原核生物染色體.doc

擬核存在于原核生物，有類似細(xì)胞核的功能，只有一個位邊界不明顯區(qū)域的環(huán)形DNA分子。內(nèi)含遺傳物質(zhì)。里面的核酸為雙股螺旋形式的環(huán)狀DNA。 一從基因組的組織結(jié)構(gòu)來看，原核生物DNA有以下特征:1、結(jié)構(gòu)簡練。原核生物的DNA絕大部分是用來編碼蛋白質(zhì)，不編碼序列很少。蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝的形式存在。一般而言，蛋白編碼的核苷酸順序是連續(xù)的，中間不被非編碼順序所打斷。一般情況下越簡單的生物，其基因數(shù)目越接近用DNA分子量所估計(jì)的基因數(shù)。這些序列中不表達(dá)的序列通常是用來 控制基因表達(dá)的。 如果扣除基因中的不編碼功能區(qū)，如附著點(diǎn)attP，復(fù)制起點(diǎn)、黏著末端、啟動區(qū)、操縱基因等，幾乎就沒有不編碼的序列了。這點(diǎn)與真核生物明顯不同，據(jù)估算，真核生物不編碼序列可占基因組的90以上。這些不編碼序列，其中大部分是重復(fù)序列。功能密切相關(guān)的基因常高度集中，越簡單的生物，集中程度越高。例如，除已知的操縱子外，噬菌體7 個頭部基因和11 個尾部基因都各自相互鄰接。頭部和尾部基因又相鄰接又如，有關(guān)DNA 復(fù)制基因O 、P ；整合和切離基因int ， xis ；重組基因red 、red ；調(diào)控基因N 、c 、 c 、 c 、 cro 也集中在一個區(qū)域，而且和有關(guān)的結(jié)構(gòu)基因又相鄰近。 10 DNA絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝 2、存在轉(zhuǎn)錄單元。原核生物序列DNA中功能相關(guān)的RNA和 蛋白質(zhì)基因，往往叢集在基因組的一個或幾個特定的部位。形成功能單位或轉(zhuǎn)錄單位，它們可以一起被轉(zhuǎn)錄為含多個MRNA的分子，叫多順反子MRNA。例如見書34頁2補(bǔ)充單順反子是真核基因的轉(zhuǎn)錄形式。一個啟動子后僅具有一個編碼序列。即一種mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)。而多順反子出現(xiàn)于原核生物，即若干個基因由一個啟動子控制，轉(zhuǎn)錄在一條mRNA上。即一條mRNA鏈編碼幾種功能相關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)。3有重疊基因。（1） 一個基因完全在另一個基因里面。如基因A在基因B里面。（2） 部分重疊，如基金C和基因K的部分重疊。（3） 兩個基因只有一個堿基對重疊。如D基因終止密碼子的最后一個堿基是J基因起始密碼子的第一個堿基。舉例見書11、結(jié)構(gòu)基因中無重疊現(xiàn)象（一段DNA序列編碼幾種蛋白質(zhì)多肽鏈）12、基因組中存在可移動的DNA序列，如轉(zhuǎn)座子和質(zhì)粒等 真核生物只有一條鏈能翻譯 ，原核生物兩鏈互為友誼鏈環(huán)狀DNA形成的超螺旋二、原核生物基因組功能的特點(diǎn)：1、染色體不與組蛋白結(jié)合。 2、不同生活習(xí)性下原核生物基因組大小與GC含量的關(guān)系基因組GC含量(G與C所占的比)是基因組組成的標(biāo)志性指標(biāo)。有兩種觀點(diǎn)來解釋不同生物之間GC含量的差異:中性說和選擇說。中性說主要強(qiáng)調(diào)不同生物之間GC含量的差異是由堿基的隨機(jī)突變和漂移造成,擇說則認(rèn)為GC含量的差異是環(huán)境及生物的生活習(xí)性等因素綜合作用的結(jié)果。原核生物基因組大小與GC含量的總體相關(guān)性實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)所分析的原核生物基因組大小大部分都在16Mb范圍內(nèi),而GC含量則一般在20%75%之間，回歸分析顯示,基因組大小與GC含量總體上存在著具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的正相關(guān)寄生生活習(xí)性對維持或增強(qiáng)基因組大小與基因組GC含量的相關(guān)性有較大的作用。3、原核生物中有些基因不是從第一個ATG起始的（如大腸桿菌和枯草桿菌基因）原因：首先，原核生物(包括病毒)的mRNA可以是多順反子,即可以有幾個基因同時被轉(zhuǎn)錄成一mRNA,共同使用一個啟動調(diào)控區(qū);真核生物的mRNA都是單順反子,一個mRNA只攜帶一個基因.真核生物的核糖體從mRNA的5末端向3端滑動時,把所碰到的第一個AUG作為蛋白質(zhì)合成的起始.而原核生物的核糖體從mRNA的5末端向3端滑動時,碰到第一個AUG能 夠起始蛋白質(zhì)的合成,遇到第二個AUG時也能順利完成蛋白質(zhì)的合成.這是造成這兩種細(xì)菌中有一些基因從第二個或更靠后的AUG起始的原因之一. 其次，根據(jù)真核生物蛋白質(zhì)合成起始的機(jī)制,我們認(rèn)為:無論原核還是真核生物,其、mRNA5末端的第一個基因的起始遵從第一ATG規(guī)則;原核生物多順反子的mRNA中,除了第一個基因外,后面的基因可以不遵守這一規(guī)則.這就解釋了為什么這兩種菌中有部分基因不遵從第一ATG規(guī)則. 原核生物基因組DNA鏈組成的非對稱性1堿基組成的非對稱性（1）GC分布不對稱（2）AT分布不對稱2密碼子使用偏好3基因方向性偏好 4基因密度和密碼子使用的差別5突變與修復(fù)偏差和信號序列的分布不同（1）轉(zhuǎn)錄伴隨修復(fù)相關(guān)的突變偏差(bias)和脫氨基事件（2）信號序列等寡核苷酸序列的分布不同。 質(zhì)粒 1.質(zhì)粒：獨(dú)立于細(xì)菌細(xì)胞染色體以外，能自主復(fù)制的共價閉合環(huán)狀DNA分子。作為一個完整的復(fù)制子，在轉(zhuǎn)化細(xì)胞后能自主復(fù)制，并對細(xì)菌的一些代謝活動和抗藥性表型產(chǎn)生重要作用，即給細(xì)菌帶來特殊標(biāo)志。2.質(zhì)粒的特點(diǎn)(1）質(zhì)粒中攜帶許多基因，影響生物學(xué)性狀(2）質(zhì)?？蓮囊粋€細(xì)菌轉(zhuǎn)移至另一個細(xì)菌，其攜帶的遺傳性狀也隨之轉(zhuǎn)移。(3）質(zhì)粒并非細(xì)菌生命活動所必需，其編碼的性狀對細(xì)菌有保護(hù)作用(4）環(huán)狀DNA分子，含復(fù)制啟動子，在其下游具復(fù)制起始點(diǎn)(ori)5）選擇標(biāo)記（如藥物篩選標(biāo)記，Amp、Kpn等）6）多克隆位點(diǎn)polylinker：（單一限制性酶切位點(diǎn)） 7）不相容性:攜帶相同復(fù)制子的質(zhì)粒不能在同一細(xì)菌中共存。8）質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性：可以在同種屬或異種屬之間轉(zhuǎn)移。3.質(zhì)粒的類型按復(fù)制機(jī)制：1）嚴(yán)緊型質(zhì)粒：在“嚴(yán)緊”控制下復(fù)制的質(zhì)粒。它的復(fù)制受到細(xì)胞蛋白的影響。一旦細(xì)胞復(fù)制停止，質(zhì)?？截悢?shù)不能增加。低拷貝數(shù)質(zhì)粒，每一個細(xì)胞只有一個或幾個拷貝。2）松弛型質(zhì)粒：高拷貝數(shù)質(zhì)粒，每個細(xì)胞可含10-200個拷貝。細(xì)胞停止復(fù)制后質(zhì)粒仍可繼續(xù)復(fù)制。按質(zhì)粒功能分型:1）F質(zhì)粒：決定細(xì)菌的性別，能將宿主染色體基因和它本身轉(zhuǎn)移到另外一個宿主中。是一種游離的基因，可以整合到染色體基因組中。 F質(zhì)粒：F質(zhì)粒整合到染色體基因組中，如果切割下來的時候切點(diǎn)不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致質(zhì)粒上帶有宿主菌染色體DNA片段，稱之為F質(zhì)粒。 質(zhì)粒：抗藥性基因包括臨近的兩個DNA分子片段，一個為抗性轉(zhuǎn)移因子（轉(zhuǎn)移基因、DNA復(fù)制基因等）和抗性決定因子（抗青霉素、抗氨芐青霉素等）單獨(dú)的抗性決定因子只有在抗性轉(zhuǎn)移因子作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移。 五、轉(zhuǎn)位因子1.概念：轉(zhuǎn)位因子（transposableelement）可移動的基因成分，即能在一個DNA分子內(nèi)部或兩個DNA分子之間移動的DNA片段。 2.轉(zhuǎn)座子不依賴于供體和受體位點(diǎn)序列間的關(guān)系而定。轉(zhuǎn)座子相對于那些可以從一個基因組轉(zhuǎn)移到另外一個基因組的載體而言，如逆轉(zhuǎn)錄病毒或質(zhì)粒等，轉(zhuǎn)座子只是基因組內(nèi)部的載體類似物，是基因內(nèi)部突變的主要來源。3.轉(zhuǎn)位因子的類型可分為插入序列、轉(zhuǎn)座子、可轉(zhuǎn)座的噬菌體1）插入序列（insertsequence,IS）：插入序列是編碼一種轉(zhuǎn)座所需酶的一種轉(zhuǎn)座子，它的兩側(cè)是短向重復(fù)序列。插入序列的靶序列在插入的過程中被復(fù)制，形成兩個短的正向重復(fù)序列。IS：一個轉(zhuǎn)座酶和兩個反向重復(fù)序列2）轉(zhuǎn)座子（transposon）也是一種轉(zhuǎn)位因子，比IS大（約4500-20000bp）。轉(zhuǎn)座子除了帶有轉(zhuǎn)座的必需的基因外，還可以有編碼轉(zhuǎn)座以外的其他基因。轉(zhuǎn)座子中存在轉(zhuǎn)位酶，可以介導(dǎo)轉(zhuǎn)座子從一個位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個位點(diǎn)。轉(zhuǎn)座子具有一個中xing 區(qū)，其兩側(cè)各有一個IS元件。兩者順序可以相同也可以相反。轉(zhuǎn)座子意義：基因重排、引入突變、產(chǎn)生新的基因六、大腸桿菌在基因工程中的應(yīng)用：將目的片段重組于載體，并將此重組DNA轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞內(nèi)，后者便獲得并表達(dá)重組DNA的遺傳性狀。大腸桿菌由于繁殖快，易培養(yǎng)，故常將其作為受體細(xì)胞。大腸桿菌的遺傳物質(zhì)：染色體DNA相對集中形成類核，全長11001400mm，含4288個開放讀碼框