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[医学]第七章 微生物遗传和变异1

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第七章 微生物遗 传和变异1 微生物的变异:当微生物从它适应的环境迁移 到不适应的环境后,微生物改变自己对营养和 环境条件的要求,在新的生活条件下产生适应 新环境的酶,从而适应新环境并生长良好。 基因型:生物体所含有的全部遗传因子所 携带的遗传信息。 表型:某一生物体所具有的一切外表特征 和内在特性的总和,是其遗传型在合适环境 条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。 饰变:指外表的修饰性改变,它不涉及遗 传物质结构改变而只发生在转录、转译水平 上的表型变化。 遗传和变异是一切生物存在和进化的基 本要素。 遗传是相对的,变异是绝对的; 遗传中有变异,变异中有遗传。 对于育种的意义 在污水和有机固体废物生物处理过程中,可利用 自然条件或物理、化学因素来促进微生物变异, 使它符合生产实战的需要。 在工业废水生物处理过程中,用含有某些污染物 的工业废水筛选、培养来自处理其他废水的菌种, 使它们适应该种工业废水并有效降解其中污染物 能力的方法叫驯化。 第一节 微生物的遗传 一、遗传和变异的物质基础 1、三个经典试验 (1)转化实验CAI Griffith(1928) 用肺炎链球菌 S型和R型菌 株进行实验 Avery等人的实验(1944) (2) 噬菌体感染实验 Hershey 和Chase (1952) (3)植物病毒的重建实验CAI Fraenkel-Conrat (1956) 2、遗传物质在细胞中的存在形式 除部分病毒的遗传物质是RNA外,其余生 物均为DNA。 按其在细胞中的存在形式可分为染色体 DNA和染色体外DNA。 原核微生物的DNA不与蛋白质结合,也没 有核膜,而是由一条DNA细丝构成的环状 染色体,拉直时比细胞长许多倍,它在细 胞的中央,高度折叠形成具有空间结构的 核区。原核微生物DNA的负电荷被Mg2+和有 机碱中和。 真核生物的DNA与组蛋白结合在一起形成核 染色体,染色体呈丝状结构,细胞内所有 染色体由核膜包裹构成真正的细胞核。 3、基因和遗传信息的传递 (1)基因 基因是生物体内一切具有自主复制能力 的最小遗传功能单位,为一条有特定核 苷酸排列序列的核酸片段。 原核生物基因包括: 操纵子与其调节基因 操纵子包括: 结构基因 操纵基因 启动基因 结构基因:决定蛋白质合成中氨基酸的排列顺序 操纵基因:控制结构基因的转录(执行off功能) 启动基因:是DNA聚合酶的结合部位和转录的启 动部位(执行on功能) 调节基因:转录阻遏蛋白的mRNA,转译阻遏蛋白, 后者与操纵基因结合控制结构基因是否转录蛋 白质。 每个基因约1000~1500bp,分子量约 6×105,每个细菌约具有5000 ~ 10000 个基因。基因控制遗传性状,任何一个 遗传性状的表现都是在基因控制下的个 体发育的结果。 (2)遗传信息的传递 遗传信息的传递可概括为3个步骤: ①将携带遗传信息的DNA复制; ②将DNA携带的遗传信息转录到RNA上; ③将RNA获得的信息翻译成蛋白质。 某些RNA病毒,侵入宿主后,通过反转录酶的作 用,由RNA 反转录为DNA。这种DNA的复制和遗 传信息传递的基本规则,称为分子遗传学中的 中心法则。 中心法则 二、DNA的结构与复制 1、 DNA 的结构 DNA由两条多核苷酸组成的链配对而成,两条 链彼此互补,排列方向相反,以右手螺旋的方 式围绕一根主轴而互相盘绕,形成具有一定空 间距离的双螺旋结构 。 四种碱基A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G (鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)相互配对。 A-T,G-C互相间通过氢键连接。 1953年的克里克(Francis Crick,1916-2004)(右)和沃森(James Watson,1928-)在实验室里,他们两人因为发现了DNA的分子结 构,而在1962年与威尔金斯一起获得诺贝尔生理学和医学奖。 核苷酸 的结构 四种碱基的结构 DNA分子结构 A与T、G与C的配对(依靠氢键连接) 2、DNA的复制CAI 半保留复制:首先DNA双螺旋分子在解旋酶 的作用下,两条多核苷酸链之间的氢键断裂, 分离成两条单链,然后各自以原有的多核苷 酸链为模板,根据碱基配对原则合成新的互 补链,这样形成的两个子代DNA分子与原来 的DNA分子完全相同,故称之为复制。又因 子代DNA分子的双链一条来自亲代,另一条 是新合成的,故称为半保留复制。 DNA的复制 DNA是双链分子,但作为基因则只有一 条链为蛋白质编码(意义链),另一 条只是使DNA分子处于稳定状态的互补 链,称为反义链。 原核微生物DNA的复制从一个位点开始, 快速生长的微生物在同一时间里有多个 复制点。 真核微生物DNA的复制同时在各染色体 中进行,在每个染色体中多位点上的 DNA复制同时进行。 三、DNA的复性与变性 1、DNA变性 当天然双链DNA分子在热、酸或碱等因素作 用下,氢键被破坏,成为不规则的卷曲单链, 称为DNA变性。 DNA变性时,双螺旋松解,碱基暴露, OD260值增加(增色效应)。 DNA的变性作用发生在一个很窄的温度范围 内,通常把光吸收增值一半时的温度称为该 DNA的熔点或熔解温度,用Tm表示。 2、DNA的复性 变性DNA溶液经适当处理后重新形成天然 DNA的过程叫复性。 DNA复性时,单链DNA重新恢复双螺旋结构, OD260值减小(减色效应)。 杂交:在DNA复性过程中,将不同的DNA单链 分子放在同一溶液中,或将DNA和RNA分子放 在一起,双链分子的再形成既可以发生在序 列完全互补的核酸分子间,也可发生在碱基 序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA 之间。 固相杂交:用硝酸纤维素滤膜 四、RNA及其作用 RNA(核糖核酸)和DNA很相似,不同的 是以核糖代替脱氧核糖,以尿嘧啶(U)代 替胸腺嘧啶(T)。因此RNA链中的碱基配 对为A-U


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