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質粒

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1 拼音

zhì lì

2 英文參考

plasmid[2010年版藥典三部]

3 注解

質粒(Plasmid)是一種能自主復制的環狀額外染色體DNA元件。它通常攜帶一定數量的基因,其中有些基因可對不同抗生素產生抗性,該抗性常作為依據,以辨別是否含有此種質粒而識別生物體[1]

許多細菌除了染色體外,還有大量很小的環狀DNA分子,這就是質粒(plasmid)。質粒上常有抗生素的抗性基因,例如,四環素抗性基因或卡那霉素抗性基因等。有些質粒稱為附加體(episome),這類質粒能夠整合進細菌的染色體,也能從整合位置上切離下來成為游離于染色體外的DNA分子。

有些質粒能夠整合進細菌的染色體,當細菌接合時將隨同“雄性”細菌染色體而轉移進入“雌性”細菌細胞,所以質粒也是細菌的一種可動遺傳因子。但有些質粒不能整合進細菌染色體,因而在細菌接合時也就無法轉移到另一個細胞中,這類質粒是不移動的遺傳因子,這種質粒上所帶的基因也無法轉移。上面所說的是指天然狀態下的情況,在基因工程的實驗條件下,各種質粒都能轉染經過處理的感受態細菌細胞(competent cell)而轉移進細菌。質粒在宿主細胞中的拷貝數取決于質粒和宿主細胞的遺傳組成。由此,質粒可分為兩種類型:一種是松弛型質粒,它們可獨立于宿主染色體的復制而自行增殖,一個宿主細胞中平均有10~200份拷貝;另一種是嚴緊型質粒,它們隨宿主染色體同步復制,所以每個宿主細胞中只有一份或很少幾份拷貝。

質粒是環狀雙鏈DNA分子,同線狀DNA分子相比,圍繞雙螺旋主軸連續排列的核苷酸的旋轉角度稍有變動,就更容易使DNA分子的構象發生改變,即出現超螺旋的(supercoiled)構象。這是比環狀更為致密的一種構象,因此當離心沉降或電泳時,超螺旋構象的DNA分子的沉降速度和電泳速度都快于線性分子和環狀分子。以前曾認為超螺旋構象是在實驗條件下出現的一種現象,現在在細胞里也發現有超螺旋構象的DNA分子,而且發現超螺旋的程度是受拓撲異構酶(topoiso—merase)和旋轉酶(gyrase)控制的,并和DNA調控蛋白與DNA鏈的接觸有關。

細菌質粒是獨立于細菌染色體的自主復制的環狀雙鏈DNA分子,只有酵母的殺傷質粒(killerplasmid)已知是RNA分子。環形雙鏈DNA分子有三種構型。第一種是共價閉合環狀DNA(covalently close circular DNA,ccc DNA),它的兩條鏈都保持完整的環狀結構,通常呈超螺旋構型。第二種是開環DNA(open circularDNA,oc DNA),它的雙鏈中的一條保持完整的環狀結構,另一條單鏈上有一到幾個切口。第三種是線狀DNA,這種質粒的雙鏈斷裂呈線狀。這三種構型的同一種質粒在瓊脂凝膠中電泳時,出現不同的遷移速率,走得最快的是超螺旋構型,其次是線性構型,最慢的是開環構型。

細菌細胞中質粒的數目有很大差異。多的每個細胞里可以達幾十乃至幾百份拷貝,少的則只有一到幾份拷貝。高拷貝數的質粒稱為松弛型質粒(relaxed plasmid),獨立于細菌細胞而自主復制;低拷貝數的質粒一般是嚴緊型質粒(stringent plasmid),它們的復制隨細菌染色體的復制同步進行。

驗證明,同一個大腸桿菌細胞里一般不會同時有兩種不同的質粒,這是質粒不相容性(plasmid incompatibility)。在細菌細胞增殖過程中,其中必有一種會被逐漸排斥。這樣的兩種質粒被稱為不相容質粒。帶有外源DNA的質粒載體轉化到大腸桿菌細胞以后,會產生一系列生理效應,影響自身的穩定性。特別是表達型的質粒載體,外源基因的表達會使宿主細胞的生長速率下降,以及質粒載體的丟失等。這種質粒的不穩定性包括分離不穩定性(segregational instability)和結構不穩定性(structural instability),前者指細菌細胞分裂過程中,有一個子細胞沒有得到質粒拷貝,最終使質粒丟失的細胞成為優勢群體;后者主要是指由于轉座和重組,使質粒DNA重排或缺失。

影響質粒載體穩定性的主要因素有:

①宿主細胞代謝負荷增加 質粒載體可使宿主細胞的代謝負荷加重,有的能延長其世代時間15%左右。質粒載體的大小同宿主細胞生長延緩的程度呈正相關,這可能是由于質粒載體相對分子質量大,則對宿主細胞DNA復制的負荷更大的緣故。同樣,宿主細胞如維持質粒載體中外源基因的表達活性,勢必在DNA轉錄蛋白質翻譯上承受更多的額外負擔。

②細胞中所含質粒載體的拷貝數 細胞中所含質粒載體的拷貝數各不相同,也是影響質粒丟失的一個因素。拷貝數差別不大時,質粒載體相對地穩定;拷貝數相差懸殊,則很容易造成一些細胞丟失質粒,并逐漸發展為優勢群體。

③宿主細胞DNA重組系統作用 質粒載體之間發生重組會形成二聚體、三聚體,甚至四聚體等所謂的質粒寡聚體(plasmid oligomer),其穩定性比單體差。此外,質粒載體中外源DNA片段的大小同質粒寡聚化的程度也密切相關。

4 參考資料

  1. ^ [1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典:2010年版.三部[M].北京:中國醫藥科技出版社,2010.

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開放分類:生物學
詞條質粒banlang创建
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  • Biovector
    2010/11/1 1:32:43 | #1
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