第六章微生物的遗传与变异课件.ppt
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- 第六 微生物 遗传 变异 课件
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1、 遗传和变异是一切生物最本质的属性。遗传 生物繁殖与自已相同或相似的后代的现象 变异 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。第一节 微生物的遗传 通过通过3个经典实验证明了核酸(个经典实验证明了核酸(DNA和和RNA)是遗传物质基础。)是遗传物质基础。1.1.肺炎链球菌的转化现象肺炎链球菌的转化现象 2.T2.T4 4噬菌体感染实验噬菌体感染实验 3.3.植物病毒重建实验植物病毒重建实验一、遗传和变异的物质基础-DNA 最早进行转化实验的是F.Griffith(1928)。肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验S型菌落型菌落R型菌落型菌落有荚膜,致病的,菌落
2、表面光滑(smooth)不形成荚膜,无致病性,菌落外观粗糙(rough)老鼠体内老鼠体内提取物培提取物培养现象养现象活的活的S 肺炎双球菌肺炎双球菌活的活的R 肺炎双球菌肺炎双球菌 无毒无毒 杀死杀死 杀死杀死 加热杀死后加热杀死后的破碎细胞的破碎细胞混合注射混合注射加热杀死后加热杀死后的破碎细胞的破碎细胞无毒无毒注射注射注射注射 1944年,O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty从热死的S型S.pneumoniaeS.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分,并在离体条件下进行了转化实验:1944年才通过试验找出了其中的原因。试验方法如下:年才通过试验找
3、出了其中的原因。试验方法如下:S 型细菌型细菌 光滑有毒的细胞光滑有毒的细胞 破裂细胞破裂细胞 DNA 抽提物抽提物混合混合粗糙无毒的粗糙无毒的 R 细菌细菌 S DNA 抽提物被抽提物被 有些有些 R 细菌细菌 混合混合 DNA 酶降解酶降解的的 DNA 残骸残骸 吸收吸收 S DNA +未变化未变化的的 R 细菌细菌 少数转化成少数转化成 S 细菌细菌 R 细菌细菌 (1/106)只有只有S S型细菌的型细菌的DNADNA才能将才能将S.pneumoniaeS.pneumoniae的的R R型转化为型转化为S S型。而且,型。而且,DNADNA纯度越高,转化效纯度越高,转化效率也越高,直到
4、只取用纯率也越高,直到只取用纯DNADNA的的6 61010-8-8g g的的量时,仍有转化能力。这就说明,量时,仍有转化能力。这就说明,S S型菌株型菌株转移给转移给R R型菌株的,决不是某一遗传性状型菌株的,决不是某一遗传性状(在这里是荚膜多糖)的本身,而是以(在这里是荚膜多糖)的本身,而是以DNADNA为物质基础的遗传因子。为物质基础的遗传因子。二、噬菌体感染实验二、噬菌体感染实验10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附离心沉淀细胞进一步培养后,可产生大量完整的子代噬菌体(1 1)含)含3232P-DNAP-DNA的一组:放射性的一组:放射性8585%在沉淀中在沉淀中上清液中含15%放射性沉淀中
5、含85%放射性 以以3535S S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附离心沉淀细胞进一步培养后,可产生大量完整的子代噬菌体上清液中含75%放射性沉淀中含25%放射性(2 2)含)含3535S-S-蛋白质的一组:放射性蛋白质的一组:放射性7575%在上清液中在上清液中二、核酸的结构和复制 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、磷酸和戊糖组成磷酸戊糖碱基核苷核苷酸核酸 环环 境境 微微 生生 物物 学学 Zhejiang Ocean University DNADNA的化学结构(的化学结构(1 1)脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基
6、磷酸磷酸A G C T基本单位脱氧核苷酸 环环 境境 微微 生生 物物 学学 Zhejiang Ocean University DNADNA的化学结构(的化学结构(2 2)A腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸G鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸C胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类 环环 境境 微微 生生 物物 学学 Zhejiang Ocean University DNADNA的化学结构(的化学结构(3 3)连连 接接 ATGCATGC 环环 境境 微微 生生 物物 学学 Zhejiang Ocean University 两类核酸的基本化
7、学组成DNARNA嘌呤碱腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)嘧啶碱胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)戊糖D-2-脱氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸 3-5磷酸二脂健(一)(一)DNADNA的结构的结构 19531953年,年,J.WatsonJ.Watson和和F.Crick F.Crick 在前人在前人研究工作的基础上,研究工作的基础上,根据根据DNADNA结晶的结晶的X-X-衍衍射图谱和分子模型,射图谱和分子模型,提出了著名的提出了著名的DNADNA双双螺旋结构模型,并螺旋结构模型,并对模型的生物学意对模型的生物学意义作出了科学的解义作出了科学的解释和预测。释和预测。D
8、NADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点 DNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单链组成。单链组成。DNADNA的双螺旋结构是的双螺旋结构是分子中两条分子中两条DNADNA单链单链之间基团相互识别之间基团相互识别和作用的结果。和作用的结果。双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二二级结构的最基本形级结构的最基本形式。式。DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点(1 1)DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称简称DNADNA单链单链)组成。两条链沿着同一根轴平组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条行盘绕,形成右手双螺旋
9、结构。螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为链方向相反,即其中一条链的方向为5353,而另一条链的方向为而另一条链的方向为3535。(2 2)嘌呤碱和嘧)嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的啶碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与侧。碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基螺旋轴垂直,糖基环平面与碱基环平环平面与碱基环平面成面成9090。角。角。DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点(3 3)螺旋横截面)螺旋横截面的直径约为的直径约为2nm2nm,每条链相邻两个每条链相邻两个碱基平面之间的碱基平面之间的距离为距离为0.34nm0.34nm,每每10
10、10个核苷酸形个核苷酸形成一个螺旋,其成一个螺旋,其螺矩(即螺旋旋螺矩(即螺旋旋转一圈)高度为转一圈)高度为3.4 nm3.4 nm。DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点DNADNA双螺旋结双螺旋结构的要点构的要点(4 4)两条)两条DNADNA链相互结链相互结合以及形成双螺旋的力合以及形成双螺旋的力是碱基对所形成的氢键。是碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严碱基的相互结合具有严格的配对规律,即格的配对规律,即A A与与T T结合,结合,G G与与C C结合,这种结合,这种配对关系,称为碱基互配对关系,称为碱基互补。补。A A和和T T之间形成两个之间形成两个氢键,氢键,G G与与
11、C C之间形成三之间形成三个氢键。个氢键。在在DNADNA分子中,嘌呤碱分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的基的总数与嘧啶碱基的总数相等。总数相等。大大 部部 分分 DNA 具具 有有 双双 螺螺 旋旋 结结 构构,亦亦 称称 为为 B 型型。微生物中的微生物中的DNADNA叶绿体中含有环状DNA线粒体中含有环状DNA细菌等原核生物细菌等原核生物1.DNA的存在方式的存在方式遗传物质载体染色体 真核生物:染色体=DNA+组蛋白 原核生物:染色体=DNA 遗传物质载体质粒 原核生物细胞中,染色体外的一种环状DNA分子;并非细胞必须,仅与某些性状有关;常作为基因转移的运载工具.Plasmid pBR
12、322 基因基因:具有遗传功能的DNA分子上的片段,平均1000个碱基对,分子量约6.7105Da。一个DNA分子中含有多个基因,不同基因碱基对的数量和排列序列不同,基因具有自我复制能力。根据基因的功能差异,可分为结构基因、调节基因和操纵基因。2.基因-遗传因子 视频资料:基因视频资料:基因视频资料:基因视频资料:基因视频资料:基因视频资料:基因结构基因结构基因 包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因,包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因,也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基因。也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基因。调控基因调控基因 包括调节基因、启动基因和操纵基因。包括调节基因、启动基因和操纵基因。(二)DNA
13、的复制 DNA的复制(以的复制(以DNA为模板合成为模板合成DNA)RNA的转录(以的转录(以DNA为模板合成为模板合成RNA)RNA的逆转录(以的逆转录(以RNA为模板合成为模板合成DNA)RNA的复制(以的复制(以RNA为模板合成为模板合成RNA)12半保留复制DNADNA复制为复制为5353半不连续半不连续复制。复制。三、三、DNA DNA 的变性与复性的变性与复性(一)核酸的变性(一)核酸的变性核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂,变成单链结构的过程。变性核酸将失的氢键断裂,变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活
14、性。核酸的变性并不涉及去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂,所以它的一级结构磷酸二酯键的断裂,所以它的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。利用紫外吸收的变化,可以检测核酸变利用紫外吸收的变化,可以检测核酸变性的情况。性的情况。天然状态的天然状态的DNADNA在完全变性后,紫外吸收在完全变性后,紫外吸收(260nm)(260nm)值增加值增加252540%.RNA40%.RNA变性后,约
15、变性后,约增加增加1.1%1.1%。这种现象称为增色效应。这种现象称为增色效应.DNADNA变性的特征变性的特征 DNADNA的变性过程是突变性的,它在很窄的温度的变性过程是突变性的,它在很窄的温度区间内完成。因此,通常将引起区间内完成。因此,通常将引起DNADNA变性的温变性的温度称为融点,用度称为融点,用T Tm m表示。表示。一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNADNA的的T Tm m值与分值与分子中的子中的G G和和C C的含量有关。的含量有关。G G和和C C的含量高,的含量高,T Tm m值高。因而测定值高。因而测定TmTm值,可
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