分子微生物考点by suguang

1、第一章基因、复制子及基因组第1节基因概念的发展经典遗传学关于基因概念的要点： 基因是不连续的颗粒状因子，在染色体上有固定的位置，呈直线排列，具有相对稳定性。 基因作为功能单位控制有机体的性状表达。 基因以整体进行突变，是突变的最小单位。 基因是重组的最小单位，在交换中不再分割。 基因能自我复制，在有机体内通过有丝分裂有规律地传递基因的cistron和operon概念什么是cistron?在反式构型中，不能发生互补的各个突变型在染色体上所占的一个区域称为一个顺反子。cistron既有功能上的完整性，又有结构上的可分性。操纵子（operon）概念：操纵子（operon）：指包含结构基因、操纵基因以

2、及调节基因的一些相邻基因组成的DNA片段，其中结构基因的表达受到操纵基因的调控。蛋白质呈反式作用，DNA位点呈顺式作用起调节作用的DNA 序列称为顺式作用元件。所有基因产物，RNA或蛋白质，都是反式作用因子，可作用细胞内基因的任一拷贝。在“基因”这一术语中，位于同一条DNA上的位点称为顺式（cis)，位于2个不同DNA分子上的位点称为反式（trans)。互补试验认为，当2个突变以反式存在时，如果其功能不能相互补偿，则这2个突变位于同一基因内。即同一基因内的突变不能互补。“顺反子”，“互补群”，“基因”都用来描述一段DNA，顺反子是互补试验定义基因的遗传单位。互补群是指互补试验中，不能相互补偿的

3、一系列突变。如果一个位点起反式作用，它肯定是通过产生可扩散的分子而起作用，这种分子通常是蛋白质，可作用于细胞内的多个靶点。如果一个突变是顺式的，它肯定是以DNA位点形式而不是以蛋白质或RNA形式起作用。什么是基因？基因是一段核苷酸序列（DNA or RNA)指导合成一种功能性肽链或RNA分子，包括外显子、内含子等全部序列是遗传物质最小的功能单位第2节 基因组概述基因组（genome）:指生物体活细胞中一套单倍体遗传物质的总合。C值（C-value)：指单倍体基因组的DNA总量。是生物的重要特征。如何知道某一基因是否是必需的？答案是：通过突变分析来确定。如：插入突变法。mRNA丰度（ mRNA

4、abundance ):指每一细胞中，每一种mRNA 的平均数量。如何测定表达基因的数量：RT-PCR；realtimePCR；microarray；SAGE第3节基因组结构基因组概念，还包括真核微生物不同DNA分子上的结构分布和排列情况。Virus genome 的核酸有正负链之分。正链RNA病毒：病毒的ssRNA可以直接作为mRNA,指令合成外壳及核酸，并组装成病毒体。负链RNA病毒：病毒的RNA不能直接作为mRNA。因此，其RNA分子无感染性，需要转录出mRNA才有感染性，但这种转录需要病毒自身的 RNA polymerase ，寄主细胞是不具备的。所以，负链RNA病毒都是以完整的病毒颗

5、粒作为感染单位，才能在寄主内正常的复制及繁殖。重叠基因的定义：不同的基因共用一段DNA序列，按照不同的阅读框转录，编码一条以上的多肽链。 思考题：1、重叠基因图是通过什么方法做出来的？2、一条双链DNA片断理论上可以编码多少种氨基酸序列？端粒（Telomere）：线形的染色体末端DNA重复序列与蛋白结合的复合体结构。扩增：染色体某些区段的DNA序列，其拷贝数专一性地大量增加的现象。AUD和ADS：（1）扩增单位，AUD（amplified unit of DNA）指 DNA扩增的区域。AUD长度通常525kb，两端是12kb的重复序列。（2）扩增序列，ADS （amplified DNA se

6、quence）指实际扩增的DNA 序列。ADS是由多个AUD串联而成，可从几个到几百个。真核基因的着丝粒、端粒和复制起点：着丝粒：着丝粒是DNA上的一段特殊结构，在细胞分裂时提供纺锤丝结合位点。有点着丝粒和区域着丝粒端粒是真核生物（和某些原核生物）线性染色体两端的特殊DNA与蛋白质的复合体结构。ARS:酵母的复制起点是指染色体上控制DNA复制起始的一小段 DNA 序列，通常称为 自主复制序列（ARS）。分为A、B、C三个结构域，A、B 2个结构域最重要。结构域A由11个核苷酸组成了保守序列，称为ARS共有序列（ ARS consensus sequence），简称ACS。ORC：6种蛋白以复合

7、体形式存在,称为起始识别复合物，简称ORC (origin recognition complex)。ORC与ARS共有序列ACS结合。 ORC特性类似原核生物DNA复制起始蛋白。第4节 复制子与细胞周期细胞周期与复制的2个普通的准则： DNA复制的启动，保证了细胞的进一步分裂； 复制的结束触发了细胞分裂。复制子（replicon）：DNA中发生一次复制的单位称为replicon。噬菌体或病毒DNA也包括一个复制子，但它们在一个感染周期中能引发多次复制。 对于这些原核生物中的特例，定义应该为：含有一个复制起始位点，并且能在细胞中自组复制的DNA分子。一个细菌复制子需要具有以下几种功能： 启动复

8、制过程； 控制启动的频率； 将已复制的染色体，分配到子细胞中去真核与原核生物复制的一个明显区别：真核生物染色体在完全复制好之前，不会再启动新一轮的复制。而原核生物在快速生长时，起点可以连续发动复制。真核生物在快速生长时，往往采用更多的复制起始点。A蛋白：噬菌体基因组利用滚环式复制，A蛋白是一种松弛酶（relaxase）：具有切割双链DNA能力，并与同时释放出的5端相结合。A蛋白，是顺式作用蛋白，只同该基因组DNA相结合。但在体外，A蛋白对任何DNA模板都有活性。每个细菌在复制与细胞生长之间有两个联系：A. 复制周期启动的频率与细胞生长速度相适应B. 复制的完成与细胞分裂相关联复制周期可以根据以

9、下两个常量来定义：（1）C复制整个细胞染色体所需的固定时间约40分钟。（2）D一个复制周期完成时和细胞分裂之间的固定时间约20分钟。细胞如何知道什么时间启动复制？当细胞质量与染色体起始点数目达到一个固定比率时，细胞则启动复制。细胞质量如何确定？在整个复制周期中会持续合成启动蛋白质（initiator）该蛋白积累到一定量时就会引发启动。另一种可能是抑制物的负控制，在固定时间内会合成抑制物蛋白质，随着细胞体积增大，抑制物被稀释到低于效应水平，从而引发复制的启动。周隔环面是细菌包膜发生变化而形成的包住细胞的环状结构。第二章 基因突变和DNA损伤修复第2节、DNA损伤DNA损伤指:生物在生命过程中，其

10、遗传物质DNA发生的任何改变。包括2类：1、碱基的改变：通过序列的变化改变子代的遗传信息；2、DNA双螺旋结构的异常：会对复制、转录过程产生生理性伤害。自发性损伤：（1）DNA分子的内部运动：碱基的脱氨作用，引起碱基置换。如GC->AU; (2)DNA环出效应；（3）自发突变有热点：热点主要原因：来自修饰过的碱基5-甲基胞嘧啶，它能够自发脱氨基成为胸腺嘧啶（T）。糖基水解酶切除错配碱基过程：1.翻转 2.切除 3.去除磷酸二酯键骨架 4.填补其参与的过程还有：1.切除被烷基化的碱基 2.光复活酶解聚二聚体 3.甲基化酶修饰碱基对短时间的高温处理诱发DNA损伤作用机理：专一性作用于GC碱基

11、对，引起转换或颠换：1.使C脱氨基，变为U。使GC->AT；2.使G碱基上的脱氧核糖键移动，进而引起碱基对颠换。化学因素诱发的DNA损伤:（1） 碱基类似物的参入:碱基类似物比正常的碱基更易出现互变异构,引起DNA的配对错误。(5-BU，T碱基的类似物，烯醇式ß->酮式)：若5-BU以酮式分子参入DNA，形成A-BU碱基对，称为复制错误。复制错误突变细胞数将随分离次数增加，表现遗传不稳定性。DNA复制时参入5-BU形成G-BU碱基对，称为参入错误，参入的5-BU为烯醇式。（2） 亚硝酸：使碱基氧化脱氨基（3） 羟胺：羟胺只作用C，诱发G-C至A-T的单向转换（4） 烷化剂

12、：拟辐射诱变剂第3节 DNA损伤修复增变基因mut 系统参与的损伤修复：1、 Mut 系统识别和修复被氧化的碱基及其错误配对碱基 甲基化引导的错配修复系统：MutH、S、L: 该修复系统的特点：特异性不强。能够修复DNA双链结构的任何轻微损伤。包括错配、移码、碱基类似物的替代等等。修复合成的DNA新链，由聚合酶完成Mut二聚体结合到错配碱基处。MutH二聚体和Mut加入。核酸内切酶MutH在尚未甲基化的DNA子链切开一个切口。Mut含有个结合位点，第一个位点是特异性的错配碱基。第二个位点是非特异的。可以沿DNA链移动位置，直至遇到GATC序列为止。Mut移位时从A-C处至GATC处的DNA形成

13、环状结构。降解DNA子链。由多种核酸外切酶，可沿3>5，也可沿5>3方向切除至A-C处，由解旋酶uvrD辅助。重新合成子链。MutT、M、Y对碱基氧化的修复：甲基化：负责为DNA甲基化的酶是由dam基因编码的甲基化酶Dam（Dam methylase），其靶序列就是GATC/CTAG，在A 的N6 位置甲基化。Dam酶非常重要，作用：调控DNA的复制，作用引导正确的损伤修复。错配修复思考题1、若菌株基因型为 dam-（甲基化酶基因突变），该菌株能否进行错配修复？2、实验设计利用分子生物学方法证明：只有半甲基化的DNA才能进行错配修复？E. coli 中的重组修复系统E. coli

14、的rec基因编码主要的重组修复系统的酶。复制在新合成链中留下一个对应于损伤序列的缺口时，此系统启动。SOS系统：DNA损伤导致RecA激活SOS负控蛋白LexA（与SOS BOX结合）的自动切割活性，引发SOS应答途径，这条途径由许多编码修复酶的基因组成。SOS修复：也称为倾向差错的修复（Error prone repair ），是在DNA分子受到较大范围的损伤或是DNA复制受到抑制的过程中，经诱导产生的一种修复作用。SOS修复开始后，允许新合成的DNA链越过 dimer，而不间断DNA的链延伸。其代价是DNA复制的忠实性和保真度极大降低。应答细胞的表型是，增强了损伤DNA的修复能力，细胞分裂

15、受阻，诱导溶源phage的释放。Rec蛋白活性：1）直接参与重组修复；2）蛋白酶功能，激活的RecA导致LexA发生自动切割，进而他所结合的所有操纵子（包括RecA和LexA），都被诱导。其两种活性独立。SOS通路起始于受损伤的DNA激活了细胞中适量表达的RecA，使其具有了蛋白酶的活性，进而消除LexA的阻遏，使参与修复的基因都大量表达，细胞则快速地修复损伤的遗传物质。当细胞DNA被修复，激活RecA的信号自然消失，RecA蛋白失去了使Lex蛋白不稳定的能力，lex基因大量表达。umuC 和 umuD： 这2个基因编码的蛋白可帮助细胞耐受DNA损伤，使DNA聚合酶能越过损伤部位而继续复制，在

16、此过程中引起突变。因此，SOS修复中导致突变的关键蛋白是UmuC和UmuD。umuC、D 2个基因组成一个转录单位，共用一个启动子。在正常细胞中，像其他SOS基因一样，也被LexA蛋白阻遏。现行的假设模型是：UmuD、C形成复合体。复合体被RecA蛋白激活，D切割成D。该复合体被激活，结合到DNA聚合酶上，代替了原来酶上的亚基，允许DNA聚合酶快速“通读”损伤的DNA模板，聚合酶的校正功能被修饰丧失，碱基配对出现错误而导致基因突变。UV照射溶源性细菌，可以诱导phage 释放的机理：损伤DNA激活RecA，引起噬菌体阻抑蛋白pCI的切割，的溶源阻抑物没有了，phage DNA开始复制，进入裂解

17、周期。第4章 可动遗传因子质粒、转座子和整合子可动遗传因子 (Mobile genetic element, MGE)：是一类可以在不同细胞之间以及同一细胞不同DNA分子之间进行转移的遗传因子。细菌可动遗传因子主要包括接合性质粒、转座子和整合子(Integron, In)质粒定义 ：广义：质粒是细胞中独立于染色体并能自主复制的遗传因子(DNA或RNA)，它不具有胞外期，对寄主细胞是非必需的。狭义：质粒是细菌染色体以外能自主复制、不具有感染性的小环状DNA分子。质粒的基本性质 ：1、质粒是独立于染色体的双股共价闭合环状DNA分子，即ccc DNA。2、存在是相当普遍的3、质粒分子的大小相差悬殊4

18、、质粒都具有自主复制功能，质粒基因决定复制的起始和拷贝数。（严紧型质粒，低拷贝质粒；松弛型质粒，高拷贝质粒）5、质粒都具有分配（partition）功能：高拷贝数质粒采用随机分配的方式；低拷贝数质粒采用主动分配方式：基本复制子的分配区决定质粒的分配功能，主要是分配蛋白 (Par) 编码区和分配位点6、质粒都具有不相容性（incompatibility），即亲缘关系较近的或者说复制子类型相同的两种质粒不能稳定地共存于同一个寄主细胞中。不相容性是质粒分类的理想标准，根据不相容性可将细菌质粒分成不同的不相容性组。7、每一种质粒都有一定的寄主范围：窄寄主范围质粒；广寄主范围质粒8、分子量较大的质粒多数

19、具有接合（conjugation）功能：接合性质粒；非接合性质粒9、有些质粒可以以游离于寄主染色体和与染色体整合两种状态存在，称为附加体(episome)10、有些质粒除了编码质粒的复制和保持功能以外，还含有其它功能基因11、质粒DNA可以通过转化作用（transformation）引入到细菌细胞，但先决条件是受体细胞必需在质粒的寄主范围之内12、质粒有接受外来DNA的能力，可改造成基因工程载体13、质粒的功能对寄主细胞来说不是必需的，可以被消除14、质粒是一类最简单、最原始和寄生的分子生物，由单个的DNA或RNA分子所构成质粒的复制：基本复制子（Basic replicon）：在质粒分子中能

20、使质粒保持复制功能和原来拷贝数的最小区段，主要包括复制原点（ori）以及发动质粒复制起始（复制酶）和控制质粒复制（RNA或调节蛋白）的区段。复制原点（ori）：为质粒的复制所必需、在复制开始时双链解开并开始前导链合成的最小顺式作用区。主要包括2个区域：AT丰富区（解链）；重复子（Iteron，质粒基本复制子中与复制蛋白结合从而起始复制的短重复序列）复制控制因子：复制蛋白：由质粒编码的发动质粒复制起始的蛋白质（复制酶）。反义RNA：通过与起始DNA合成的RNA引物的互补结合而抑制质粒复制的RNA分子， 是质粒复制的负调控因子调节蛋白：调控质粒复制的蛋白分子。复制形式： 型复制； 链置换复制； 滚

21、环复制质粒的不相容性：质粒之间的不相容性,是由于它们之间存在一种或几种相同的、与质粒复制或分配系统有关的因子。(1) 分离不相容性；(2) 反向转录区决定的不相容性；(3) 重复子决定的不相容性；(4) 分配位点决定的不相容性。质粒的接合转移和细菌杂交接合 (conjugation)：通过细胞与细胞之间的接触使DNA从一个细菌细胞转移到另外一个细菌细胞的现象。这一过程是由接合性质粒的转移（tra）基因区决定控制。接合体 (conjugant)：通过接合作用得到供体DNA的受体细胞。接合频率：每个供体细胞所产生的接合体数。表面排斥：接合性质粒指导合成的膜蛋白，能防止与该质粒同源的另外一种质粒通过

22、接合作用进入细胞的现象。诱动 (mobilization)：借助于接合性质粒的接合转移功能而出现的非接合性质粒或染色体的细胞间转移。接合菌毛（conjugative pili）：革兰氏阴性细菌的接合性质粒能指导合成一种丝状的胞外细胞器，称为接合菌毛。因为不同的接合系统具有不同的菌毛和菌毛特异性噬菌体，所以鉴别接合系统的最简单的方法是测定含有质粒的细胞可被哪一种噬菌体感染。革兰氏阳性细菌不含有性菌毛受体细胞合成的性信息素（一种多肽）能诱导接合转移的发生。质粒DNA转化转化 (transformation)：一种细胞吸收了另一种细胞的DNA从而使其基因型和表型发生改变的过程叫转化（DNA转化，区别

23、细胞转化和底物转化）转染 (transfection)：用病毒或噬菌体DNA进行的转化转导 (transduction)：噬菌体介导的细胞间DNA转移转化子 (transformant)：被转化的细胞感受态 (competence)：细菌能作为转化受体的生理状态转化频率 (transformation frequency)：每个活细胞所产生的转化子数转化效率 (transformation efficiency)：每微克DNA所产生的转化子数原生质体：经溶菌酶处理后形成的无细胞壁而由细胞膜包裹的细胞毒力质粒：细菌毒力包括侵袭力和产生毒素。侵袭力包括菌毛黏附作用和对细胞的穿透作用。毒素分为内毒素

24、和外毒素两大类。降解质粒 生物异源物质 (Xenobiotics)：非生物产生的人造化合物，主要包括农药、合成药物、石油衍生物、重金属和其它工业污染物。 生物降解 (Biodegradation)：在微生物的作用下使有机物分解的现象。 生物处理 (Biotreatment)：利用微生物的生物降解作用对废水、废气和废物进行无害化处理的环境生物技术。 生物修复 (Bioremediation)：利用微生物的生物降解作用减少污染现场有害物质的浓度或使其无害化的环境生物技术。生物强化作用 (Bioaugmentation)：将内源的、外源的或遗传工程的微生物接种到污染土壤或生物反应器中，用于加速污染物

25、的去除。 生物刺激作用 (Biostimulation)：向污染位点提供O2或其它电子受体，添加N、P等营养盐，增加土著菌的数量和降解活力。 降解性可动遗传因子 (Catabolic mobile genetic elements)：编码有机物降解途径的可动遗传因子，简称MGEs，包括降解质粒和降解性转座子转座子定义和分类 转座因子(transposable element)：是指能够在同一个复制子中或不同的复制子之间, 从一个位点转座到另一个位点的DNA序列。细菌转座因子分类（按功能）：(1) 插入序列(IS 因子)：只含有与转座有关的基因, 两个末端含有反向重复序列。(2) 转座子(tra

26、nsposon, 简称Tn)：除了转座基因以外还含有与插入功能无关的基因，如抗药基因、抗重金属基因、毒素基因和降解基因等。(3) 转座噬菌体：具有转座功能的噬菌体，如Mu噬菌体。细菌转座因子分类（按结构）：(1) 类转座子：IS因子和两端含有IS因子的转座子，如：IS1, Tn5。 (2) 类转座子：不含IS因子的转座子，如Tn3。(3) 类转座子：需要细胞与细胞相互接触而进行转座的转座子，即接合性转座子。转座子性质 两端有IR（、类） 复制性转座（、类） 受体DNA出现寡核苷酸对重复（、类） 可引起插入突变、增加新基因和沉默基因表达 从受体DNA上切离 插入位点基本上是随机的 对同种Tn的插

27、入有免疫性 接合性转座子的转座是从一个细胞转移到另一个细胞整合子 (Integron, In)：是细菌DNA中的耐药基因盒装配平台，它能通过位点特异性重组捕获多个不带启动子的外源耐药基因，组成一个类似于操纵子的表达单位。整合子是细菌发生水平基因转移和产生耐药机制的主要途径。第5章 微生物的普遍细胞功能DNA 甲基化-表观遗传修饰DNA 甲基化的主要形式为5-甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。DNA 甲基化能关闭某些基因的活性,是后天基因沉默的一种主要决定性因素。在真核生物中,5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基,主要出现在 CpG 和 CpXpG 中。原核生物中CCA/TGG

28、和GATC也常被甲基化。甲基化作用控制:错配修复系统的正确启动；DNA复制的保真；DNA复制的起始。题：热激反应和SOS应激反应：两者区别、具体涉及哪些反应、反应机制以及细胞通过反应达到何种目的？细胞分裂的遗传控制：周期蛋白依赖性蛋白激酶”( cyclin-dependent kinase,Cdk)：通过对其它蛋白质的磷酸化推动细胞周期的进行。细胞周期调节的中心环节Cyclin：Cdk的正调节因子CKI：细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 (Cdk inhibitor) 检测点( checkpoint)：关卡基因（checkpoint gene）细胞周期检测点分为三种：DNA损伤检测点：包括G1

29、/S转换点（start或R点)和G2 /M转换点。DNA复制检测点：在S期中负责DNA复制的进度。纺锤体组装检测点：其在分裂期起作用,检测纺锤体有无组装、染色体是否正确排列并与纺锤体连接,以及染色体是否正确分配等。题：设计实验，分离鉴定酿酒酵母中与孢子形成相关的基因。题：Sanger测序与化学测序的异同？答：共同点：DNA的5端固定，形成不同大小的DNA片段，利用聚丙烯酰胺凝胶电泳将片段分开。不同点：Maxam和Gilbert研究组采用碱基特异性的化学消化法。Sanger研究组采用DNA聚合酶法。改进：利用四种双脱氧核苷酸进行链终止，超薄胶电泳（双脱氧链终止法）。双向聚丙烯酰胺凝胶电泳（2-D

30、E)第一向：等电聚焦（isoelectric focussing，IEF),第二向：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE)遗传作图（genetic mapping）：应用遗传学技术构建的能在基因组上显示基因和其他序列特征位置的图谱。物理作图（physical mapping）：应用分子生物学技术直接检测DNA分子，从而构建能显示包括基因在内的序列特征位置的图谱。重组频率（recombination frequency）：基因间因交换而失去连锁的概率与它们在染色体上的距离正好成比例。重组率是衡量两个基因间距离的单位。细菌的遗传学作图的三种方法：转化、接合、转导物理作图方法：限制性作图(r

31、estriction mapping）：在DNA分子上定位限制性内切核酸酶切点的相对位置。荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）：将分子标记与完整染色体杂交来确定标记的位置。序列标记位点（STS)作图(sequence tagged site mapping）：通过对批量的基因组片段进行PCR或杂交分析，来对短序列进行定位做图。S-layer层S-层（S-layer）：又称细胞表面层（Surface layer），是由蛋白质或糖蛋白构成的单分子晶格状聚合物，存在于许多古生菌和细菌的最外层，完全覆盖了细胞的表面，是生物进化过程中最简单的一种生

32、物膜。大多数S-层是由单一的同源性蛋白质或糖蛋白组成，表现为规则的多孔的网状结构，S-层外表面相对较平滑，而内表面则与其下层的肽聚糖、外膜蛋白或脂多糖相连，相对较粗糙。不论何种细菌，其S-层蛋白的组成都非常相似，单体含比较高的酸性氨基酸和疏水性氨基酸。S-层是一个自我组装系统，用于组装的全部信息和能量都包含在蛋白单体中。S-layer的功能1. 决定或维持细胞的形状。特别是对于那些只以S-层作为细胞壁的古生菌2. 保护性屏障作用3. 作为分子筛和离子通道4. 作为胞外酶的吸附位点5.毒力因子6. 细胞识别和黏附鞭毛细菌鞭毛与真菌鞭毛的比较细菌鞭毛真菌鞭毛1 单股（由平行蛋白纤维形成）没有鞘，表

33、现为中空螺旋状1 由鞭毛轴丝和鞘构成，鞭毛轴丝周围有九股，中心有两股（9+2）2 长4-5um，直径为120A2 长200um，直径为2000A3 有抗原特性3 无抗原特性4 几乎全部由蛋白构成4 大约70%蛋白，20%脂肪，10%多糖5 鞭毛蛋白中很少含芳香族氨基酸，不含胱氨酸，含酸性氨基酸如谷氨酸5 含有构成蛋白质的各种氨基酸6 能量来源质子动势6 能量来源7 运动方式：旋转7 鞭打密度感应（Quorum sensing, 也称群体感应,法定数感应）密度感应是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为。密度感应系统由一定的自体诱导信号分子(autoinducer, AI)和感应分子

34、以及下游调控蛋白组成。种内交流两种G-菌的LuxI-luxR型密度感应(种内):在G-菌中，AI 一般为酰基高丝氨酸内酯化合物(acyl-homoserine lactone, AHL)，由luxI家族基因编码产物催化产生，并通过被动扩散到细胞外。细菌生长环境中AHL 浓度随着细菌数量增加而升高，当其达到一定的阈值时，就会有足够的AI分子进入细胞，与胞内的LuxR 样感应分子结合。LuxR 为DNA 结合蛋白，当其与AI 分子结合后，暴露出DNA结合区，与受调控的目的基因的启动子结合，调节基因表达。G+中由寡肽介导的密度感应（种内）:包括一个专一性的自诱导肽转运系统和一个调节信号转导系统, 该

35、信号转导系统又由一个固定在膜上的受体组氨酸蛋白激酶(H) 和一个胞内响应调节子(D)组成。种间交流一种：细菌能识别AI-2型分子，感知自身或其它菌数量。细菌识别AI-2型信号分子的方式与G+细菌中双组分激酶的识别系统完全一致。双组分激酶识别AI-2型分子后把磷酸化基团传递给受体蛋白启动相关基因的表达。luxS 基因被认为是合成AI-2型信号分子标志性基因, LuxS基因在G+与G-细菌中都比较保守,约为450550 碱基对组成。细菌生物被膜 ( (biofilm biofilm, BF)定义：细菌细胞包裹在自身产生的多聚物基质内并粘附于惰性的或者生物物体表面的结构性的群落。某一菌株能否形成生物

36、被膜，是与其所处的环境密切相关的，生物被膜可由纯菌种形成，也可以由多菌种组成。细菌生物被膜优先生长在惰性物体表面，或坏死的组织，也常见于医用生物材料表面，它们也能在有生命的组织上形成。细菌生物被膜生长缓慢，对宿主的免疫清除和抗生素有一定的抵抗力。在生物被膜中，同种细菌之间特异性地共聚集分布，细菌选择性地分布在适合自身生长的特定微生物环境中，具有共生关系的菌群往往聚集到一起。同时，生物被膜中的环境具有不均质性，在微菌落间有输水通道。生物被膜中具有很强的空间限制，种群增长率低。形成过程：游动细胞通过鞭毛或纤毛等附着结构粘附于表面附着后,生长、分裂、繁殖,同时其他游走细胞继续附着,最终导致该附着位点

37、的细菌生长环境极度拥挤,有毒代谢产物积累,许多细菌得不到营养物质细菌启动胞间信号系统,产生胞间信号;在胞间信号系统的调节下,细菌一边分泌胞外多糖,一边从附着的表面轻轻移动,最后形成蘑菇样或柱样亚单位,多个单位形成具有三维立体结构的成熟细菌生物被膜当生物被膜内环境不适应时,细菌可分泌胞外水解酶水解胞外多糖,膜内细菌脱离生物被膜,成为游走态细胞。脱离生物被膜的游走细胞继续粘附、生长、分裂、分化,形成生物被膜细菌生物被膜对抗菌药物的耐药机制a. 生物被膜阻碍或延缓抗菌药物的通透。b.营养限制( nutrient limitation)。c. 表型(phenotype) 引起生理功能改变。消除生物被膜

38、的策略(1) 找出一些化合物来干扰生物被膜中细菌的信号传递系统,使细菌较容易地受到人体免疫系统或抗菌药物的攻击。(2) 通过基因技术而不是化学技术找到控制生物被膜形成的化合物。(3) 使用弱电流通过生物被膜分泌的黏液状液体,在细菌生物被膜上打下许多微孔以利于抗菌药物通过,杀灭细菌。(4) 开发新型材料使生物被膜不能粘附于物体或人体表面。细菌的蛋白分泌蛋白分泌系统：General Secretion pathway (GSP)- secG+ and G-Type I： ABC transporter,sec-independentG+ and G-Type II： Two-step system

39、sec-dependentG-Type III：contact-dependent systemsec-independentG-Type IV： conjugal transfer systemsec-dependentG+ and G-Type V : auto-transportersec-dependentG-Tat-Twin arginine translocationG+ and G-普通分泌途径：Sec系统转运的是N端具有信号肽的未折叠的蛋白SecYEG三聚体再二聚化形成转运酶最核心的部分转运通道SecA具ATP酶活性，是蛋白质转运途径中的“动力泵”YajC的功能未知，SecD和

40、SecF可能在蛋白质前体转运后期的释放阶段起作用。另外，SecB：同源四聚体伴侣分子：(1)结合新合成蛋白(2)SecA蛋白特异结合普通分泌途径的两种转运方式：能量来源：ATP和跨膜质子梯度（PMF）翻译后转运（亲水蛋白）和共翻译转运（膜蛋白）翻译后转运（亲水蛋白）：成熟肽链与SecB结合，SecB与SecA结合后，信号肽和成熟肽链直接被SecA识别，蛋白质前体通过SecYEG组成的通道进行转运，转运过程中，信号肽被水解。共翻译转运（膜蛋白）：信号识别颗粒SRP：是由RNA和肽链组成转运过程：新生肽链的信号肽刚出现（注意:此时蛋白合成还在进行）即被高度保守的SRP特异性识别。SRP-蛋白-核糖

41、体复合物与膜受体FtsY结合蛋白质在FtsY 的介导下，通过SecYEG组成的通道进行转运并定位于质膜。Sec 信号肽特征: N-端56个带正电的aa，接下来是1012个aa组成的疏水核心，最后是6个aa（含信号肽切除位点，一般为AXA）的切除区。双精氨酸转运途径：转运的是折叠的蛋白，能量来源是质子动势：TatA（通道）TatB TatC。革兰氏阳性细菌缺少 TatB组分，仅由 TatA 和TatC 组成；其TatA 具有 E. coli 的TatA and TatB 双重功能。I型分泌系统特征（能量来源：ATP）也成为ABC分泌系统，不依赖Sec分泌，蛋白质形成连接内膜、外膜的通道，分泌蛋白

42、直接分泌到细胞外间质，而不形成周质中间体1.它的结构简单，仅由三个蛋白质组成，其中两个位于内膜，特异地结合分泌蛋白，另一个在外膜上形成孔状结构;内膜ABC、外膜蛋白OMP、膜融合蛋白。2.蛋白质形成连接内膜外膜的通道，分泌蛋白直接分泌到细胞外间质，而不形成周质中间体3.分泌信号定位于分泌蛋白的C末端，大多数情况下分泌信号不被剪切;4.某些I型分泌系统的基因簇编码在质粒上，比较容易进行遗传操作。II 型分泌系统及其特征：首先利用通用分泌途径(Sec)或者双精氨酸 (Tat)途径将蛋白质运输到内膜外的周质空间，经切割、加工的蛋白, 再利用其他类型的转运系统（如MTB），完成将蛋白质运输出外膜的过程

43、。特征如下：1、 II型分泌蛋白含有信号肽序列：分泌信号可能由一级序列上不同位置的碱基组成，这些碱基只有在蛋白质折叠后才毗邻，形成高度特异能被II型分泌系统识别的三维空间结构。2、 可能同时存在着不同的分泌信号3、 分泌信号的位置对分泌非常重要III型分泌系统：非蛋白依赖，GIII型分泌系统可分为5个组分：针状结构, 转运装置, 调节蛋白, 效应蛋白和分子伴侣，由超过20种蛋白组成，远比I型分泌系统复杂。分泌蛋白质直接通过细菌的内外两层膜，从胞质输送到细胞表面，不在周质中停留，也不被切割。特征： 只有在细菌与宿主相互作用后才能被激活 一步性分泌，是sec不依赖性的，分泌蛋白质直接通过细菌的内外两层膜，从胞质输送到细胞表面，不在周质中停留，也不被切割。 编码III型分泌系统的基因通常聚集在一起，DNA片段较大，可位于质粒、噬菌体或染色体上，故编码III型