质粒载体.ppt
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1、三、原核生物的质粒三、原核生物的质粒定义:定义:是一类小型闭合环状核外双螺旋是一类小型闭合环状核外双螺旋DNADNA分子,能独立于细胞核分子,能独立于细胞核进行自主复制。进行自主复制。大小:大小:约为约为2100102100106 6DaltonDalton,上面携带有数个到数十个甚至上百上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。个基因。性质:性质:可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在(游离态),也可以可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在(游离态),也可以通过交换掺入染色体上,以通过交换掺入染色体上,以附加体(附加体(episomeepisome)的的形式存在;形式存在;质粒是一种质粒是一种复
2、制子(复制子(repliconreplicon),根据自我复制能力的不同,可根据自我复制能力的不同,可把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种,把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种,严紧型质粒严紧型质粒的复的复制受细胞核控制,与染色体制受细胞核控制,与染色体DNADNA复制相伴随复制相伴随,一般一个寄主细胞内只一般一个寄主细胞内只有少数几个(有少数几个(1515)个拷贝;)个拷贝;松弛型质粒松弛型质粒的复制不受细胞核控制,的复制不受细胞核控制,在染色体在染色体DNADNA复制停止的情况下仍可以进行复制,在细胞内的数量复制停止的情况下仍可以进行复制,在细胞内的数量可以达到可以达到1020
3、010200个或更多。个或更多。可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中,使两个细胞都成为带有质粒的细胞;质粒另一个菌细胞中,使两个细胞都成为带有质粒的细胞;质粒转移时,它可以单独转移,也可以携带着染色体(片段)一转移时,它可以单独转移,也可以携带着染色体(片段)一起进行转移,所以它可成为基因工程的载体。起进行转移,所以它可成为基因工程的载体。对于细菌的生存并不是必要的对于细菌的生存并不是必要的功能多样化功能多样化三、原核生物的质粒三、原核生物的质粒功能:功能:进行细胞间接合,并带有一些基因,如产生进行细胞间接合,并带有
4、一些基因,如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。重组:重组:在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。存在范围存在范围:很多细菌如:很多细菌如E.coli、Shigella、S.aureus、Streptococcus lactis、根癌土壤杆菌等根癌土壤杆菌等制备:制备:包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。和蛋白质等步骤。鉴定:鉴定:电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切
5、图谱等方法切图谱等方法三、原核生物的质粒三、原核生物的质粒几种代表性质粒:几种代表性质粒:1.F因子(因子(fertility factor):又称致育又称致育因子或性因子,因子或性因子,62106Dalton,94.5kb,相当于核染色体相当于核染色体DNA2%的环状双链的环状双链DNA,足以编码足以编码94个中等大小多肽,其个中等大小多肽,其中中1/3基因(基因(tra区)与接合作用有关。存区)与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中,决定性奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中,决定性别。别。Figure.Represent
6、ative FERTILITY PLASMID.A fertility plasmid carries the genes for conjugation as well as a number of other genes.In this figure the fertility plasmid also carries antibiotic resistant genes.最初发现于痢疾志贺氏菌(最初发现于痢疾志贺氏菌(Shigella dysenteriae),),后来发后来发现还存在于现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和和Staphy
7、lococcus中。中。R因子由相连的两个因子由相连的两个DNA片段组成,即抗性转移因子片段组成,即抗性转移因子(resistence transfor factor,RTF)和抗性决定和抗性决定R因子因子(r-determinant),),RTF为分子量约为为分子量约为11106Dalton,控制质粒控制质粒copy数及复制,抗性决定质粒大小不固定,从数及复制,抗性决定质粒大小不固定,从几百万到几百万到100106Dalton以上。其上带有其它抗生素的抗以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。性基因。R-因子在细胞内的因子在细胞内的copy数可从数可从12个到几十个,分为严个到几十个,分为严紧型
8、和松弛型两种,经氯霉素处理后,松弛型质粒可达紧型和松弛型两种,经氯霉素处理后,松弛型质粒可达20003000个个/细胞。细胞。2.R因子(因子(resistence factor)产大肠杆菌素因子。产大肠杆菌素因子。大肠杆菌素是由大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素,能通的某些菌株所分泌的细菌素,能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约它肠道细菌。其分子量约41048104Dalton。大肠杆菌大肠杆菌素都是由素都是由Col因子编码的。因子编码的。Col因子可分为两类,分别以因子可分为两类,分别以C
9、olE1和和ColIb为代表。为代表。ColE1分子量约为分子量约为5106Dalton,无接合作用,是多无接合作用,是多copy的;的;ColE1研究得很多,并被广泛地用于重组研究得很多,并被广泛地用于重组DNA 的研究和用于体外复制系统上。的研究和用于体外复制系统上。ColIb分子量约为分子量约为80106Dalton,它与它与F因子相似,因子相似,具有通具有通过接合作用转移的功能,属于严紧型控制,只有过接合作用转移的功能,属于严紧型控制,只有12个个copy。凡带凡带Col因子的菌株,由于质粒本身编码一种免疫蛋白,因子的菌株,由于质粒本身编码一种免疫蛋白,从而对大肠杆菌素有免疫作用,不受
10、其伤害。从而对大肠杆菌素有免疫作用,不受其伤害。3.Col因子因子(colicinogenic factor)v降解性质粒降解性质粒只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码,从粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码,从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名,例如有分这些质粒以其所分解的底物命名,例如有分解解CAMCAM(樟脑)质粒,樟脑)质粒,XYLXYL(二甲苯)质粒,二甲苯)质粒,SALSAL(水杨酸)质粒,水杨酸)质粒,MDLMDL(扁桃酸)质粒,扁桃酸)质
11、粒,NAPNAP(奈)质粒和奈)质粒和TOLTOL(甲苯)质粒等。甲苯)质粒等。4.降解性质粒降解性质粒即诱癌质粒。即诱癌质粒。存在于根癌土壤杆菌(存在于根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)中中,可引起许多双子叶植物的根癌可引起许多双子叶植物的根癌。当细菌侵入植物细胞中后,在其细胞中溶解,把细菌。当细菌侵入植物细胞中后,在其细胞中溶解,把细菌的的DNA释放到植物细胞中。这时,含有复制基因的释放到植物细胞中。这时,含有复制基因的Ti质质粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合,破坏控粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合,破坏控制细胞分裂的激素调节系统,从而使它转
12、变成癌细胞。制细胞分裂的激素调节系统,从而使它转变成癌细胞。Ti质粒长质粒长200kb,是一个大型质粒。当前,是一个大型质粒。当前,Ti质粒已成为质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借外源基因可借DNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到Ti质粒中,并进质粒中,并进一步使之整合到植物染色体上,以改变该植物的遗传性,一步使之整合到植物染色体上,以改变该植物的遗传性,达到培育植物优良品种的目的。达到培育植物优良品种的目的。5.Ti质粒质粒(tumor inducing plasmid)是近年来在是近年来在Rhizobi
13、um(根瘤菌属)中发现的根瘤菌属)中发现的一种质粒,分子量为一种质粒,分子量为200300106Dalton,比一比一般质粒大几十倍到几百倍,故称巨大质粒,其般质粒大几十倍到几百倍,故称巨大质粒,其上有一系列固氮基因。上有一系列固氮基因。6.6.巨大质粒巨大质粒(mega质粒)质粒)基基因因:能能够够表表达达和和产产生生基基因因产产物物(蛋蛋白白质质或或RNA)的的DNA序列。序列。原核生物基因系统:原核生物基因系统:启动子(基因)启动子(基因)操纵子操纵子 操纵子(基因)操纵子(基因)基因调控系统基因调控系统 结构基因结构基因 调节基因调节基因细细胞胞水水平平:大大部部分分或或全全部部DNA
14、都都集集中中于于细细胞胞核核或或核核质质体体中中,不同种类微生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同不同种类微生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同染色体水平:真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体水平:真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体;而原核微生物中一个核质体就是一个裸露的、光染色体;而原核微生物中一个核质体就是一个裸露的、光学显微镜下不能看到的环状染色体。学显微镜下不能看到的环状染色体。一些真核生物和原核生物基因组的比较一些真核生物和原核生物基因组的比较生生 物物 单倍体的分子量单倍体的分子量 核苷酸核苷酸 已知染色体数已知染色体数 约数(约数(DaDa)对数对数 基因数基因数
15、 人人 32 32 35 10 35 101212 57 10 57 109 9 4000 4000 黑腹果蝇黑腹果蝇 4 4 7.9 10 7.9 101010 8.0 10 8.0 107 7 50006000 50006000粗糙脉孢菌粗糙脉孢菌7 7 2.8 10 2.8 101010 4.5 10 4.5 107 7 500 500 大肠杆菌大肠杆菌1 1 2.5 10 2.5 109 9 3.8 10 3.8 106 6 1027 1027 噬菌体噬菌体T4T41 1 1.1 10 1.1 108 8 2.0 10 2.0 105 5 135 135 噬菌体噬菌体 1 1 3.2
16、3.2 10107 7 4.8 4.8 10104 4 35 35噬菌体噬菌体MS2MS21 1 1.1 10 1.1 106 6 3.5 10 3.5 103 3 3 3遗传密码遗传密码:指:指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序链上各个核苷酸的特定排列顺序密码子(密码子(codencoden):由由3 3个核苷酸顺序决定,负个核苷酸顺序决定,负载遗传信息的基本单位载遗传信息的基本单位不对称转录不对称转录:只有:只有DNADNA双链的一股才作为有意双链的一股才作为有意义链被转录,这种现象又称不对称转录。义链被转录,这种现象又称不对称转录。起始密码子起始密码子:AUGAUG,甲硫氨酸或甲酰甲硫氨
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