第六章微生物的遗传与变异

• 细胞生长周期的某个阶段，DNA双螺旋解开 成为转录模板，在RNA聚合酶催化下，合成 mRNA。
复
转录
制
DNA
RNA
• 转录——以DNA为模板，按碱基配对原则（dAU、dT-A、dG-C、dC-G)合成RNA链。
不对称转录—— 只能以双链中固定的一条链（模板链） 为模板转录RNA
(启动子)
开始
（2）DNA损伤的修复 ①光复活和暗复活
光复活：光裂合酶在可见光下（300-500nm）会 因获得光能而发生解离从而使二聚体重新分 解成单体。
暗复活：切除修复和重组修复
②切除修复： 需要三种酶协同作用，不需要可见光的激活。
首先在二聚体两侧核酸内切酶作用下造成单链断 裂并切除二聚体。DNA聚合酶I作用下修复，最 后 DNA 连 接 酶 缝 合 新 合 成 的 DNA 片 段 和 原 DNA片段。
• mRNA分子的碱基顺序即表示了所合成蛋白质的氨 基酸顺序。
遗传密码
2.蛋白质的生物合成
(1)tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识 别相应的氨基酸 ，并通过tRNA氨基酸臂的 3'OH与氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。
• 每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA合成酶。 它既催化氨基酸与ATP的作用, 也催化氨基酰基转移到 tRNA。
2、化学诱变
• 化学诱变可造成碱基对的置换 • 转换（transition）：嘌呤被另一嘌呤或嘧啶被另一 嘧啶取代。 • 颠换（transversion）：嘌呤被嘧啶取代。
化学诱变对DNA的作用形式有三类： （1）直接引起置换的诱变剂
是一类可直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂。 可与一个或几个核苷酸发生化学反应，引起DNA复制 时碱基配对的转换。
DNA修复的多种细胞功能参加的诱导作用。正常 的SOS系统被LexA蛋白所抑制，DNA损伤时激活 RecA蛋白酶活性，使LexA蛋白失活，启动SOS系 统。一旦修复完成，SOS系统关闭。SOS系统是一 种倾向差错的DNA修复机制，可造成突变。
⑤适应性修复： 细菌由于长期接触低剂量诱变剂会产生修复蛋
白酶，修复DNA上因甲基化而遭受的损伤。
遗传型——生物体所携带的全部遗传因子或基因的总称。 表型——具有一定遗传性的个体在特定的外界环境中通过 生长发育所表现出来的种种形态和生理特征的总和。
有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只能 称适应或饰变（modification）。变异是基因结构发生 变化，而且往往是不可逆的变化，此变化可以遗传给子代 形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有 变异，变异中有遗传。
• 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸收(260nm) 值增加25－40%；RNA变性后，约增加1.1%。这种现 象称为增色效应。
• DNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完
成。因此，通常将引起DNA变性的温度称为融点，用Tm
表示。
• 一般DNA的Tm值在70-85C之间。DNA的Tm值与分子
代，从中选择具有合格性状的自发突变体。因自发突变率 低，变异程度低，培育进程很缓慢。
环境工程中仍采用定向培育的方法培育菌种——驯化。
是 mRNA 与 氨 基 酸 之 间 的接合体，带有能和mRNA 互 补 的 反 密 码 子 ， 3’ 末 端 AMP 上 结 合 氨 基 酸 ， 反 密 码子与mRNA上的密码子互 补。一个氨基酸有一种或多 种tRNA。呈三叶草结构。
3、rRNA——ribosomal RNA 核糖体RNA rRNA与蛋白质共同组成核糖体。 原核生物：5S、16S、23S 真核生物：5S、5.8S、16S、28S
与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链或 有义链，并把另一条链根据碱基互补原则指导 mRNA合成的DNA链称为反义链。
• mRNA携带有合成蛋白质的全部信息。 蛋白质的生物合成是以mRNA作为模板 进行的。
遗传密码
• mRNA分子中所存储的蛋白质合成信息，是由组成 它的四种碱基（A、G、C和U）以特定顺序排列成 三个一组的三联体代表的，即每三个碱基代表一个 氨基酸信息。这种代表遗传信息的三联体称为密码 子，或三联体密码子。
二级结构：双螺旋结构。
基本特点： （1） DNA由两天互相平行的 脱氧核苷酸长链盘绕而成。 （2）脱氧核苷酸和磷酸交替连 接，排列在外侧，构成基本骨架 ，碱基排列在内侧。 （3）两条链上的碱基以氢键相 结合形成碱基对。
碱基的相互结合具有严 格的配对规律，即A与T结 合，G与C结合，这种配对 关系，称为碱基互补。A 和T之间形成两个氢键，G 与C之间形成三个氢键。
烟草花叶病毒 霍氏车前花叶病毒
两类核酸的基本化学组成
嘌呤碱
嘧啶碱
戊糖 酸
DNA
RNA
腺嘌呤（A） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） D-2-脱氧核糖 D-核糖
磷酸
磷酸
核酸是一种多聚核苷酸，它的基本单位是核苷酸。 核苷酸由碱基、磷酸和戊糖组成
以亲代DNA分子的两条链为模 板合成各自的互补链，形成两个 子代的DNA分子的过程称为复制 ，这个过程是半保留复制即合成 新的DNA分子时，子代DNA的一 条链来自亲代，另一条链为新合 成的互补链。
三、DNA的变性和复性
（一）DNA变性 DNA的双螺旋由氢键维持，当天然双螺旋DNA受
热或其他因素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分 开成为单链DNA，即称为DNA变性。
第一节 微生物的遗传
一、遗传和变异的物质基础-DNA
三个经典实验证明了核酸(DNA和RNA)是遗传 物质基础。
1.肺炎链球菌的转化现象 2.噬菌体感染实验 3.植物病毒重建实验
1、转化实验 最早进行转化实验的是F.Griffith（1928）
2 噬 菌 体 感 染 实 验
3、病毒的拆开和重建实验
性。但是将变性的DNA缓慢冷却时，可以复性。分子 量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外， DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
核酸杂交
由DNA复性研究发展成的一种实验技术是分 子杂交，杂交可以发生在DNA之间或DNA与 RNA 之间，DNA之间杂交可用于估测DNA间 的同源序列，不同生物在进化过程中的相关性。 DNA与RNA杂交可通过RNA转录来检测DNA 中特定基因的存在。
4、反义RNA——antisense RNA 是能与DNA碱基互补，并能阻止、干扰复制转录和翻
译的短小RNA。起调节作用，决定mRNA翻译合成速度。
五、微生物生长和蛋白质合成 微生物生长的主要活动是蛋白质的合成，DNA的复
制合成和RNA的转录合成最终目的在于蛋白质的合成。
• DNA通过转录作用，将 其所携带的遗传信息传 递 给 mRNA, 在 三 种 RNA （ mRNA 、 tRNA 和 rRNA ） 的 共 同 作 用 下，完成蛋白质的合成。
③重组修复： 必 须 在 DNA 进 行 复 制 的 情 况 下 进 行 ， 所 以 又
称复制后修复。大肠杆菌可以在不切除胸腺二聚 体情况下以带有二聚体的这一单链为模板而合成 互补单链，但在二聚体附近留下了一个空隙，经 过染色体交换，使空隙部分面对正常单链，DNA 聚合酶和连接酶将此修复。
④ SOS修复： DNA大范围损失作为一种求救信号引发设计
（3）引起移码突变的诱变剂：由诱变剂引起DNA 分子中的一个或少数几个核苷酸的增添、插入或缺 失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和 转译错误的一类突变。
3、复合处理及协同效应 两种或多种诱变剂先后使用； 同一种诱变剂重复使用； 两种或多种诱变剂同时使用
4、定向培育与驯化: 用某一特定环境长期处理某一微生物群体，不断移种传
• 氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰tRNA合成酶只能识别一种相应的tRNA。
• tRNA分子能接受相应的氨基酸, 决定于它特有的碱基顺 序, 而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA 合成酶所识别。
(2)氨基酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋 白质
• 氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子 识别相应的遗传密码，并将所携带的氨 基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置， 最后在核糖体中合成肽链。
二、DNA的结构与复制
（一）DNA的结构
• 1953 年 ， J.Watson 和 F.Crick 在前人研究工作 的 基 础 上 ， 根 据 DNA 结 晶的X-衍射图谱和分子模 型 ， 提 出 了 著 名 的 DNA 双螺旋结构模型，并对模 型的生物学意义作出了科 学的解释和预测。
一 级 结 构 ： DNA 中 核 苷 酸 之 间的连结方式及其排列顺序。
第六章 微生物的遗传和变异
遗传（heredity）
亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似的 现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信息 的复制和表达。
变异（variation）
生物亲代与子代之间，子代个体之间有差异的现象， 主要体现在形态和生理性状。从分子水平讲，是遗传 信息发生了变化。
在DNA分子中，嘌呤 碱基的总数与嘧啶碱基的 总数相等。
1、DNA的存在形式 真核生物：染色体（DNA+组蛋白），丝状结构
，所有染色体由核膜包成一个细胞膜 原核生物：DNA细丝构成环状的染色体，质粒
2、基因: 基因是一切生物体内储存信息的，有自我复 制能力的遗传功能单位。
( 二）DNA的复制——半保留复 制
四、RNA
RNA分子的主要生物功能是参与蛋白质的生物 合成，可分为tRNA、rRNA、mRNA和反义RNA ，都由DNA转录而来。
1、mRNA——message RNA，信使RNA 它的生物功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白
质合成基地 – 核糖体。
2、tRNA—— transfer RNA 转移RNA