原核生物基因組以及其表達

1、關于原核生物基因組及其表達第一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 細菌基因組及其復制bactirium replication 一、細胞中的擬核 nucleoid: 細菌細胞中的基因組DNA為一種很大的環(huán)狀雙鏈DNA分子，它可以收縮為原來的千分之一，形成叫做擬核(nucleoid )的結構。擬核在功能上與真核細胞的細胞核相似，但在結構上有明顯區(qū)別。第二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月Colsed circular DNA 負超螺旋負超螺旋DNA在形成單鏈缺口后可變成松弛型DNA第三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月細菌DNA也與某些特殊蛋白結合，形成類似真核生物

2、染色質的結構Hu 蛋白 與組蛋白相似,包裹DNA 細菌染色體上只有一個復制啟始區(qū)(oriC )，復制過程是朝復制終點雙向進行的，所以一個細菌染色體就叫做一個復制子。第四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、細菌DNA復制的主要酶類 細菌DNA的復制過程受許多酶或蛋白質因子的調(diào)節(jié)，但目前對它們控制染色體復制過程的確切機制還不很清楚。根據(jù)對大腸桿菌的遺傳和生化研究，至少有18種不同基因的產(chǎn)物直接參與細菌染色體的復制過程.第五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）直接參與復制叉形成的蛋白質1、單鏈結合蛋白（single-strand binding protein，SSB）使DNA

3、雙鏈松弛，但不能解螺旋，可促進。單鏈結合蛋白與DNA高親和性地結合可以保護單鏈DNA部分不被核酸酶水解。單鏈結合蛋白可以加強單鏈DNA對DNA聚合酶的親和力，DNA聚合酶前進時，會置換出結合在單鏈上SSB蛋白。次級結構。第六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、DnaB 蛋白： DNA螺旋酶(helicase)在DNA復制、修復、重組以及接合過程中，DNA兩條互補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)生的自由能轉化為解旋DNA并使螺旋

4、酶本身沿DNA鏈移動的機械能。第七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3、DnaG引物酶-RNA聚合酶提高DnaB 蛋白與模板的結合與穩(wěn)定；功能？功能：合成岡崎片斷的引物RNA第八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4、DNA聚合酶 polymorase DNA聚合酶是真正負責大腸桿菌細胞內(nèi)合成DNA的復制酶。 DNA聚合酶全酶由、和10種不同的 亞基組成。第九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 功能：？ DNA聚合酶全酶在細胞中的含量很少，在每個細胞中只有1020個拷貝的全酶（holoenzyme）。DNA聚合酶至少含有3種重要的酶活性。 即53DNA聚合酶活性、35外切

5、核酸酶活性和依賴DNA的ATP酶活性。是除掉增長鏈前端的非互補的核昔酸，提高DNA合成的精確性。 DNA聚合酶不具有53外切核酸酶活性(活體內(nèi)) 。第十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5、 DNA聚合酶 大腸桿菌DNA聚合酶是第一個被鑒定的DNA聚合酶，它是由polA基因編碼的103 kDa的單鏈多肽。 當?shù)孜锖湍０宕嬖跁r， DNA聚合酶可使脫氧核糖核苷酸依次加到具有3OH末端的多核苷酸鏈上。第十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA聚合酶是一個多功能酶，它可以催化以下的反應：？1、DNA鏈沿5 3方向的延長（DNA聚合酶活性）。2、從3端水解DNA鏈（3 5外切核酸酶活

6、性）。3、從5端水解DNA鏈（ 5 3 外切核酸酶活性）。第十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月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第十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）在OriC位點起始DNA復制的蛋白質1、Dna蛋白DnaA蛋白為一種具有復制子特異性的啟始因子，同時也是細菌DNA復制所必需的蛋白質，它識別oriC的DNA序列，并同oriC進行特異結合。2、 DnaC蛋白DnaC蛋白對DnaB與ssDNA穩(wěn)定起促進作用。第十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3、DNA回旋酶 gyrase在DNA復制的

7、起始、延長、終止起著關鍵作用。作用：催化依賴ATP DNA超螺旋化催化依賴DNA的ATP的水解在ATP存在，催化負超螺旋的松弛。DNA拓撲異構酶第十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 (三)終止DNA復制過程的蛋白質 細菌DNA的復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，染色體復制終止過程需要一種叫做Tus蛋白的終止因子。第十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、細菌DNA復制的模型（一）大腸桿菌oric的結構在這一區(qū)域中，能夠使DNA自動復制的最小片段為245bp。 第十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月大腸桿菌的最小oriC序列中存在5段9bp的結

8、構高度保守的序列，DnaA蛋白與這5個位點結合，所以這5個位點又叫DnaA框(DnaA box). 大腸桿菌最小oriC序列的另一特征是其中存在許多GATC位點，這種位點是Dam甲基化酶作用的目標位點，所以叫做dam位點。在oriC中還存在與膜蛋白結合的位點第十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）細菌染色體DNA的復制1、oric組裝和活化DnaA蛋白結合促進DnaB解螺旋和SSB蛋白與ssDNA結合DnaG引物酶合成引物RNA合成岡崎片斷第十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、復制叉的延長 合成引物后延長DnaA聚合酶

9、3和引物體復制體replisome岡崎片斷： DnaB解螺旋、 DnaG引物酶、 SSB蛋白、DnaA聚合酶3復制體的兩個活動中心：第二十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3、DNA復制的終止復制叉雙向移動最后在與oriC相對的復制終止子ter終止。第二十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月四、質粒的一般特征及其復制調(diào)節(jié)質粒：1-多個雙鏈DNA小環(huán)，只有少數(shù)基因，依賴于主染色體獨立復制。附加體 episome: 也可以插入到細菌染色體中。某些質粒和附加體可以通過conjuction 細菌結合傳遞信息。第二十四張，PPT共六十四

10、頁，創(chuàng)作于2022年6月拷貝數(shù)分類：single copy plasmidMulticopy plasmid 細胞中質粒的拷貝數(shù)還與質粒的不相容性(imcompatibility)有關。質粒不相容性是指在一組質粒中，其成員不能共存于同一細菌細胞中的現(xiàn)象。第二十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 細菌基因組的轉錄與翻譯一、與轉錄有關的酶 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個亞基組成。其活性受到利福平( rifampicin)和利迪鏈菌素(streptolydigin)的抑制。第二十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月R

11、NA 聚合酶分子量為440kD，由4個亞基組成，各個亞基的分子量分別為160kD,150kD, 70kD和40kDa 亞基是RNA聚合酶的核心酶，它催化RNA鏈延長，第二十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月(二) CAP因子及其識別位點 CAP(代謝降解物激活蛋白)因子與cAMP(環(huán)腺苷酸)結合的蛋白，控制某些操眾元的表達。 CAP與lac識別位點結合提高轉錄水平50倍。 通常認為，CAP因子、a因子以及核心RNA相連成一線，各自覆蓋各自的識別位點.第二十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月( 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因子結合在一

12、起時，其增效作用比單獨存在時高許多倍。2、Hu因子3、D因子第二十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月(四) 核糖體對轉錄的作用 在許多細菌中，當編碼蛋白質的基因開始轉錄以后，核糖體必須迅速結合到延長的RNA 鏈上，轉錄才能進行。mRNA.第三十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月在活體條件下，RNA啟始合成的位點在基因轉錄起點上游，RNA聚合酶中的單位與這一位點結合，形成啟始復合體，所以叫做啟動子。轉錄起點上游第10個堿基的位置，即一10位,為TATAAAT.第二段位于這一位點上游25個堿基的位置即一35位,為RNA聚合酶識別位點.二、轉錄啟始、延長與終止(一) 啟動子的結構特

13、征第三十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）轉錄啟始1、RNA聚合酶與啟動子結合-關閉復合體。2、關閉復合體-開放復合體合成RNA1、活化子 -CAP蛋白 協(xié)助RNA聚合酶結合。NTRC蛋白，作用于前面之后。2、受DNA超螺旋影響。3、DNA methylation ，也改變轉錄頻率。 4、轉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，當細胞處于與某種代謝途徑有關的基質中時，這類操縱元才能表達。第三十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）轉錄延長新和成的轉錄子達8-9個核苷酸-進入延長期。RN

14、A鏈延長既是一種由酶催化的多聚化反應，同時也是一種拓撲學反應(topological reaction)。1、因子脫離復合體,提高聚合酶活性。2、RNA聚合酶的構型變化。3、拓撲變化。3、轉錄復合體穩(wěn)定性增加。第三十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）轉錄終止原核生物有2類1、內(nèi)向終止。一連串AAA2、需要因子蛋白。第三十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（五）細菌中RNA合成與蛋白質合成的偶聯(lián) 在同一操縱元中，一個基因的多膚鏈終止密碼對下游基因的轉錄具有重要影響。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錄的

15、現(xiàn)象叫做遺傳極性(genetic polarity)。1、同一操縱元，上游基因的終止密碼對下游基因的轉錄有重要影響。2、因子蛋白。第三十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（六）RNA轉錄后加工1、有些RNA轉錄后可直接參與蛋白的合成。2、有些RNA轉錄子含有幾個RNA，需要切割和加工。rRNA轉錄子由RNA聚合酶3切割。前體RNA中的tRNA分子由RNA聚合酶3切割。第三十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、翻譯啟始（一）翻譯起始復合體的結構細菌中mRNA有一個核糖體結合位點SD序列，其同感序列為AGGAGGU，為于翻譯起

16、始點上游幾個堿基位置。翻譯起始復合體：70S核糖體，啟始tRNA（fmet-tRNA），mRNA3種啟始因子（initiation factor）：IF-1，IF-2，IF-3， 不參與延長。第三十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）mRNA的次級結構決定翻譯起始1、核糖體結合位點序列都能折疊成次級結構，次級結構不打開，核糖體就不能起始。第四十一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（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構，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

17、子的翻譯起點結合的速率不同。響翻譯的因素是細胞中與某些密碼子相對應的tRNA的含量很低在這些密碼上停留的時間較長，以待某些稀有tRNA擴散進來。2、在多順反子翻譯有時3順反子比5順反子效率高。第四十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）反義RNA對翻譯的調(diào)節(jié) 1、大多數(shù)反式作用調(diào)節(jié)子都是蛋白質，但是某些小RNA分子也可以調(diào)節(jié)基因表達。 2、可通過擴散到達把位點，與其互補來調(diào)節(jié)，形成雙鏈區(qū)而行使功能。 3、反義RNA（antisense RNA） 與mRNA結合：堵核糖體結合位點,或形成內(nèi)切核酸酶的作用為點,形成終止子。第四十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，P

18、PT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 操縱元的調(diào)節(jié)表達 在細菌中，絕大多數(shù)編碼蛋白質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)表達方面都有相似之處，但不同操縱元也都有各自不同的結構特點和調(diào)節(jié)表達方式。第四十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 操縱元的調(diào)節(jié)表達一、操縱元調(diào)節(jié)表達的一般模型誘導操縱元: 在誘導型操縱元中，有些操縱元的操作子通常與一種抑制蛋白結合，所以在正常情況下并不表達，只有當某種誘導物(一種小分子化合物)與抑制蛋白(反作用子)結合后，抑制物的構型發(fā)生變化并脫離操作子，操縱元才能轉錄。抑制操縱元 抑制型操縱元只有一種，即負控制抑制型操縱元。這種操縱元一

19、般都能轉錄，當一種小分子的輔抑制物與一種抑制物蛋白結合后，這種復合體再結合到操作子上而抑制轉錄過程。 第四十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一般來說,抑制型操縱元編碼小分子化合物和成有關的酶。誘導型操縱元編碼一些與分解代謝有關的酶。操縱元的突變研究。第四十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、乳糖操縱元的負控制和正控制誘導表達 乳糖操縱元(lac operon )含有三個結構基因，它們分別編碼與乳糖的吸收和分解有關的酶類。在這三個結構基因的上游依次為操作子、啟動子、CAP蛋白結合位點以及一個編碼抑制蛋白的結構基因即所謂的調(diào)節(jié)基因。第四十八張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于202

20、2年6月由lac操縱元編碼的酶的合成既可以被誘導也可以被抑制。如果將大腸桿菌細胞在只以葡萄糖作為碳源和能源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其細胞中乳糖滲透酶的活性都很低。如果將這些細胞再轉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。如果將細菌從含有乳糖的培養(yǎng)基轉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閉或被抑制。lac操縱元控制表達有兩種方式，第一種方式是當培養(yǎng)基中存在乳糖時，抑制蛋白脫離操作子，這就是所謂的抑制蛋白的負控制誘導;第二種方式是由CAP蛋白與DNA結合所調(diào)節(jié)的正控制誘導。第四十九張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、色氨酸操縱元與弱化反應 attenua

21、tion 細菌基因組中存在數(shù)種與氨基酸合成有關的操縱元，其轉錄既可以受氨基酸自身的抑制，也可以受有關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。色氨酸本身并不是一種誘導物，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錄。第五十張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 弱化作用(attenuation )：當色氨酸含量豐富，載有色氨酸的氨酞tRNA濃度高時，由前導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錄，所以就把這種現(xiàn)象叫做。而把這段能中止RNA轉錄的區(qū)域叫做弱化子或弱化基因(attenuator)。第五十

22、一張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月Trp operon 結構第五十二張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月四、核糖體蛋白操縱元與翻譯自動調(diào)節(jié)在大腸桿菌中，70s核糖體由55種不同蛋白質組成，其中大亞基有31，編碼這些蛋白質的基因連鎖在幾個不同的操縱元中?，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)機制目前還不很清楚。第五十三張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月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菌染色體的不同區(qū)域。協(xié)調(diào)蛋白質和rRNA合成的機制是，在核糖體形成過程中，某些核糖體蛋白結合到rRNA的某些特定區(qū)域

23、，當rRNA上的結合位點全部被占用后，游離的核糖體蛋白就結合到自身的mRNA3端的有關位點上，阻止其mRNA進一步翻譯。因此，這些核糖體蛋白又調(diào)節(jié)其自身mRNA的翻譯.第五十四張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十五張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月五、轉錄的總體控制stringent response 嚴謹反應：將在營養(yǎng)豐富的完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞轉移到營養(yǎng)醫(yī)乏的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細菌細胞對這種環(huán)境壓就會作出反應，即所謂的嚴緊反應(stringent response)。嚴緊反應是指細菌在缺少氨基酸等營養(yǎng)的條件下，其細胞內(nèi)發(fā)生的一系列協(xié)調(diào)反應過程，包括停止合成rRNA, tRNA和核糖體蛋白以及抑制碳水化合物、脂肪的合成Relaxed strain 松弛型菌株：不表現(xiàn)出嚴謹反應的細菌突變體叫做松弛型菌株(relaxed strain)第五十六張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6月六、熱激蛋白的合成heat shock protein：作業(yè)： 4,7,10,11第五十七張，PPT共六十四頁，創(chuàng)作于2022年6