微生物遗传与育种

微生物遗传与育种第二讲

天津科技大学 生物工程学院

DNA的复制特点和几种主要复制方式– 真核和原核细胞，其DNA分子都是半保留复制 – 复制起点(DNA复制开始的特定部位): 原核生物的染色体DNA一般只有一个复制起点(ori) 真核生物染色体上有多个复制起点(酿酒酵母染色 体具有400个复制起点，常被称为自主复制序列)

– 复制子：每一个复制起点及其复制区为一个复 制单位，称为复制子。 – 复制方向： 双向复制(两个复制叉):大多数染色体DNA是双 向对称复制。 单向复制(一个复制叉)

DNA复制的几种主要方式θ型

E.coli

环状双链DNA复制方式 线状DNA

滚环型 φX174, F因子D 型 双向单点 线粒体DNA

双向多点

真核生物染色体

第三节 原核生物的染色体及其复制 主要组成成分：DNA ≥80%,其余为蛋白质 和RNA。 存在形式：DNA一般以裸露的核酸分子存 在，虽与少量蛋白质结合，不形成染色体 结构。 蛋白质的功能：部分与DNA折叠有关，部 分参与DNA复制、重组及转录过程。

一、原核生物的染色体数目与大小– 大多数为一条以双链、共价闭合、环状存在的 一个核酸分子。 – 有些细菌有多条环状染色体, 如脱氮副球菌。 – 有些细菌具有线状染色体，如疏螺旋体。

二、细菌染色体的结构DNA紧密缠绕，高度折叠，结合在一起； 3~5μm细胞装下1mm长的DNA。 链环状的染色体在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体 形式存在于细胞中，该小体即称为拟核(nucleoid) 。 其中心为多种DNA结合蛋白(还有少量RNA分子),与DNA双螺 旋分子的许多位点结合，形成大约100个小区(domain),每个 小区的DNA都为负超螺旋，这样就使大肠杆菌的染色体压缩形成 一手脚架形(scaffold)的致密结构。 这些参与DNA折叠的蛋白质，称为类组蛋白(histone-like protein)或支架蛋白。除类组蛋白外，DNA还与其它蛋白质结 合，如与复制、转录和加工有关的蛋白。

细菌拟核的突环结构

平均一个突环 含有~40Kb DNA

参与DNA折叠的蛋白质 称为类组蛋白(histonelike protein),其中含量较 多的是HU(heat-unstable nucleoid protein)。

RNA-蛋白质核心

突环由双链DNA 结合碱性蛋白质 组成

超螺旋DNA的细菌染色体

E.coli : 染色体DNA大小： 4.7×106 bp,长约1333mm, 长度约为菌体长度的1 000 倍。约编码2000个基因。 拟核(nucleoid)结构： 具有许多环状超螺旋结构， 中央有一电子稠密的骨架 (scaffold),骨架周围附着 有 30~50 个 负 超 螺 旋 的 环 ， 环长20nm。

细菌染色体结构是一团具有许多环状超螺 旋结构的DNA大分子，中央有一电子稠密 的骨架，其

周围附着有30~100个具有负超 螺旋结构的环。 思考题：–如何证明拟核骨架是由RNA和蛋白质组成的？

三、细菌染色体的复制– 1. 与DNA复制有关的酶和蛋白质 酶：DNA聚合酶、引物酶 蛋白质：DnaA、DnaB、DnaC、DnaG、SSB等

– 2. 大肠杆菌染色体复制起点oriC的结构 在oriC位点的右侧，含有4个9bp核苷酸重复序列(5’ATCCACA-3’)(即4个DnaA盒); 左侧含有3个13bp富含AT的核苷酸重复序列。

– 3. DNA复制过程 型双向等速复制，包括：起始、延伸、终止。 (1)复制起始：是指参与复制的蛋白质识别复制 起点，合成引物，在复制起点形成活性的引物模板复合物，并按碱基配对加上第一个核苷酸。– 第一、oriC区双链解开(DnaA) – 第二、DNA链解旋(DnaB)和解开单链的保护(SSB) – 第三、RNA引物的合成(了解引发体的定义:引物酶与 DnaB结合，形成引发体primosome)

(2) 延伸过程：在DNA聚合酶的催化下，以4种三磷酸脱氧 核苷(dNTP)为原料，进行聚合的过程。– 聚合酶Ⅰ:切引物RNA,填充冈崎片段(Okazaki fragment)的缺口。 – 聚合酶Ⅱ:催化5’→3’ DNA合成反应。主要修复损伤的 DNA分子。 – 聚合酶Ⅲ:主要复制酶，由10个不同亚基组成。 – 复制体(replisome):在DNA合成的生长点上，DNA聚合酶Ⅲ全酶二 聚体、引发体和解旋酶等共同构成了一个不对称的二聚体。

–回环模型 (p15-16)。

(1)复制体能同时 完成前导链和后 随链的合成，但 前导链总比后随 链先行合成一个 OF片段，所以同 时进入合成反应 的两条亲代模板 链片段不互补。 (2)在复制体结构 中，后随链模板 绕聚合酶形成一 个180度的折返环， (3)随着后随链模板在聚合酶中穿行，DNA聚合酶 穿过复制体中 DNA聚合酶Ⅲ的 便以RNA为引物合成冈崎片段。当合成的冈崎片段 到达前一个冈崎片段的5’末端时，后随链模板就脱 裂缝，从而使两 离DNA聚合酶，回环解开。 条模板链在此均 (4)与此同时，前移的复制体内引物酶又合成了一 呈3’→5’的走向。 段新的引物，重复以上回环方式以合成后随链。如 此，DNA就可以合成出两条子链，只是后随链比前 导链晚一个冈崎片段。