微生物的遗传和变异rev.ppt
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1、第六章 微生物的遗传 和变异,1,主要内容:微生物的遗传和变异现象微生物的遗传微生物的变异及应用,2,第一节 遗传和变异现象,3,遗传(heredity或inheritance)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。遗传即是生物的 保守性像。,4,变异(variation)亲代与子代及子代各个体之间,无论在形态结构和生理机能方面,总会有差异,这种同类型不同个体之间的差异称为变异。从分子水平讲,是遗传信息发生了变化。变化不像。遗传和变异是生物体最本质的属性之一,5,意义:遗传和变异是一切生物存在和进化的基本要素。对于育种的意义:
2、前提条件是稳定性,同时又有变化。在环境保护领域的应用。遗传是相对的,变异是绝对的;遗传中有变异,变异中有遗传。遗传学(Genetics):研究生物遗传和变异现象的学科。,6,第二节 微生物的遗传,7,一、遗传和变异的物质基础DNA,1、对DNA的认识和研究历史孟德尔的理论(1865年)豌豆实验孟德尔定理的重新发现(1900年)DNA(及RNA)是遗传物质的研究历史,8,三个经典实验,(1)肺炎链球菌的转化实验(F.Griffith,1928),9,在加热杀死的S型细菌中,必然存在某种活性物质转化因子,促使小鼠体内R型活细菌转化为有毒性S型活细菌。这种转化因子到底是什么物质呢?,10,(2)噬菌
3、体感染实验(,M.Chase,1952)在噬菌体侵染细菌过程中,蛋白质外壳留在细菌细胞外,只有DNA进入了细胞。证明遗传物质是DNA,而不是蛋白质。,11,(3)病毒的拆开和重建实验(H.Fraenkel-Conrat,Singer.1956)结论:烟草花叶病毒中的遗传物质是RNA,而不是蛋白质。,12,二、DNA的结构与复制,(一)DNA结构DNA由两条多个核苷酸组成的链配对而成,两条链彼此互补,以右手螺旋的方式围绕一根主轴而互相盘绕形成。四种碱基A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)相互配对。AT,GC互相间通过氢键连接。,13,核苷酸 的结构,14,四种碱基的结构,15
4、,DNA分子结构,16,A与T、G与C的配对(依靠氢键连接),17,18,1、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: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。是具有固定起点和终点的核苷酸或密码的线性序列。3、遗传信息的传递:中心法则,19,(二)DNA的复制半保留复制以亲代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。,20,过程:1、DNA
5、解旋酶对DNA进行解旋.2、DNA结合蛋白结合在打开的DNA单链上,不与双链结合,促使反应向偏向单链形成的方向进行,使DNA在大大低于Tm温度下发生双链的解离,双螺旋则在复制叉的前方分开,并在复制叉处稳定单链结构,阻止再形成双螺旋。,21,3、DNA复制在一段RNA引物的基础上加进脱氧核苷酸。由RNA引物酶催化合成一段RNA。4、DNA聚合酶(I、II、III)催化DNA片段的延长。,5、DNA连接酶。DNA后随链上的复制是不连续的,冈崎片段形成后,5端的RNA引物通过DNA聚合酶I催化的切口移位而降解,并为DNA片段所置换,形成的切口由DNA连接酶封闭。6、DNA回旋酶使松弛DNA变成负超螺
6、旋,22,DNA变性伴随着许多物理性质的变化,特别有用的是增色效应。DNA变性过程中,A260值先是缓慢上升到达一个温度值后骤然上升,吸收值增加的中点称为融解温度(melting temperature,Tm),即解链温度。一般Tm在85-95度之间,Tm取决于DNA的G+C含量,含量高,Tm也高。,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。,23,(二)DNA复性热变性DNA若缓慢冷却,已分开的互补链又可重新形成天然DNA的过程叫复性或退火。复性的DNA是随机结合
7、的。,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。,24,四、RNA,RNA(核糖核酸)和DNA很相似,不同的是以核糖代替脱氧核糖,以尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T)。,尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T),25,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、mRNAmessage RNA,信使RNA 多聚核苷酸的一级结构,其上带有指导蛋白质合
8、成的密码子(三联密码子)。它的生物功能是从DNA上把遗传密码即蛋白质中氨基酸排列顺序的信息接受过来,并起模板作用合成蛋白质。,26,27,起始密码子,2、tRNA transfer RNA 转移RNA 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。三叶草结构(Holley,1965),28,3、rRNAribosomal 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 4、反义RNAantisense RN
9、A 与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链,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,在DNA的复制、RNA转录和翻译以及传递氨基酸的过程中有调价或抑制作用。,29,五、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,同化的碳和消耗的能量80-90%直接或间接用于蛋白质的合成。DNA的复制合成和RNA的复制合成最终目的在于蛋白质的合成。蛋白质合成的过程:DNA复制DNA转录:合成mRNA、tRNA、rRNA及反义 RNAmRNA翻译成蛋白质,30,核酸和蛋白质的合成,31,32,六、微生物的细胞分裂,微生物将倍增的核物质和蛋白质均等地分配给两个细胞,在细
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