病毒基因組及原核生物基因組

病毒基因組及原核生物基因組第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日An

invertedrepeat

(or

IR)isasequenceof

nucleotides

followeddownstreambyits

reversecomplement.

Theinterveningsequenceofnucleotidesbetweentheinitialsequenceandthereversecomplementcanbeanylengthincludingzero.Whentheinterveninglengthiszero,thecompositesequenceisa

palindromicsequence.

The5base-pairsequenceontheleftis"repeated"and"inverted"toformsequenceontheright.

第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日反向重復(fù)序列存在兩種形式：A.兩互補(bǔ)拷貝間無(wú)間隔序列如GGTACCCCATGGB.兩互補(bǔ)拷貝間有間隔序列如GGTNNNNACCCCANNNNTGG

電鏡下，兩種形式都呈十字形結(jié)構(gòu)，有間隔的反向重復(fù)序列，在十字型結(jié)構(gòu)兩頭形成兩個(gè)小環(huán)。作用：常見(jiàn)于基因組的調(diào)控區(qū)內(nèi)，可能與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)。第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日病毒不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)，有遺傳、復(fù)制等生命特征的微生物第一節(jié)病毒基因組第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日病毒基因組核酸的主要類型☆雙鏈DNA

多數(shù)動(dòng)物病毒，如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒，環(huán)形、線形?！顔捂淒NA

動(dòng)物病毒中僅微小病毒為單鏈病毒；噬菌體中僅含單鏈DNA。RNA病毒基因組所攜帶的遺傳信息一般在同一條鏈上，序列與mRNA相同的為正股（+），與mRNA互補(bǔ)的為負(fù)股（—）☆雙鏈RNA

以負(fù)鏈RNA為模板轉(zhuǎn)錄出mRNA如呼腸孤病毒及噬真菌體?！顔捂溫?fù)股RNA

☆單鏈正股RNA

如逆轉(zhuǎn)錄病毒第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

☆與細(xì)菌相比，病毒基因組很小，而且大小相差較大?！羁梢杂蒁NA組成，也可以由RNA組成，每種病毒顆粒中只含有一種核酸，或?yàn)镈NA或?yàn)镽NA，兩者一般不共存于同一病毒顆粒中?！罨蛑丿B。☆大部分是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)的，只有非常少的部分不被翻譯?！?/p>

DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定的部位,形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元?！钍删w（細(xì)胞病毒）的基因是連續(xù)的；而真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子。第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日λ噬菌體（研究得最為詳盡的雙鏈DNA噬菌體）

48.5kb，46基因，分5部分：頭部、尾部、調(diào)控（免疫區(qū)）、復(fù)制和晚期調(diào)控區(qū)。第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日ФX174噬菌體（單鏈環(huán)狀DNA）

5.4kb，11個(gè)基因，3轉(zhuǎn)錄單位。☆重疊基因

5.4kb1795氨基酸197kDa蛋白質(zhì)實(shí)際上：263kDa蛋白質(zhì)☆基因之間的間隔區(qū)很小如：H,A間隔63個(gè)核苷酸第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日SV40病毒基因組無(wú)包膜，直徑45nm，雙鏈環(huán)狀DNA，DNA長(zhǎng)5243bp?！罨蚴遣贿B續(xù)的☆兩個(gè)區(qū)域，轉(zhuǎn)錄方向相反第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原核基因組Prokaryoticgenome以細(xì)菌為代表講述，有稱bacteriagenome。細(xì)菌對(duì)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)有重要貢獻(xiàn)，是基因工程研究的主要材料之一。因?yàn)椋?.構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，基因結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，取材便利，易于培養(yǎng)，可選擇突變株進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易重復(fù)。（如選擇DDDPI缺乏的Ecoli突變株，Ecoli仍可合成DNA，說(shuō)明DDDPI對(duì)EcoliDNA合成不起作用。）2.與人類有共同的分子生物學(xué)規(guī)律可循，如：（1）遺傳物質(zhì)都是DNA；（2）主要的功能分子都是蛋白質(zhì)；（3）基因密碼是通用的，等等。3.尤其是E.coli,是分子克隆是“明星“,基因工程的主要工程菌，因?yàn)榛蚬こ痰闹饕ぷ魇强寺≌婧嘶蛟谠讼到y(tǒng)中表達(dá)。第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日

細(xì)菌

屬于原核型細(xì)胞的一種單胞生物,形體微小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。無(wú)成形細(xì)胞核、也無(wú)核仁和核膜，

沙門氏干菌,博德氏菌,梭狀干菌,大腸干菌;螺旋菌,葡萄球菌第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日

含有3500個(gè)基因，已被定位的有900個(gè)左右。在這900個(gè)基因中，有260個(gè)基因已查明具有操縱子結(jié)構(gòu)，定位于75個(gè)操縱子中。在已知的基因中8％的序列具有調(diào)控作用。大腸桿菌基因組第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日類核的結(jié)構(gòu)第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)1.基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。其DNA是與蛋白質(zhì)結(jié)合，但并不形成染色體結(jié)構(gòu)，只是習(xí)慣上將之稱為染色體。細(xì)菌染色體DNA在胞內(nèi)形成一個(gè)致密區(qū)域，即類核（nucleoid），類核無(wú)核膜將之與胞漿分開(kāi)。2.基因組中只有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。3.具有操縱子結(jié)構(gòu)。操縱子（operon）是指數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括啟動(dòng)和操縱區(qū)）及其下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)構(gòu)成的基因表達(dá)單位。4.結(jié)構(gòu)基因無(wú)重疊現(xiàn)象，基因組中任何一段DNA不會(huì)用于編碼2種蛋白質(zhì)。5.基因序列是連續(xù)的，無(wú)內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日6.編碼區(qū)和非編碼區(qū)（主要是調(diào)控序列）在基因組中約各占50%。7.基因組中的重復(fù)序列很少。編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，這有利于核糖體的快速組裝。（15AA/秒，2AA/秒）8.具有編碼同功酶的基因（isogene）這是一類結(jié)構(gòu)不完全相同，而功能相同的基因。如E.coli含有2個(gè)編碼乙酸乳酸合成酶的基因和2個(gè)編碼分支酸變位酶同工酶的基因。9.細(xì)菌基因組中存在可移動(dòng)的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。10.原核基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)子（promoter）、操縱基因（operator）、調(diào)控序列、結(jié)構(gòu)基因（structuregene）、終止子（terminator）。第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日☆細(xì)菌的染色體基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，染色體相對(duì)聚集在一起，形成一個(gè)較為致密的區(qū)域，稱為類核?！钪挥幸粋€(gè)復(fù)制起點(diǎn)☆具有操縱子結(jié)構(gòu)?！钤诖蠖鄶?shù)情況下，結(jié)構(gòu)基因在細(xì)菌染色體基因組中都是單拷貝，☆和病毒的基因組相似，不編碼的DNA部份所占比例比真核細(xì)胞基因組少得多。☆在DNA分子中具有各種功能的識(shí)別區(qū)域如復(fù)制起始區(qū)OriC，復(fù)制終止區(qū)TerC,轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等?！罹呖梢苿?dòng)的DNA序列☆沒(méi)有基因重疊現(xiàn)象?！钤诨蚧虿倏v子的終末往往具有特殊的終止順序,它可使轉(zhuǎn)錄終止和RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。

細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)：第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日二、染色體外的遺傳物質(zhì)———質(zhì)粒（一）概念

1.質(zhì)粒（plasmid）是獨(dú)立于許多細(xì)菌及某些真核細(xì)胞染色體外共價(jià)閉合環(huán)狀的DNA分子（covalantclosedcircnlar,cccDNA），能獨(dú)立復(fù)制的最小遺傳單位。

2.質(zhì)粒是雙鏈的DNA分子，大小在1—200kb之間，和病毒不同，它們沒(méi)有衣殼蛋白（裸DNA）。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日

從生化學(xué)來(lái)說(shuō)，除酵母的殺傷質(zhì)粒（killerplasmid）是RNA外，其余質(zhì)粒是染色體外的cccDNA分子。

從遺傳學(xué)來(lái)說(shuō)，質(zhì)粒是與宿主染色體有別的復(fù)制子（真核細(xì)胞分裂過(guò)程中，DNA分成許多復(fù)制單位，該單位稱為復(fù)制子）。在細(xì)胞分裂時(shí)能恒定傳遞給子代細(xì)胞的獨(dú)立遺傳因子或能在胞內(nèi)寄生和復(fù)制的復(fù)制子。第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3.質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系（1）質(zhì)粒對(duì)宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主細(xì)胞中，既不殺傷細(xì)胞，對(duì)宿主的代謝活動(dòng)也無(wú)影響，宿主離開(kāi)質(zhì)粒照樣的生存下去。（2）質(zhì)粒離開(kāi)宿主就無(wú)法生存，只有依賴宿主細(xì)胞的（酶和蛋白質(zhì)）幫助，才能完成自身的復(fù)制（擴(kuò)增）、轉(zhuǎn)錄。（3）質(zhì)粒經(jīng)常為宿主執(zhí)行一些適當(dāng)?shù)倪z傳功能，作為對(duì)宿主細(xì)胞的補(bǔ)償（“交房租”）。（4）質(zhì)粒賦于宿主各種有利的表型（質(zhì)粒編碼蛋白質(zhì)或酶），使宿主獲得生存優(yōu)勢(shì)，與我們基因工程實(shí)驗(yàn)緊密相關(guān)的，如抗生素抗性基因：Ampr

酶，水解β-內(nèi)酰胺環(huán),解除氨芐毒性,使細(xì)菌抗氨芐。Tetr

膜蛋白,可阻止四環(huán)素進(jìn)入細(xì)胞,使細(xì)菌抗四環(huán)素。第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日4.質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)和研究意義

1）理論意義質(zhì)粒能夠復(fù)制、傳遞和表達(dá)遺傳信息，從分子遺傳學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看是一種有機(jī)體，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源研究的起一塊體重要基石。

2）實(shí)踐意義是基因工程的重要載體（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主細(xì)胞中去克隆擴(kuò)增或克隆表達(dá)。①質(zhì)粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要任務(wù)之一就是嚴(yán)格改造質(zhì)粒的同時(shí)，控制質(zhì)粒不傳遞，若一個(gè)致癌質(zhì)?？梢詡鬟f就會(huì)傳到外都是。第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日②作為基因工程載體的3個(gè)特點(diǎn)：

A.都能獨(dú)立自主的復(fù)制；

B.都能便利的加以檢測(cè)（抗生素抗性）；

C.都能容易引進(jìn)宿主細(xì)胞中去，也易從宿主細(xì)胞中分離純化（提質(zhì)粒）。

質(zhì)粒符合上述3個(gè)條件。

基因工程中主要使用人工構(gòu)建的質(zhì)粒。第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日（二）質(zhì)粒的分類

1.按質(zhì)粒的復(fù)制機(jī)理，分為2類：1）嚴(yán)謹(jǐn)控制型（stringentcontrdtype）

2）松弛控制型（relaxedcontroltype）

(1)拷貝數(shù)少，一般<10個(gè)，分子量大；(1)拷貝數(shù)多，10-200個(gè)，分子量??；

(2)復(fù)制受限，受細(xì)菌宿主DNA復(fù)制系(2)復(fù)制不受細(xì)菌DNA復(fù)制系統(tǒng)限制，統(tǒng)的控制；僅需DDDPI，當(dāng)宿主蛋白質(zhì)合成受抑制

(3)特點(diǎn)是這類質(zhì)粒可以自傳遞；時(shí)（如培養(yǎng)中加入氯霉素時(shí)），其拷貝

(4)嚴(yán)謹(jǐn)控制機(jī)理（低拷貝原因），認(rèn)數(shù)可猛增至1000-3000之多，該性質(zhì)對(duì)為是該質(zhì)?？梢援a(chǎn)生阻逼蛋白，反饋基因工程技術(shù)十分有利。抑制自身DNA合成。3）分子量小，不具備自傳遞能力；

4）基因工程使用松弛型（高拷貝數(shù)）質(zhì)粒，以獲得列多的基因產(chǎn)物。*拷貝數(shù)（copynumber)—細(xì)胞