第六章微生物的遗传和变异.ppt
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第六章第六章微生物的遗传和变异微生物的遗传和变异微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件,微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件,以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应,或出以及对这些营养和外界环境条件产生的一定反应,或出现的一定性状传给后代,并相对稳定地一代一代传下去现的一定性状传给后代,并相对稳定地一代一代传下去这就是这就是微生物的遗传。
微生物的遗传。
遗传有保守性,遗传有保守性,是在微生物的系统发育过程中形成的。
是在微生物的系统发育过程中形成的。
个体发育年龄越老,保守程度越大(个体发育年龄越老,保守程度越大(高等生物比低等生高等生物比低等生物保守程度大物保守程度大)。
)。
当微生物改变生存环境时,微生物改变自己对营养和当微生物改变生存环境时,微生物改变自己对营养和外界环境条件的要求,产生适应新环境的酶,以适应新外界环境条件的要求,产生适应新环境的酶,以适应新环境并生长良好这就是环境并生长良好这就是变异变异。
微生物的变异很普遍。
变异了的微生物成为变种。
微生物的变异很普遍。
变异了的微生物成为变种。
第一节第一节微生物的遗传微生物的遗传11、DNA的存在形式。
的存在形式。
(11)DNA作为遗传物质的证明:
作为遗传物质的证明:
肺炎球菌转化实验肺炎球菌转化实验(1944年,年,O.T.Avery)大肠杆菌大肠杆菌T2T2噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验(1952年,年,A.Hershey和和M.Chase))烟草花叶病毒的拆开与重烟草花叶病毒的拆开与重组实验(1956年,年,H.Fraenkel-Conrat)(22)存在形式)存在形式真核生物真核生物的的DNA和组蛋白等组成染色体。
和组蛋白等组成染色体。
原核微生物原核微生物的的DNA只与很少量的蛋白质结合,没有核膜包围,单纯只与很少量的蛋白质结合,没有核膜包围,单纯由一条由一条DNA细丝构成环状的染色体,位于细胞中央,折叠形成具有空间细丝构成环状的染色体,位于细胞中央,折叠形成具有空间结构的一个核区。
带有很高的负电荷。
结构的一个核区。
带有很高的负电荷。
被被MgMg2+2+和精胺、亚精胺和腐胺等中和(原核微生物)。
和精胺、亚精胺和腐胺等中和(原核微生物)。
被碱性蛋白质被碱性蛋白质(组蛋白和鱼精蛋白中和)组蛋白和鱼精蛋白中和)22、基因、基因基因基因是是DNA分子上一个具有特定碱基顺序的片断。
分子上一个具有特定碱基顺序的片断。
是具有固定的起点和终点的核苷酸或密码的线性序列。
是具有固定的起点和终点的核苷酸或密码的线性序列。
分类:
分类:
(11)编码蛋白质的基因。
)编码蛋白质的基因。
包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码作用于结构基因的阻遏蛋白或激活蛋白的调节基因。
编码作用于结构基因的阻遏蛋白或激活蛋白的调节基因。
(22)没有翻译产物的基因。
)没有翻译产物的基因。
转录成为转录成为RNA以后不再翻译成为蛋白以后不再翻译成为蛋白质的质的转移核糖核酸转移核糖核酸(tRNA)基因和基因和核糖体核糖体核酸(核酸(rRNA)基因。
)基因。
(33)不转录的)不转录的DNA区段。
区段。
如启动区、操纵基因等。
前者是转录时如启动区、操纵基因等。
前者是转录时RNA多聚酶开始和多聚酶开始和DNA结合的部位;后者是阻遏蛋白或激活蛋白和结合的部位;后者是阻遏蛋白或激活蛋白和DNA结合的部位。
结合的部位。
外显子:
外显子:
基因组基因组DNADNA中出现在成熟中出现在成熟RNARNA分子上的序列。
外显子分子上的序列。
外显子被内含子隔开,转录后经过加工被连接在一起,生成成熟的被内含子隔开,转录后经过加工被连接在一起,生成成熟的RNARNA分子。
信使核糖核酸分子。
信使核糖核酸(mRNA)(mRNA)所携带的信息参与指定蛋白质产物的所携带的信息参与指定蛋白质产物的氨基酸排列。
氨基酸排列。
内含子:
内含子:
真核生物细胞真核生物细胞DNADNA中的间插序列。
这些序列被转录在中的间插序列。
这些序列被转录在前体前体RNARNA中,经过剪接被去除,最终不存在于成熟中,经过剪接被去除,最终不存在于成熟RNARNA分子中。
分子中。
内含子和外显子的交替排列构成了割裂基因。
在前体内含子和外显子的交替排列构成了割裂基因。
在前体RNARNA中的中的内含子常被称作内含子常被称作“间插序列间插序列”。
从染色质到染色体的四级结构示意图从染色质到染色体的四级结构示意图1、DNA蛋白纤丝蛋白纤丝2、螺旋管、螺旋管3、超级螺旋管、超级螺旋管4、染色体、染色体组蛋白组蛋白DNA1234原核生物(细菌、古生菌)的基因组原核生物(细菌、古生菌)的基因组结构的特点结构的特点1)染色体为染色体为双链环状的双链环状的DNA分子(单倍体);分子(单倍体);2)基因组上遗传信息具有连续性;基因组上遗传信息具有连续性;基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子,遗传信息是连续的而不是中断的。
一般不含内含子,遗传信息是连续的而不是中断的。
3)功能相关的结构基因组成功能相关的结构基因组成操纵子操纵子结构;结构;4)结构基因的单拷贝及结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝;基因的多拷贝;5)基因组的重复序列少而短;基因组的重复序列少而短;个别细菌个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的和古生菌的rRNA和和tRNA中也发现有内含子或间插序列。
中也发现有内含子或间插序列。
真核微生物(啤酒酵母)的基因组真核微生物(啤酒酵母)的基因组结构的特点结构的特点11)典型的真核染色体结构;典型的真核染色体结构;啤酒酵母基因组大小为啤酒酵母基因组大小为13.513.5101066bpbp,分布在分布在1616条染色体中。
条染色体中。
22)没有明显的操纵子结构;没有明显的操纵子结构;33)有间隔区(即非编码区)和内含子列;有间隔区(即非编码区)和内含子列;44)重复序列多;重复序列多;33、DNA的复制的复制DNA的复制时在环上的的一个点开始,从复制点以恒定速率沿着的复制时在环上的的一个点开始,从复制点以恒定速率沿着DNA环移动。
环移动。
在正常速率和慢速率生长的细胞中合成在正常速率和慢速率生长的细胞中合成DNA所用时间约为物种世所用时间约为物种世代时间的代时间的2/32/3。
快速生长的微生物,快速生长的微生物,DNA的第一轮复制还没有完成,的第一轮复制还没有完成,就开始第二轮复制。
在同一时间里,有许多复制点出现在细胞中,就开始第二轮复制。
在同一时间里,有许多复制点出现在细胞中,在每个生长周期末,在每个生长周期末,DNA的副本总是生长周期开始时的两倍,当的副本总是生长周期开始时的两倍,当DNA的副本被分配到子细胞时,它们在新一轮复制前,已有部分复的副本被分配到子细胞时,它们在新一轮复制前,已有部分复制了。
制了。
真核微生物的真核微生物的DNA复制同时在各染色体中进行,每个染色体中有复制同时在各染色体中进行,每个染色体中有许多分立的位点,各位点上许多分立的位点,各位点上DNA的复制同时进行。
的复制同时进行。
DNA的滚环复制模式的滚环复制模式切口切口55333模板模板新生链新生链新链连续复制新链连续复制互补链合成互补链合成44、反义、反义RNA从从DNA的无义链上与的无义链上与mRNA同时转录下来的同时转录下来的RNA,能与,能与DNA的碱基互补,的碱基互补,并能阻止、干扰复制转录和并能阻止、干扰复制转录和翻译的短小翻译的短小RNA。
它在。
它在DNADNA复制、复制、RNARNA转录和翻译及传转录和翻译及传递氨基酸递氨基酸过程中均有过程中均有调节(抑制)调节(抑制)作用。
作用。
19811981年科学家在研究年科学家在研究ColE1质粒的复制时发现。
质粒的复制时发现。
55、微生物生长与蛋白质合成、微生物生长与蛋白质合成(11)微生物的生长的主要活动是蛋白质的合成,同)微生物的生长的主要活动是蛋白质的合成,同化的碳和消耗的能量有化的碳和消耗的能量有4/54/59/109/10直接或间接与蛋白质直接或间接与蛋白质的合成有关。
的合成有关。
(22)蛋白质的合成与)蛋白质的合成与RNA、DNA的复制(合成)有的复制(合成)有关。
以细菌为例:
在停滞期细胞内所有成分出现一个不关。
以细菌为例:
在停滞期细胞内所有成分出现一个不平衡的生长状态。
平衡的生长状态。
进入对数期细胞内所有成分都以相同的速率生长,叫进入对数期细胞内所有成分都以相同的速率生长,叫平衡生长。
平衡生长。
将平衡生长的细菌移入丰富的培养基中,生长速率加快,此时将平衡生长的细菌移入丰富的培养基中,生长速率加快,此时RNA的合成速率首先增加,稍后的合成速率首先增加,稍后DNA和蛋白质的合成速率随之增加。
和蛋白质的合成速率随之增加。
较长一段时间后,细胞分裂的速度也上升,最后全部成分的合成速度较长一段时间后,细胞分裂的速度也上升,最后全部成分的合成速度再达平衡。
再达平衡。
若作下降实验,若作下降实验,RNA的合成速率首先减小,的合成速率首先减小,DNA和蛋白质的合成和蛋白质的合成速率随之减小。
速率随之减小。
这说明这说明RNA的合成速率是控制生长速率的关键因素。
的合成速率是控制生长速率的关键因素。
(33)蛋白质的合成过程)蛋白质的合成过程AADNA复制复制BB转录转录mRNACC翻译翻译DD蛋白质合成蛋白质合成第二节第二节微生物的变异微生物的变异一、突变类型一、突变类型11、自发突变、自发突变多因素低剂量的诱变效应多因素低剂量的诱变效应:
原因不详的低剂量诱变因素长期作:
原因不详的低剂量诱变因素长期作用的综合效应用的综合效应。
互变异构效应互变异构效应:
碱基的配对错误。
:
碱基的配对错误。
突变概率低,细菌为突变概率低,细菌为111010-4-4111010-10-10。
22、诱发突变、诱发突变(11)物理()物理(UVUV)诱变及修复)诱变及修复机制机制:
断链、交联,:
断链、交联,AA、CC的水合作用,的水合作用,T-TT-T。
修复修复:
AA光复活、暗复活(光复活、暗复活(19491949年年KelnerKelner发现)发现)光复活光复活:
经:
经UVUV照射损伤的照射损伤的DNA在蓝色可见光在蓝色可见光(尤其是(尤其是510nm510nm)照射时)照射时DNA修复酶将受损区域修复酶将受损区域两端的磷酸二酯键水解,切割低凹并插入新的两端的磷酸二酯键水解,切割低凹并插入新的核苷酸,修复核苷酸,修复DNADNA。
(光激活酶与。
(光激活酶与T-T结合,光结合,光照时分解,释放出来,照时分解,释放出来,T-T解体)解体)暗复活:
暗复活:
无光条件下的修复,又称切除修复作无光条件下的修复,又称切除修复作用。
内切核酸酶从用。
内切核酸酶从T-T的的55端切开一个端切开一个3OH和和5P的单链缺口;的单链缺口;外切核酸酶从外切核酸酶从5P至至3OH方向切除方向切除T-T,扩大缺口(,扩大缺口(12-1312-13个核个核苷酸;苷酸;DNA聚合酶合成新的聚合酶合成新的DDNA;连接酶连;连接酶连接。
接。
紫外线对紫外线对DNA的损伤及其修复的损伤及其修复嘧啶嘧啶嘧啶二聚体嘧啶二聚体UV光复活作用光复活作用嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶嘧啶光解酶光解酶BB、切除修复切除修复CC重组修复重组修复:
受损伤的:
受损伤的DNA先经复制,先经复制,染色体染色体交换,使子链上的空隙部分面对正常的单链再经交换,使子链上的空隙部分面对正常的单链再经DNA聚合酶修复。
聚合酶修复。
DDSOSSOS修复修复:
在:
在DNADNA受到大范围的重大损伤时诱导受到大范围的重大损伤时诱导产生的一种应急反应,使细胞内所有的修复酶增加产生的一种应急反应,使细胞内所有的修复酶增加合成量,提高酶活性。
或诱导产生新的合成量,提高酶活性。
或诱导产生新的修复酶修复酶(DNA多聚酶)多聚酶)修复修复DNA受损伤的部分。
受损伤的部分。
EE适应性修复适应性修复:
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- 第六 微生物 遗传 变异