水处理生物学第七章

水处理生物学第七章第一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第二节微生物的遗传遗传、变异、遗传型、表（现）型等概念遗传变异的物质基础三个经典实验DNA的结构及性质第二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因传递给下一代的行为或功能。遗传遗传具有保守性优点：保障优良性状稳定遗传；缺点：环境变化，无法适应而死亡。几个重要概念：遗传、遗传型、表型、变异、饰变

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，或出现的一定性状(例如：生态、生理生化特性等)传给后代，并相对稳定地一代一代传下去。第三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日金丝猴的后代仍然是金丝猴第四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日遗传型又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力。表（现）型

指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的综合，是其遗传性在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现。是一种现实性。遗传型（可能性）+环境条件表型（现实性）代谢，发育第五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，也是遗传型的改变。特点：出现几率低性状变化幅度大新性状稳定、可遗传变异第六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日饰变外表的修饰性改变，即一种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。

特点：性状变化的幅度小不遗传第七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日微生物遗传变异的应用遗传是相对的，变异是绝对的。利用物理因素、化学药物处理微生物提高其变异频率，可获得具有优异特性的变异菌株。工业废水生物处理中，可以用含有某些污染物的废水筛选、培养菌种，使其适应并有高效降解其中污染物能力。驯化第八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日一、遗传和变异的物质基础—DNA1866年－奧地利孟德尔发表论文《植物杂交实验》，提出分离律、自由配合律等遗传定律。1879年－德国生物学家弗来明在细胞核內发现了染色质1903年－美国细胞学家萨顿发现，细胞染色体的活动方式，与孟德尔所描述的遗传因子极为类似。1909年－丹麦的丹麦的植物遗传学家约翰逊开始以“基因”取代“遗传因子”1910年－美国遗传学家摩根通过果蝇的研究，证明了基因存在染色体上真正确立遗传物质：1944年后的3个著名实验。第九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日哪些人用什么方法最终证明了遗传的物质基础？1.格里菲斯（F.Griffith）经典转化实验（1928）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（1941）。2.赫西和蔡斯大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌实验。3.法朗克---康勒特H.Fraenkel-Conrat植物病毒的重建实验第十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日R型菌（粗糙、无毒性）S型菌（光滑、有毒性）多糖类荚膜格里菲斯——肺炎双球菌转化实验第十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日将R型活菌注入小鼠体内一段时间后第十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日将S型活菌注入小鼠体内一段时间后第十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日将灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后第十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日将R型活菌与灭活的S型菌注入小鼠体内一段时间后细菌发生转化，性状的转化可以遗传。第十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充实验

从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与R型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内结果被注入DNA的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。第十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日DNA蛋白质多糖RNA只有DNA引起R型肺炎球菌转化，DNA是其遗传物质第十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日

赫西和蔡斯实验——噬菌体侵染细菌的实验（含S）（含P）第十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日用放射性同位素35S标记外壳蛋白质细菌内无放射性第十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日用放射性同位素32P标记内部DNA细菌内有放射性表明DNA是遗传物质第二十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日植物病毒的重建试验法朗克---康勒特（

H.Fraenkel-Conrat）1965用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行植物病毒重建实验：将TMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将它的蛋白质外壳和RNA核心分离，发现裸露的RNA能感染烟草，而蛋白质不感染烟草。选用一株与TMV近缘的霍氏车前花叶病毒HRV进行实验。第二十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日TMV重建试验红蓝箭头表示遗传信息的走向正常花叶病第二十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日上述三个实验可以证明核酸是遗传物质。第二十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日课堂小结

核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。

第二十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日如流感病毒、爱滋病病毒、烟草花叶病毒等以RNA为遗传物质仅含RNA的生物：噬菌体流感病毒艾滋病毒烟草花叶病毒含DNA的生物：以DNA为遗传物质如真核生物、原核生物和只含DNA的病毒等生物的遗传物质：蓝藻细菌动植物噬菌体流感病毒艾滋病毒烟草花叶病毒第二十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日二、DAN的结构与复制（一）DNA结构最经典的结构：双螺旋结构。沃森、克里克1953年提出。第二十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日沃森（左）和克里克与DNA分子双螺旋结构模型第二十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第二十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日DNA有两条核苷酸链彼此围绕同一根轴互相盘绕形成，为双螺旋结构。每个单链均由脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖－磷酸交替排列构成。每个核苷酸链上都有四个碱基：T——胸腺嘧啶A——腺嘌呤G——鸟嘌呤C——胞嘧啶彼此与另一条核苷酸链上的碱基组成碱基对：T—AA—TG—CC—G1.DNA的结构第二十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日AGCT脱氧核糖磷酸碱基第三十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日ATGCATGC第三十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日

一个DNA分子可包含几十万到几百万个碱基对，每个碱基之间间距为0.34nm。每10个碱基组成一个螺旋，螺距3.4nm。碱基之间一一对应，顺序固定，可以保证遗传的稳定性。如果受到干扰，个别碱基排列顺序发生变化，会导致微生物死亡或变异。第三十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2.DNA的存在形式

主要在细胞核(真核生物)、拟核（原核生物）中，以染色体形式存在，酸性。带负电荷，原核生物的负电荷被Mg2＋离子和有机碱（精胺、亚精胺和腐胺）中和，真核生物被碱性蛋白质（组蛋白和鱼精蛋白）所中和。另外还有质粒、细胞器等。第三十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日存在染色体上，是一切生体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。基因特別是指在DNA序列上，能够表現出功能的部分基因按功能可分三类：结构基因、操纵区、调控基因在人类的所有染色体上，约存在30,000个基因有时单一个基因便能控制一种性狀的表現，然而，大部分的生理性狀，都是由一系列相关的基因一同调控而表現3.基因第三十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日4.遗传信息的传递

贮存在DNA上的遗传信息都会转录到RNA上，通过RNA的翻译作用指导蛋白质的合成，最终依靠蛋白质体现遗传性状。遗传信息流动的方向:中心法则第三十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日转录作用DNA转录形成mRNA翻译作用核糖体第三十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日三、遗传物质在微生物细胞中的存在形式D是遗传物NA质，而细胞中的DNA主要集中在细胞核的染色体上。此外，遗传物质还可以以质粒等形式存在于细胞核外。1.染色体（1）真核生物的染色体。真核生物的染色体主要由DNA和组蛋白构成，其次含有少量非组蛋白和RNA。（2）原核生物的染色体。原核生物的染色体一般是裸露的DNA或RNA分子。它们大多是双链的，呈环状或线状。第三十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日真核生物的染色体原核生物的染色体染色体的形态第三十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日原核生物的染色体一条环状双螺旋DNA长链，附着在横隔中介体或细胞膜上。细菌基因组中的基因结构是连续的，其排列紧密。几乎无内含子，仅有的内含子序列也不编码蛋白。第三十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2质粒(P132)质粒(Plasmid)是一种染色体外的稳定遗传因子,大小从1-200kb不等,为双链、闭环的DNA分子,并以超螺旋状态存在于宿主的细胞质中。是一类小型闭合环状核外双螺旋DNA分子，能独立于细胞核进行自主复制。上面携带有数个到数十个甚至上百个基因广义质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中染色体以外的脱氧核糖核酸(DNA)分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的DNA分子。质粒主要发现于细菌、放线菌和真菌细胞（酵母菌）中，它具有自主复制和转录能力,能在子代细胞中保持恒定的拷贝数,并表达所携带的遗传信息。性质：①可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺入染色体上，以附加体（episome）的形式存在；②质粒是一种复制子（replicon），根据自我复制能力的不同，可把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,一般一个寄主细胞内只有少数几个（1~5）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制，在染色体DNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数量可以达到10~200个或更多。第四十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日③可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。④编码的基因产物能赋予细菌某些特性（非细菌生命活动不可缺少的）对于细菌的生存并不是必要的。⑤质粒可自行丢失与消除，质粒的丢失不会影响宿主细胞的生存，宿主细胞丢失的是由质粒携带的遗传信息所编码的（控制）的某些表现性状。⑥质粒的相容性与不相容性两种结构相似密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿主菌的现象称为质粒的不相容性。几种不同的质粒同时共存于一个菌细胞内则称相容性。⑦可重组性。不同来源的质粒之间，质粒与染色体之间的基因可以发生重组，形成新的质粒。⑧功能多样化第四十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日几种重要的质粒致育质粒（F质粒）耐药质粒毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒代谢质粒（降解质粒）第四十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日致育质粒（F质粒）与有性生殖有关带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛；无F质粒的为雌性菌，无性菌毛第四十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第四十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日耐药性质粒（R因子）编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒，又称R质粒不能通过接合传递的非接合性耐药质粒，但可通过噬菌体传递。第四十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日细菌的耐药性与染色体基因突变和R质粒的接合转移等相关。R质粒耐药传递因子（RTF）耐药（r）决定子这两部分可以单独存在，也可结合在一起，但单独存在时无接合传递R质粒的功能。第四十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日毒力质粒（Vi质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子。如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由ST质粒编码的。细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的。代谢质粒（降解质粒）编码产生相关的代谢酶。沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的第四十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素。Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素其他质粒第四十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日3细胞器DNA4

转位（座）因子是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。插入序列（insertionsequence,IS）是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。转座子（transposon,Tn）长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。第四十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的。另外，转座噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌的DNA片段，故它还可能在遗传物质转移过程中起载体作用。5RNA作为遗传物质6朊病毒的遗传物质（蛋白侵染因子）第五十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日二、遗传物质的复制双链DNA的复制（半保留复制）冈崎片断第五十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日RNA的分子结构

DNA和RNA的分子结构和复制第五十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日三、基因表达的调控生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞内的DNA(或RNA)分子中的。随着个体的发育，DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质的过程，叫做基因表达(geneexpression)，对这个过程的调节就称为基因表达调控(generegulation或genecontrol)。通过基因表达，DNA中的遗传信息即可用以决定细胞的表型和生物形状。但是，基因的表达随着组织细胞及个体发育的阶段的不同，随着内外环境的变化的不同，而表现为不同的基因的表达。第五十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日基因(gene):有遗传功能的DNA片断，是一段DNA分子，编码一种多肽链或RNA.基因组(genome)：指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。基因表达(geneexpression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。第五十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日基因表达调控在两个水平上体现(1)转录水平上的调控(transcriptionalregulation);(2)转录后水平上的调控(post-transcriptionalregulation)，包括①mRNA加工成熟水平上的调控(differentialprocessingofRNAtranscript);②翻译水平上的调控(differentialtranslationofmRNA)。第五十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日大多数基因的表达产物是蛋白质,部分基因如tRNA和rRNA基因表达产物是RNA。表达多肽和蛋白质取决于精确的转录、翻译及翻译后的加工等步骤，而表达tRNA和rRNA则仅需要转录过程。蛋白产物赋予细胞一定的功能或表型，或使生物体获得一定的遗传性状，而tRNA和rRNA则在蛋白质的合成过程中起逢重要的作用。基因表达过程体现了中心法则的内容，即遗传信息的流向是从DNA到蛋白质。第五十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日对于原核生物，以营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmentalfactor)为主要的基因表达影响因素。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormonelevel)和发育阶段(developmentalstage)是基因表达调控的最主要手段，而营养和环境因素的影响力大为下降。在转录水平上对基因表达调控取决于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。第五十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日大肠杆菌乳糖操纵子的正负调控一、操纵子与操纵子模型原核生物基因表达调控主要发生在转录水平，转录调控的基本单元是操纵子。1、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功能上相关的结构基因在染色体上串连排列，由一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子（operon）。第五十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2、操纵子结构由启动子（P）、操纵基因（O）、调节基因、结构基因所组成。第五十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日1、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。（1）在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行。（2）在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。二、正调控与负调控第六十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2、在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。（1）负控诱导系统－－阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。第六十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（2）负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。第六十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日调控模式1、可诱导负调控2、可诱导正调控3、可阻遏负调控4、可阻遏正调控第六十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第六十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日大肠杆菌乳糖操纵子的负调控（一）大肠杆菌的乳糖利用系统大肠杆菌的乳糖代谢需要有β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）的催化。这种酶能把乳糖水解为半乳糖和葡萄糖.另外有半乳糖苷透性酶和巯基半乳糖苷转乙酰酶。三种酶协同作用，使得乳糖得以分解和利用。第六十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日项目功能结构基因3个不同结构基因能够产生3种不同的酶.操纵基因是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻抑与否来控制结构基因的转录或停止.启动子是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别转录起始点.调节基因能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的结合与否来控制操纵基因的关闭和开启乳糖操纵子的结构和功能第六十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（二）乳糖操纵子的调控机制1、没有乳糖时，具有活性的阻遏物和操纵基因结合，转录不能进行。2、有乳糖时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物发生构象变化而失活，不能与操纵子结合，结构基因正常转录，进而再翻译出蛋白质。第六十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日原核生物基因表达的调控乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时)

Ｒ

Ｐ

Ｏ

lacZlacY

lacA调节基因启动子操纵基因结构基因RNA聚合酶信使RNA转录翻译阻抑物与操纵基因结合，结构基因转录受阻．阻抑物第六十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日原核生物基因表达的调控乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)

Ｒ

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lacA调节基因启动子操纵基因结构基因RNA聚合酶信使RNA转录翻译阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。阻抑物乳糖转录半乳糖苷酶酶酶乳糖分解代谢调控过程是一个自我调控过程

第六十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控1、葡萄糖敏感操纵子有一些控制某一种糖如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖和麦芽糖等分解代谢的操纵子，当培养基含有葡萄糖时，会阻止这些操纵子的功能，称为葡萄糖敏感操纵子。例如：当大肠杆菌生长的培养基中既有葡萄糖又有乳糖的条件，只利用葡萄糖，而不利用乳糖。换句话说，只要在培养基中有葡萄糖存在，便可抑制了利用其他各种酶的产生，称为分解物阻遏。第七十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2、CAP-cAMP调控另外一种起调节作用的诱导物为cAMP（环化腺苷酸）分析一组实验几种情况：（1）当培养基中含用大量葡萄糖时，cAMP水平明显下降。（2）当以乳糖为唯一碳源时，β-半乳糖苷酶的合成增加。第七十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（3）当有乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加入cAMP，β-半乳糖苷酶的合成速率大大提高。结论：

cAMP浓度能影响到β-半乳糖苷酶的合成速率。主要是cAMP能激活CAP（分解物基因激活蛋白），起转录因子的作用。

第七十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日3、lac操纵子的正调控机制（1）cAMP-CAP复合物与DNA结合，改变DNA结构，促进RNA聚合酶和启动子结合，使转录能力增强。（2）cAMP-CAP复合物的形成取决于AMP的浓度，当以葡萄糖为能源时，由于其抑制腺苷酸环化酶的活性，ATP不能转化为cAMP，cAMP浓度下降，不能形成cAMP-CAP复合物，乳糖结构基因不能被转录。因为细胞中有葡萄糖作为能源，就没有必要需要对乳糖利用的几种酶了。第七十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第七十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日在原核生物中，大多数基因表达通过操纵子模型进行调控，其顺式作用元件主要由启动基因、操纵基因和调节基因组成。在真核生物中，与基因表达调控有关的顺式作用元件主要有启动子（promoter）、增强子（enhancer）和沉默子（silencer）。真核生物中基因表达的调控机制较原核生物复杂得多，许多细节还未弄清楚。就人类染色体DNA而言，就有30亿个碱基对，估计约有5万个基因。第七十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日乳糖操纵子调控方式的比较负调控正调控调节蛋白阻遏蛋白CAP变构物别乳糖，乳糖cAMP与变构物结合无活性有活性基因位点

O基因CAP位点结合于基因位点基因关闭基因开放未结合于基因位点

基因开放基因关闭不与变构物结合

有活性无活性第七十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日四、RNA信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)、和核糖体RNA(rRNA)是细胞质中参与蛋白质合成的三类主要的RNA。此外还有小分子细胞核RNA(snRNA)、染色质RNA(chRNA)、反义RNA、翻译控制RNA(tcRNA)、双链RNA(dsRNA)、细胞质小分子RNA(scRNA)、具有催化活性的RNA及各种病毒RNA等。五、遗传密码（P212）指与mRNA互补的RNA分子Ⅰ类反义RNA直接作用于靶mRNA的SD序列和(或)部分编码区，直接抑制翻译，或与靶mRNA结合形成双链RNA，从而易被RNA酶Ⅲ降解；Ⅱ类反义RNA与mRNA的非编码区结合，引起mRNA构象变化，抑制翻译；Ⅲ类反义RNA则直接抑制靶mRNA的转录。第七十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第三节微生物的变异微生物的变异（variation）即是微生物子代的表型特征与其亲代的表型特征发生较大的差异，这种差异是由于子代的基因发生了突变（mutation）所引起的，即遗传物质DNA或RNA病毒和噬菌体中的RNA中的核苷酸序列发生了一种稳定的和可遗传的变化。微生物表型的变异不是基因的改变，只有微生物基因结构发生改变才能引起遗传性变异。第七十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日突变包括基因突变（genemutation）或称点突变（pointmutation）和染色体畸变（chromosomalaberration）两大类型。基因突变是由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的。染色体畸变则是DNA的大段变化(损伤)现象,表现为染色体的插入(insertion)、缺失(deletion)、重复(duplication)、易位(translocation)和倒位(inversion)。由于重组或附加体等外源遗传物质的整合而引起的DNA改变,则不属突变的范围。突变几率一般在10-6～10-9范围内。第七十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（一）基因突变1基因突变的类型基因突变的类型极为多样。人们可从不同的角度进行分类,并给以不同的名称。按突变体表型特征,可把突变分成以下几种类型:①形态突变型--指突变引起细胞形态变化或引起菌落形态改变。如细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有无,菌落的大小、外形的光滑(S型)、粗糙(R型)和颜色等的变异;放线菌或真菌产孢子的多少、外形或颜色的变异等。②生化突变型--指一类发生代谢途径变异但形态没有明显变化的突变型。该突变型可进一步细分为营养缺陷型、抗性突变型和抗原突变型3种类型。----营养缺陷型--是一类重要的生化突变型。由基因突变而引起代谢过程中某酶合成能力丧失的突变型,必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长。----抗性突变型--是一类能抵抗有害理化因素的突变型。据其抵抗的对象可分抗药性、抗紫外线或抗噬菌体等突变类型。它在遗传学基本理论的研究中十分有用,常作为选择性标记菌种。第八十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日抗原突变型--指细胞成分尤其是细胞表面成分(细胞壁、荚膜、鞭毛)的细微改变而引起抗原性变化的突变型。③致死突变型--由于基因突变而导致个体死亡的突变型。④条件致死突变型--某菌株或病毒经基因突变后,在某种条件下可正常生长、繁殖并实现其表型,而在另一条件下却无法生长、繁殖的突变类型。例如：温度敏感突变株(temperature-sensitivemutant,Ts突变株)是一类典型的条件致死突变株。例如,E.coli的某些菌株可在37℃下正常生长,却不能在42℃下生长等。某些T4噬菌体突变株在25℃下有感染力,而在37℃下则失去感染力等。产生Ts突变的原因是突变引起了某些重要蛋白质的结构和功能改变,以致在某特定的温度下能发挥其功能,而在另一温度(一般为较高温度)下则该功能丧失。第八十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日其他突变型--如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及对某种药物的依赖性突变型等。----以上分类仅是为了讨论方便而提出的。实际上,它们之间是密切联系或是交叉的。如果从研究者能否在巨大群体中迅速检出和分离出个别突变体的目的来看,则只有选择性突变和非选择性突变两类。前者具有选择性标记,可通过某种环境条件使它们得到优势生长,从而取代原始菌株。例如营养缺陷型或抗性突变型等;后者没有选择性标记,而只有一些性状的数量差别。例如菌落大小、颜色深浅及代谢产物量的多少等。第八十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2.基因突变的特点整个生物界,由于它们的遗传物质是相同的,所以显示在遗传变异的本质上都遵循着同样的规律,这在基因突变的水平上尤为明显。以下以细菌的抗药性为例说明基因突变的一般特点。不对应性--即突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。自发性--各种性状的突变,可以在没有人为的诱变因素处理下自发产生。

稀有性--指自发突变的频率较低,而且稳定,一般在10-6～10-9间。所谓突变率,一般指每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的机率,也可用单位群体在繁殖一代过程中所形成突变体的数目表示。第八十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日

独立性--突变的发生一般是独立的,即在某一群体中,既可发生抗青霉素的突变型,也可发生抗链霉素或任何其他药物的抗药性。某一基因的突变,即不提高也不降低其他任何基因的突变率。突变不仅对某一细胞是随机的,且对某一基因也是随机的。

可诱变性--通过诱变剂的作用,可提高自发突变的频率,一般可提高10～105倍。

稳定性--由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化。所以产生的新性状也是稳定和可遗传的。

可逆性--由原始的野生型基因变异为突变型基因的过程称为正向突变(forwardmutation),相反的过程则称为回复突变或回变(backmutation或reversemutation)。实验证明,任何性状既有正向突变，也可发生回复突变第八十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日3突变的机制

基因突变的原因是多种多样的,它可以是自发的或诱发的。诱变又可分为点突变和畸变。

突变自发发生（自发突变）人为诱变促其发生（诱变）

野生型：没有发生突变的基因（首次从自然界分离的存在于细菌中的形式）

突变型：相对应某一性状的野生型基因发生突变。诱变机制--凡能显著提高突变频率的理化因子,都可称为诱变剂(mutagen)它们的各种具体类型概括如下第八十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日各种突变的碱基序列变化简示如图第八十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日----在DNA链上增添或缺失一、二、或四、五个碱基时,均可引起移码突变,而增添或缺失三或六个时,则不影响读码,只引起短的缺失或增添(插入)。染色体畸变(chromosomalaberration)某些理化因子,如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等,除了能引起点突变外,还会引起DNA的大损伤(macrolesion)——染色体畸变,它既包括染色体结构上的缺失(deletion)、重复(duplication)、插入(insertion)、易位(translocation)和倒位(inversion),也包括染色体数目的变化。第八十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日若干诱变剂的作用机制及诱变功能诱变因素在DNA上的初级效应遗传效应遗传效应碱基类似物掺入作用AT与GC转换羟胺与胞嘧啶起反应GC→AT转换亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用

交联AT与GC转换

缺失烷化剂烷化碱基(主要是G)

烷化磷酸基团

丧失烷化的嘌呤

糖-磷酸骨架的断裂AT与GC转换

AT→TA颠换

GC→CG颠换

巨大损伤(缺失、重复、倒位、易位)吖啶类碱基之间的相互作用(双链变形)码组移动(+或-)紫外线形成嘧啶的水合物

形成嘧啶的二聚体

交联GC→AT转换

码组移动(+或-)电离辐射碱基的羟基化和降解

DNA降解

糖-磷酸骨架的断裂

丧失嘌呤AT与GC转换

码组移动(+或-)

巨大损伤(缺失、重复、倒位、易位)加热C脱氨基CG→TA转换Mu噬菌体结合到一个基因中间码组移动（诱变噬菌体）第八十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日

基因突变规律：（1）

突变率自然突变率约为每一世代10-10~10-6。如诱导细菌突变，可使诱导突变率提高10~1000倍（用高温、紫外线、X射线、烷化剂等理化因素）。由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检出选择性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株（backmutant或reversemutant）或抗性突变株特别是抗药性突变株的方法来加以确定第八十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（2）

突变与选择突变是随机的，不定向的。要从菌群中找出个别突变菌，必须将菌群放在一种利于突变菌而不利于其他菌生长的环境中，才能将突变株选择出来。突变是细菌在接触抗生素之前已经发生，而且突变发生越早，产生抗性突变株的比例就越多。第九十页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日普通培养基含抗生素培养基第九十一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（二）DNA损伤修复修复机制对细菌的生命活动极其重要。但损伤修复本身也会出现错误。如切除损伤的DNA片段时，会同时切掉正常DNA序列；DNA损伤后的修复会发生差错，造成细菌的变异。第九十二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（三）基因的转移与重组基因转移：供体菌外源性的遗传物质

受体菌外源性遗传物质：供体菌染色体DNA片段，可转移的质粒DNA及噬菌体的基因等。第九十三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日基因重组：被转移的基因在受体菌胞质中能自行复制与表达，或与受体菌DNA整合在一起，称为基因重组。凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起,经过遗传物质分子重新组合,形成新遗传型个体的方式,称基因重组。重组可使生物体在未发生突变的情况下,产生新遗传型个体

基因重组使受体菌获得供体菌的某些特性。第九十四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日在原核微生物中,基因重组主要有转化、转导、接合和原生质体融合4种形式。转化(transformation)--受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段,通过交换,把它整合到自己的基因组中,从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象称为转化。转化后的受体菌,称为转化子。来自供体的DNA片段称为转化因子,其一般是双链DNA片段。转导(transduction)--通过缺陷噬菌体的媒介,把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中,从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象,称为转导。获得新遗传性状的受体细胞,称为转导子。接合(conjugation)--通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段DNA的过程称为接合(有时也称“杂交”)。原生质体融合（protoplastfusion）--通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子（fusant）的过程，称为原生质体融合。（P233）第九十五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日1.转化供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状第九十六页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第九十七页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日转化的条件：（1）转化的DNA片段的分子量要小于1*107，最多不超过10~20个基因。（2）受体菌只有进入感受态时才能摄取外源DNA。第九十八页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日感受态的细菌：①表面有一种吸附DNA的受体；②感受态细菌一般出现在对数生长期的后期（维持几分钟至3~4h）。细菌的感受态可用人工诱导的转化程序形成。人工感受态的转化系统最适用于质粒和噬菌体的DNA。第九十九页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日2.接合细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌的方式。通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒。第一百页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（1）F质粒的接合F+菌接合

F-菌F+菌F+菌（获得F质粒）第一百零一页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日（2）R质粒的接合细菌的耐药性与染色体基因突变和R质粒的接合转移等相关。R质粒耐药传递因子（RTF）耐药（r）决定子这两部分可以单独存在，也可结合在一起，但单独存在时无接合传递R质粒的功能。第一百零二页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日3.转导以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。供体菌一段DNA温和噬菌体受体菌

获得新性状第一百零三页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日4.

原生质体融合概念：通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子（fusant）的过程，称为原生质体融合。适用范围：各种生物细胞都能进行原生质体融合，包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和人体的不同细胞。意义：70年代后发展的一种育种新技术，继转化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的微生物或高等生物细胞间的融合。发展点：有关原生质体融合的遗传机制，尚未研究清楚，目前还在探索中。第一百零四页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日原生质体融合的主要步骤选择亲株 →→制备原生质体→→原生质体融合→→原生质体再生 →→筛选优良性状的融合重组子第一百零五页，共一百一十一页，编辑于2023年，星期日第四节：遗传工程20世纪70年代初，在生命科学发展史上发生了一个伟大事件，美国科学S.Cohen第一次将两个不同的质粒加以拼接，组合成一个杂合质粒，并将其引入到