同濟(jì)大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件-原核細(xì)胞基因組

1、原核細(xì)胞基因組第一節(jié) 原核細(xì)胞基因組的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 原核細(xì)胞DNA的復(fù)制 一、參與DNA復(fù)制的酶 二、復(fù)制的基本過程及特征第三節(jié) 原核細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄 一、RNA聚合酶 二、 因子 三、轉(zhuǎn)錄的基本過程 四、轉(zhuǎn)錄后的加工肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中心法則（central dogma）遺傳信息從DNARNA蛋白質(zhì)的流動方向基因與基因組基因（gene）：是細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)最小的結(jié)構(gòu)功能單位，是含有特定遺傳信息的核苷酸序列。基因組（genome）：含有細(xì)胞或生物體全部遺傳信息的一整套基因?；虮磉_(dá)：DNA經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯合成蛋白質(zhì)的過程。第一節(jié) 原核細(xì)胞基因組的結(jié)構(gòu)大腸桿菌基因組擬核中的雙股環(huán)狀DNA，分子量2.410

2、9，長4106 bp，約含30004000個基因。質(zhì)粒：環(huán)狀DNA，帶有少量基因。如對抗菌素、重金屬有抗性的基因。原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)及啟動子的 DNA 序列O：操縱基因 R：調(diào)節(jié)基因 P：啟動子Z、Y、A ：結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因（structural gene）編碼蛋白質(zhì)或酶的基因。有關(guān)結(jié)構(gòu)基因往往成簇排列，編碼功能相關(guān)的幾種蛋白質(zhì)，形成轉(zhuǎn)錄功能單元，一起轉(zhuǎn)錄，一起翻譯。與大腸桿菌乳糖代謝有關(guān)的酶Z：-半乳糖苷酶Y：-半乳糖苷透過酶A：-半乳糖苷乙酰化酶編碼這三個酶的結(jié)構(gòu)基因相鄰排列操縱子與調(diào)節(jié)基因操縱子(operon)：結(jié)構(gòu)基因、操縱基因和啟動子一起形成一個轉(zhuǎn)錄單元。啟動子(promotor)：

3、位于操縱基因的上游，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。操縱基因(operator gene)位于結(jié)構(gòu)基因的上游，有控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。調(diào)節(jié)基因(regulator gene)：在操縱子的上游較遠(yuǎn)的位置，它轉(zhuǎn)錄、翻譯一種調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白），調(diào)節(jié)操縱子的活動。第二節(jié) 原核細(xì)胞DNA的復(fù)制 DNA能以自身為模板準(zhǔn)確地復(fù)制成兩個DNA，使得細(xì)胞分裂時生成的子細(xì)胞能得到與親代細(xì)胞同樣的遺傳信息，從而保證了遺傳的穩(wěn)定性。一、參與DNA復(fù)制的酶（一）DNA聚合酶（二）DNA解螺旋酶（三）DNA連接酶（四）引物酶（一）DNA聚合酶 催化新的DNA鏈沿53的方向合成，還具有切去RNA引物和修復(fù)DNA的作用

4、。（二）DNA解螺旋酶使DNA雙螺旋解開分離 （三）DNA連接酶將DNA復(fù)制時形成的DNA片段，連接成一條DNA鏈。（四）引物酶引物酶從5端合成一段RNA引物DNA聚合酶從RNA引物的3端接著合成新的DNA片段RNA引物被除去二、復(fù)制的基本過程及特征（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA的雙向復(fù)制（三）DNA的半不連續(xù)復(fù)制（一）DNA的半保留復(fù)制以DNA分子的兩條鏈為模板，根據(jù)堿基互補配對的原則，以AT或TA，GC或CG，合成兩條新的脫氧多核苷酸鏈。 半保留復(fù)制：經(jīng)過復(fù)制形成的DNA分子雙鏈中，一條鏈?zhǔn)怯H代的，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。（二）DNA的雙向復(fù)制DNA復(fù)制從復(fù)制起始點開始在解旋酶和某些蛋白

5、質(zhì)的作用下解開DNA雙螺旋，形成兩個方向相反的叉狀，即兩個復(fù)制叉DNA聚合酶與復(fù)制起始點結(jié)合，隨著復(fù)制叉向相反的方向移動，進(jìn)行雙向復(fù)制（三）DNA的半不連續(xù)復(fù)制 新鏈的合成都是53前導(dǎo)鏈（leading strand）在35模板鏈上，新鏈可沿53方向連續(xù)合成合成速度較快后隨鏈(lagging strand)在53模板鏈上，先合成一小段RNA引物DNA聚合酶在引物3端接著合成DNA片段（岡崎片段）切除RNA引物，并由 DNA聚合酶合成小段DNA，將缺口補齊DNA連接酶將岡崎片斷連接起來，形成一條完整的新鏈合成速度較慢第三節(jié) 原核細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription）是以 DNA 為模板

6、合成RNA的過程，也是遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過程。RNA聚合酶催化轉(zhuǎn)錄RNA，產(chǎn)生的RNA鏈一般都是單鏈。其堿基排列順序與編碼鏈相同，但U取代了DNA中的T，而與A配對（AU）。編碼鏈與反編碼鏈DNA雙鏈有的是這條鏈的某個區(qū)段，有的是另一條鏈的某個區(qū)段具有模板的作用。具有模板作用的DNA鏈為反編碼鏈（35方向）另一條互補鏈（53方向）為編碼鏈。 一、RNA聚合酶RNA聚合酶催化轉(zhuǎn)錄RNA大腸桿菌的RNA聚合酶 因子全酶 核心酶，含2四個亞基因子：識別原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因上游的啟動子，負(fù)責(zé)RNA合成的起始，也稱起始因子。核心酶： 2 四個亞基，核心酶能夠催化轉(zhuǎn)錄RNA。二、 因子（終止因子） 因子：為蛋白質(zhì)因子，當(dāng)轉(zhuǎn)錄到基因末端時， 因子能識別轉(zhuǎn)錄的終止信號，使轉(zhuǎn)錄終止。 三、轉(zhuǎn)錄的基本過程（一）RNA聚合酶與啟動子結(jié)合（二）轉(zhuǎn)錄起始（三）RNA鏈的延長（四）轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)錄過程示意圖四、轉(zhuǎn)錄后的加工mRNA一般不需要經(jīng)過加工，轉(zhuǎn)錄之后即為有功能的mR