【醫學百科●質粒】

楊籍富

【醫學百科●質粒】

 

拼音

 

zhìlì

 

英文參考

 

plasmid

 

概述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(competentcell)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(covalentlyclosecircularDNA，cccDNA)，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(opencircularDNA，ocDNA)，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糖凝膠中電泳時，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(relaxedplasmid)，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(stringentplasmid)，它們的復制隨細菌染色體的復制同步進行。

 

實驗證明，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(plasmidincompatibility)。

 

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(segregationalinstability)和結構不穩定性(structuralinstability)，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轉錄和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重組系統的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(plasmidoligomer)，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。

 

引用：http://big5.wiki8.com/zhili_105503/