4.广泛存在操纵子结构 8.具有可移动的DNA序列
5.多为单拷贝
9.非编码区内主要是
一些调控序列
3
1.基因组分子质量较小
➢一般在106~107bp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
4
大肠杆菌的类核结构模型
松弛DNA环
+RNA
5
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
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
阻遏蛋白的负性调节
I CAP RNPA O Z
Pol.
YA
Gene : OFF No mRNA products
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 性自一菌转移至另一菌；R因子大小不固定，几MD 到100MD，含抗性基因。
• 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 19 女科学家B.MClintock
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
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)
27
28
➢
Col质粒（Col plasmid）
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。
➢ 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。
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。
*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，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
24
质粒的分类
➢F质粒
功能
➢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 ➢62×106D，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 。
第二章 原核生物基因组
1
原核生物的概念
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。
2
※（一）原核生物基因组的特征
1.基因组分子质量较小 6.结构基因无重叠现象
2.环状双链DNA分子 3.具有类核结构
7.具有编码同工酶的 不同基因
没有乳糖存在时
14
I CAP RPPNolA. O Z
Y A RNA
Pol.
？ Inducer
仅有乳糖存在时
（半乳糖）
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
6
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。
7
乳糖操纵子(lac operon)的结构
结构基因
I Z YA
Z： β-半乳糖苷酶
Y： 透性酶
I
A： 乙酰基转移酶
8
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但
9
乳糖
透 性 酶
乳糖
β-半乳糖苷酶
半乳糖 + 葡萄糖
乙酰辅酶A 辅酶A
乙酰基转移酶
乙酰半乳糖
lac Y基因编码
lac Z基因编码 lac A基因编码
10
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控序列
结构基因 终Fra Baidu bibliotek序列
I CAP RPNoPlA. O Z
YA
Promoter Operator
CAP结合位点
29
复制机制
松弛型质粒
（relaxed plasmid）
复制不受到宿主细胞的严格控制， 在整个细胞周期随时可以复制
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
30
转移方式
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
➢ 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 至另一位点的DNA 序列称为转座因子,又 称可转座元件。
4.广泛存在操纵子结构 8.具有可移动的DNA序列
5.多为单拷贝
9.非编码区内主要是
一些调控序列
3
1.基因组分子质量较小
➢一般在106~107bp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
4
大肠杆菌的类核结构模型
松弛DNA环
+RNA
5
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
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
阻遏蛋白的负性调节
I CAP RNPA O Z
Pol.
YA
Gene : OFF No mRNA products
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 性自一菌转移至另一菌；R因子大小不固定，几MD 到100MD，含抗性基因。
• 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 19 女科学家B.MClintock
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
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)
27
28
➢
Col质粒（Col plasmid）
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。
➢ 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。
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。