微生物遗传学2-遗传的物质基础.ppt
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1、第二章 微生物的遗传物质,第一节 遗传物质的本质,主讲:秦鸿雁医学遗传学与发育生物学教研室,一、DNA是遗传物质,(一)DNA作为主要遗传物质的间接证据,1.DNA含量恒定性。配子DNA=1/2体细胞,多倍体DNA含量倍增,但细胞内而蛋白质含量是不恒定的。2.DNA代谢稳定性。3.DNA是所有生物染色体所共有的。4.UV激发最有效波长是2600Ao,与DNA 所吸收的UV光谱是一致的。,(二)DNA作为主要遗传物质的直接证据,Griffith的试验(1928)材料:R型肺炎双球菌,粗糙型无毒 S型肺炎双球菌,光滑型有毒 家鼠 方法:a.少量R 家鼠 b.大量S(予先加热65杀死)家鼠,注入,注
2、入,1.细菌的转化(Transformation)一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质(DNA或RNA)而表现出后者的遗传性状,或发生遗传性状改变的现象。,推测:被加热杀死的S 型肺炎双球菌必然含有某种促成以上结果的活性物质,1944年Avery等从S抽提液中部分纯化了此转化因子,而且此物质不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酶(Rnase)的影响,只能为DNA酶所破坏,证明它是DNA。利用此DNA样品加入R型细菌的培养物中,得到菌落中含有了S型球菌。这个实验证明了使肺炎球菌的遗传性发生改变的转化因子是DNA,而不是蛋白质。这一发现极大地推动了对核酸的结构和功能的研究。,2.噬菌体侵染与繁殖 实验:(
3、1)用P32标记T2噬菌体的DNA S35标记T2噬菌体的蛋白质(2)分别感染大肠杆菌(3)10min用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体 外壳,发现 a.全部放射性活动(P32)见于细菌内子代 b.放射性(S35)大部分见于被甩掉的外壳中子代 DNA是遗传物质,噬菌体侵染实验,遗传物质必须具有以下特性:(1)贮存并表达遗传物质;(2)能把遗传信息传给子代;(3)物理和化学性质稳定;(4)有遗传变化的能力。,DNA具有上述特性,适合作为遗传物质。,二、RNA是遗传物质,实验证据:烟草花叶病毒(TMV)TMV病毒是RNA与蛋白质组成。(1)用RNA接种到烟叶上发病(2)用蛋白质接种烟草叶上不发病(
4、3)用RNA+RNA酶接种到烟叶上 不发病 RNA是遗传物质,三、存在核酸之外的其它遗传物质,朊病毒(prion=proteinaceous infectious agent):意为蛋白质样的感染性粒子。只有蛋白质而没有核酸的病毒。,美国生物学家S.B.Prusiner1997年诺贝尔医学或生理学奖,这种因子具有可感染性。与病毒类似,搔痒病的感染性粒子是滤过性的,但与病毒不同的是,福尔马林处理不能完全消除其传染性。它可被蛋白酶K灭活,但不能被核酸酶处理和UV辐射灭活,表现出典型的蛋白质性质。在高度纯化的感染性物质中检测不到大于100nt的核酸,因而这种感染性的粒子不是核酸。,朊病毒特性:比已知
5、的最小的常规病毒还小得多(约3050nm)。电镜下观察不到病毒粒子的结构,经负染后才见到聚集而成的棒状体,其大小约为10250 x 100200纳米,且不呈现免疫效应,不诱发干扰素产生,也不受干扰作用。滤过性 致病性 传染性 宿主范围的特异性:是羊搔痒病的致病因子,它导致山羊和绵羊的退行性神经疾病的原因。这种病与影响人脑功能的库鲁病(新几内亚震颤病)和克雅氏病及疯牛病类似。,朊病毒是一个36kDa的疏水性的糖蛋白,称为朊病毒蛋白(prion protein,PrP)。PrP由宿主细胞核基因PRNP编码。在正常动物的脑中也有表达。,有两种形式:PrPc和 PrPsc 正常的脑组织中发现的产物是P
6、rPc可被蛋白酶完全降解;而PrPsc只存在被感染的脑组织,对蛋白酶的降解有较强的抗性,只能部分被降解。PrPc是个可溶性的蛋白质,而PrPsc很难溶解。两种蛋白质具有相同的一级结构,但二级结构却十分不同,PrPc的螺旋的含量约为40,几乎没有片层结构,相反PrPsc则含有高达50的片层结构,而螺旋的含量仅为20。因而二者之间结构上的差异可能导致对蛋白酶抗性的不同。,推测搔痒病的发生是感染性的PrPsc与内源的PrPc共同作用的结果。,PrPc转化为PrPsc的机制的不同模式:,构象转化模式(Conformational model)模板辅助模式(template-assisted model
7、):PrPsc 形式比PrPc的稳定,但由PrPc到 PrPsc的转化在动力学上是不利的。PrPsc可以催化PrPc分子结构的变化。它可结合并稳定PrPc到 PrPsc的中间体,通过增加不稳定的中间体的数量或提高中间体自发地转化为PrPsc地速率,促进生成更多稳定地PrPsc。模板辅助模式类似于一些蛋白质动力学控制的构型转化,如流感血球凝集素、枯草杆菌蛋白酶等。,成核聚合模式(nucleation-polymerization model):PrPsc的生成是一个依赖于晶核生成的聚合过程,在事先没有聚集体存在时,PrPc与PrPsc之间的转化是可逆的,但PrPsc没有PrPc稳定,PrPsc聚
8、集体可与PrPc单体结合并使之稳定。感染缓慢的发生,如同结晶过程中引入晶种并生成晶体一样。成核聚合模型类似于微管蛋白的聚集、晶体的生成、镰刀型血红蛋白的形成、病毒衣壳粒的组装、细菌鞭毛的聚集等生物过程。,推荐的相关论著:Satpute-Krishnan P,Serio TR.Prion protein remodelling confers an immediate phenotypic switch.Nature.2005;437(7056):262-5.Silveira JR,Raymond GJ,Hughson AG,Race RE,Sim VL,Hayes SF,Caughey B.T
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