第6章微生物的遗传和变异

第六章微生物的遗传和变异概念：遗传－亲代的某些性状在子代的体现，叫遗传。遗传确保了子代与亲代在相同的环境中生存。变异－生物体遗传物质在结构上发生了变化，使子代的某些性状与亲代不同，发生了变化，叫变异。变异保证了子代适应环境变化的能力。遗传性和变异性之间可以互相转变，遗传性的动摇就表现为变异，变异性的巩固就成为遗传。第一节微生物的遗传一、遗传和变异的物质基础－DNA证明核酸是遗传物质基础的经典实验：1.转化实验

1928年，英国医生格里菲斯（Griffith）的转化实验确切的证明DNA是遗传的物质基础。无毒有毒肺炎双球菌肺炎链球菌的转化现象2.噬菌体的感染实验

1952年，赫西（Hersey）和蔡斯（Chase）用示踪元素32PO43-和35SＯ42-标记大肠杆菌T2噬菌体，因蛋白质分子中只含硫不含磷，而DNA只含磷不含硫。对大肠杆菌T2噬菌体的吸附、增殖和释放进行了一系列研究。又一次证明了DNA是遗传物质。噬菌体的感染实验2.遗传物质结构和遗传信息的传递除少数病毒的遗传物质是RNA外，其余各种生物的遗传物质都是DNA。2.1

DNA（脱氧核糖核酸）的组成和结构双链双螺旋结构：

DNA由两条多核苷酸链彼此互补并排列方向相反（一条多核苷酸链的A、T、G、C分别同另一条链的T、A、C、G相对）的以右手旋转的方式围绕同一根轴而互相盘绕形成的，具有一定空间距离的双螺旋结构。每条单链（多核苷酸链）的组成：

每个单核苷酸只具四种碱基中的任一种，每条多核苷酸链上均有四种碱基。磷酸－核苷－磷酸－核苷……交替排列构成双环（大）单环（小）（任一种）核苷酸磷酸核苷脱氧核糖碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）5׳PO4端3׳OH端碱基配对规律（原则）：

A=TT=AG≡CC≡G一个DNA分子可含几十万或几百万个碱基对。由于不同的碱基组合，携很多遗传信息。假定某一段DNA分子链有1000对核苷酸（一个基因大约1000对核苷酸），则该段就可以有41000种不同排列组合的分子结构，反应出来的就是41000种不同性质的基因。碱基排列顺序与遗传稳性：改变DNA链长短或碱基顺序：丢失一个或一小段碱基添加一个或一小段碱基结果是发生变异或死亡。2.2

RNA（核糖核酸）的组成和结构教材210页RNA与DNA的别：单链以核糖代替脱氧核糖以U（尿嘧啶）代替T（胸腺嘧啶）绝大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域，在这些区域内凡互补的碱基可以形成氢键。RNA链的碱基配对原则：

A=UU=AG≡CC≡G说明：此碱基配对指当DNA转录RNA时的配对原则。RNA的种类（四种）：mRNAtRNArRNA信使RNA（合成蛋白质的模板）核糖体RNA（rRNA与蛋白质结合成核糖体，后者系蛋白质合成场所。）转移RNA（运输氨基酸的核酸，专一性很强，每种氨基酸至少有一种tRNA。）反义RNA能与DNA的碱基互补，并能阻止、干扰复制、转录和翻译的短小的RNA。四种RNA均由DNA转录而成。2.3DNA的存在形式：真核生物：

存在形式：染色体（DNA、组蛋白等组成），呈丝状结构。

数量：几个～几十个

位置：细胞核原核微生物：

存在形式：由一条环状双链的DNA分子高度折叠形成具有空间结构的一个核区。

位置：细胞中央教材206页2.4基因－遗传因子概念：基因是一切生物体储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。它是DNA分子上一个具有特定碱基顺序，即核苷酸顺序的片断。大小：相对分子量大约为6×105，约有1000个碱基对，每个细菌约有5000~10000个基因。一段多聚核苷酸双链→基因→DNA→染色体

（DNA片断）（3~7500个基因）功能：一个基因决定一个遗传性状遗传性状表现：基因→控制酶（蛋白质）合成→特定生化反应→新陈代谢→遗传性状表现2.5遗传信息的传递中心法则－DNA的复制和遗传信息传递的基本规则，称为分子遗传学的中心法则。2.5.1DNA的复制

1953年，瓦特森等提出了DNA的半保留复制假说。1958年，梅塞尔逊（Meselson）和斯太尔（Stahl）作了密度梯度离心的著名实验后，证明了DNA的半保留复制方式。精确度高：复制106~108才出现一次错误。速度快：1700个碱基对/秒半保留复制2.5.2DNA转录－mRNA的生物合成教材213页tRNA、rRNA的合成同样，也可以DNA分子的某些部分核苷酸碱基顺序转录成tRNA（转移或运输RNA）和rRNA（核糖体RNA）。转录后，mRNA的顺序又通过三联密码子的方式由tRNA翻译成相应的氨基酸排列顺序，产生具有不同生理特性的功能蛋白。氨基酸有20种，而遗传密码符号只有四种，因此在翻译上首先碰到的问题是译成一个氨基酸要用几个密码符号（碱基）。三联体密码：每三个碱基决定一个氨基酸，即三联体密码，三个碱基的密码子可能的组合是43=64种。大多数氨基酸都有几个三联体密码，多则六个，少则二个，也有的只有一个，如色氨酸与甲硫氨酸。例：

UUU苯丙氨酸CAU组氨酸

UUC

CAC

UAAAUG－甲硫氨酸

UAG终止信号表示起点

UGA2.5.3翻译－蛋白质的生物合成蛋白质是以mRNA为模板在核糖体上合成的。核糖体的组成和功能：

组成：由rRNA与蛋白质结合而成。

结构：由两个亚基组成，50S亚基和30S亚基结合成70S核糖体，每个核糖体直径约为20nm。

功能：合成蛋白质的场所。tRNA的结构和功能功能：将氨基酸运输到核糖体上，合成蛋白质，专一性强，每种氨基酸至少有一种tRNA。结构：“三叶草”结构。tRNA的核苷酸链通常是通过回折形成三个环的“三叶草”结构，其中底部的一个环为反密码环，它能通过底部的反密码子去识别mRNA上的密码子。蛋白质合成分为四个阶段：（１）氨基酸活化（２）起始阶段（３）肽链延伸阶段（４）蛋白质合成的终止与肽链释放三、DNA的变性和复性（一）DNA的变性概念：当天然双链DNA受热或其他因素的作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA，即称为DNA的变性。

缓慢加热或提高pHDNA双链DNA解开成单链

碱基对间氢键破裂教材209页（二）DNA的复性概念：变性DNA溶液经适当处理后重新形成天然DNA的过程叫复性，或叫退火。

高温变性DNA天然双链DNA降温至自然温度复性随机性：用非放射性同位素15N标记的DNA变性复性25%14N双链DNA25%15N双链DNA用放射性同位素14N标记的DNA一条14N单链

50%杂交DNA一条15N单链4.微生物的细胞分裂由于DNA的复制和蛋白质的合成，两者成倍增加，均等地分配给两个子细胞，在细胞的中部合成横隔膜，最终将两个子细胞分开，细胞分裂完成。第二节微生物的变异微生物的变异：微生物的变异是指微生物在形态或生理生化或其他方面的性状发生了可遗传的改变。这时的微生物发生了变异，成了变种或变株。变异现象：形态的变异毒性的变异代谢特性变异抗药性的变异抗原性的变异

一、变异的实质——基因突变

基因突变－DNA被某种因素引起碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的碱基排列顺序，从而引起其后代表现型的改变。

基因突变的机制：碱基置换：转换：A↔GT↔C

颠换：A↔TA↔CG↔CG↔T

移码突变：↑缺失：ABC

ABA

BCA插入:ABC

A↓B

CABC

突变的性状在当代不表现，而在子代表现（表现型）。例：当DNA链上A－T碱基对发生差错，接上G，成了G－T对，它的性状没在当代表现，当DNA再次复制时，按碱基配对原则，本应A－T配对，却成G－C配对，其后代就表现出与正常体不同的突变体。

正常亲链复制子链

ATATAT转换变异亲链复制子链

GTGCAT二、基因突变类型

多因素低剂量的诱变效应（各种短波辐射、H2O2等）自发突变互变异构效应紫外辐射Ｘ－射线二大类物理诱变γ－射线快中子

β－射线