微生物的遗传和变异复制课件
65页1、第六章 微生物的遗传与变异,本章主要内容:,微生物的遗传 微生物的变异 基因重组,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。,第一节 微生物的遗传,4,一、遗传和变异的物质基础DNA 通过3个经典实验证明了核酸(DNA和RNA)是遗传物质基础。 1.肺炎链球菌的转化实验(Griffith经典转化实验及Avery的补充实验) 2.大肠杆菌T2噬菌体感染实验 3.植物病毒重建实验(证明RNA是遗传物质),DNA主要的遗传物质,注:DNA不是唯一的遗传物质,较少的微生物也靠RNA进行遗传。,二、DNA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。,沃森(左)和克里克与DNA分子双螺旋结构模型,1953年的克里克(Francis Crick,1916-2004)(右)和沃森(James Watson,1928-)在实验室里,他们两人因为发现了DNA的分子结构,而在1962年与威尔金斯一起获得诺贝尔生理学和医学奖。,DNA
2、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:TA AT GC CG,四种碱基的结构,核苷酸 的结构,碱基,A,G,C,T,脱氧 核糖,磷酸,碱基,DNA分子结构,DNA链的延伸,DNA的电子显微镜照片,A与T、G与C的配对(依靠氢键连接),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,所以可以保证遗传的稳定性,但是,如果收到干扰,个别碱基排列顺序发生变化,都会导致微生物死亡或变异。,1.DNA的存在形式,真核生物中DNA以染色体存在于细胞核内,而在原核生物中,DNA存在于细胞质内。,2.基因 基因:生物体内贮存遗传信息、能进行自我复制能力的遗传功能单位。是DNA分子上的具有特定碱基排列顺序的核苷酸片断。 每个细菌约有500010000个基因。,3.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
3、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。,(二)DNA的复制,微生物为了保证遗传的稳定性,DNA的复制十分精确。 复制过程: 1.解旋:DNA双链氢键断裂,双链分开; 2.复制:以各自双链为模板,进行复制。 3.分配:新复制的核苷酸链与原来的一条核苷酸链按照碱基配对原则形成新的双链结构并分给子代。,DNA的复制,注意: 1.复制过程必须有酶的参与; 如:解旋酶、聚合酶等。 2.解旋过程中,并不是完全断开后才开始复制,而是解开一段后,就进行复制。复制好的就开始形成双螺旋。 3.每个子代细胞都获得了亲代细胞的一个DNA单链。,1868年的某天瑞士的生物化学家米歇尔(Miescher)研究一个病人的绷带,小心地将绷带上粘着的病人伤口处的物质洗下来。洗脱物中含有许多脓细胞。他向其中加入酒精,将细胞中的脂肪类物质除去,之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各种杂蛋白,这样,他就可以拿到纯的浓细胞的细胞核了。于是米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核中有一种从未认识到的新物质,并起名为“核素”。这就是现在我们知道的DNA。 经过后人的研究,核素为酸性物质,含有三种成分:糖、磷酸
4、、有机碱。又发现糖少了一个氧。称之为脱氧核糖。,小资料米歇尔的发现,三、DNA的变性和复性 1.DNA变性 DNA双链受到外界作用(受热、提高pH),氢键被破坏而形成单链的现象。 2.DNA的复性 变性DNA重新形成天然DNA的过程。也称为退火。如:高温条件下变性的DNA在降温后回重新形成双链结构。,注意:DNA的复性是随机的。即复性的DNA不可能完全回复到原来状态。,复性实验: 用非放射性同位素N15标记的DNA和用放射性同位素N14标记的DNA同时变性与复性实验,最终得到3种双链DNA。 a. 25含N14的双链; b.25含N15的双链; c.50含有N14和N15的双链。,四、RNA 即核糖核酸。 RNA与DNA相似,不同之处是核糖及碱基。 RNA的碱基也有四个,为 U尿嘧啶(DNA为T:胸腺嘧啶) A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 碱基对: UA AU GC CG,RNA有四种:tRNA、rRNA、mRNA、反义RNA。 mRNA:信使RNA,带有氨基酸的信息密码(三联密码子),用于翻译氨基酸。tRNA:转移RNA,带有与mRNA互补的反密码子,能识别氨基酸和mRNA的密码。 r
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