质粒复制的调控机制

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1、质粒复制的调控机制07级细胞专业周鹏主要内容质粒的自主??复制性质粒复制的调控机制质粒不相容性(inc,incompatibility)质粒(plasmid)质粒是能独立于寄主染色体而自主复制并被稳定遗传的一类核酸分子绝大多数的质粒是DNA型目前已知只有酵母杀伤质粒(killerplasmid)是RNA型绝大多数的天然DNA质粒为共价、闭合、环状的分子结构，即cccDNA(covalentlyclosecircularDNA)质粒DNA的分子量范围：1-200kb一质粒的自主复制性质粒能利用寄主细胞的DNA复制系统进行自主

2、复制,并赋予宿主细胞特定的遗传性状.质粒DNA的复制方式:主要有“θ”型复制和滚环复制根据在每个细胞中拷贝数的多寡，质粒可分为两大复制类型：①严紧型质粒(Stringentplasmid)②松弛型质粒(Relaxedplasmid)一种质粒究竟是属于严紧型还是松弛型并不是绝对的，同一质粒在不同的宿主细胞中可能具有不同的复制型，这说明质粒的复制不仅受自身的制约，同时还受到宿主的控制，同宿主的状况有关。质粒复制类型严紧型质粒(Stringentplasmid)松弛型质粒(Relaxedplasmid)拷贝数少(1～3个拷贝数)

3、多(10～60个拷贝数)分子量较大较小复制方式随细菌染色体的复制同步进行，即只在细胞周期的一定阶段进行复制，当细胞染色体复制一次时质粒也只复制一次独立于细菌染色体而自主复制,即在整个细胞周期中随时可以复制，当染色体复制已经停止时，该质粒仍然能够继续复制。控制系统单拷贝控制系统多拷贝控制系统常见质粒F质粒,P1质粒ColE1质粒(20～30);pBR322(16copies);pUC(30～50copies)二质粒复制的调控机制为与宿主稳定地共存并把代谢负担减至最低,质粒必须控制自身的复制。在一定的生长条件下、在一定的宿主菌

4、中,某一质粒的拷贝数(N)通常是一定的。负调控模型质粒刚移入新宿主时,负调节因子的浓度可忽略不计,质粒能在短时间内达到正常拷贝数,然后通过增加或减少每细胞周期每质粒拷贝的复制率来调节细胞中的质粒拷贝数(N),使该菌群中各细胞的质粒拷贝数维持在平均值(Nav)附近的一个很小的波动范围内。上述控制机制是由质粒自编码的负控制系统通过调控复制起始率而实现的,其负控制元件就编码在质粒上。现在已知的复制控制方式主要有三类:⑴单一元件控制;⑵主、辅元件控制;⑶2种控制元件协同作用。依所用负控制元件的类型不同,质粒复制的控制系统主要有:⑴

5、重复子结合调控(iteron-bindingregulation)⑵抑制物-靶位调控(ihibitor-targetregulation)①反义RNA单独控制②反义RNA与转录阻遏蛋白共同控制⒈重复子结合调控(iteron-bindingregulation)在含重复子的质粒复制起点(ori)中,有一富AT区和多个重复序列(重复子),质粒编码的复制起始蛋白Rep能以有序的方式与重复子序列结合,起到控制质粒拷贝数的作用。在上述模式中,Rep蛋白结合在复制起始区及其附近的重复序列上,对复制起始起着正调节作用,同时对其自身的表达

6、起负调节作用。Regulationofplasmidcopynumberbyiterons:Rep蛋白能以二体形式结合于启动子区,反式作用,对其合成进行自我调节;Rep蛋白对复制具有双向调控作用,且视它的胞内浓度而定,当胞内浓度低时起复制激活剂作用,胞内浓度高时则起抑制剂作用。“手铐”模型(“handcuffing”model)空间位阻模型空间位阻模型认为,决定质粒复制率的主要因素是重复子的浓度而不是Rep蛋白的表达水平。当质粒拷贝数较低时,Rep蛋白与重复子结合并饱和,促发复制起始;随着质粒拷贝数的增加,结合于某一起点重

7、复子的Rep分子,开始与结合于另一起点重复子的Rep分子相互作用,并通过Rep-Rep相互作用把2个环状质粒分子偶联起来,形成“手铐”状的复合物,导致这2个重复子区域之间出现空间位阻而阻断复制的起始。在随后的细胞生长期间,这种质粒对也逐渐分离,使各质粒分子的复制起始潜力得以恢复。⒉抑制物-靶位调控(ihibitor-targetregulation)在这一模式中,由质粒编码的抑制因子(反义RNA)结合在复制起始区的特定靶位点上,对复制起负调控作用。反义RNA:小RNA分子,长35～150nt,有1～4个茎-环(stem-l

8、oop),其序列与靶转录物5'端的一个区域互补,又称反转录RNA(countertranscribedRNA,ctRNA)反义RNA的作用方式主要有以下两种:⑴抑制引物RNA加工(以ColE1质粒为例来说明)⑵抑制前导肽翻译(以R1质粒为例来说明)⑴抑制引物RNA加工ColE1质粒的复制起始由一长为70