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1、 第第六六章章微微生生物物遗遗传传和和变变异异第1页 遗传和变异是一切生物最本质属性。遗传生物繁殖与自已相同或相同后代现象变异生物亲代与子代之间，子代个体之间有差异现象，主要表达在形态和生理性状。第2页第一节 微生物遗传第3页经过经过3个经典试验证实了核酸（个经典试验证实了核酸（DNA和和RNA）是遗传物质基础。）是遗传物质基础。1.1.肺炎链球菌转化现象肺炎链球菌转化现象2.T2.T4 4噬菌体感染试验噬菌体感染试验3.3.植物病毒重建试验植物病毒重建试验一、遗传和变异物质基础-DNA第4页最早进行转化试验是F.Griffith（1928）。肺炎链球菌转化试验肺炎链球菌转化试验第5页S型菌落
2、型菌落R型菌落型菌落有荚膜，致病，菌落表面光滑（smooth）不形成荚膜，无致病性，菌落外观粗糙（rough)第6页第7页1944年，O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty从热死S型S.pneumoniaeS.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子各种成份，并在离体条件下进行了转化试验：第8页第9页只有只有S S型细菌型细菌DNADNA才能将才能将S.pneumoniaeS.pneumoniaeR R型转型转化为化为S S型。而且，型。而且，DNADNA纯度越高，转化效率也纯度越高，转化效率也越高，直到只取用纯越高，直到只取用纯DNA610DNA610-8-8g
3、g量时，仍量时，仍有转化能力。这就说明，有转化能力。这就说明，S S型菌株转移给型菌株转移给R R型型菌株，决不是某一遗传性状（在这里是荚膜菌株，决不是某一遗传性状（在这里是荚膜多糖）本身，而是以多糖）本身，而是以DNADNA为物质基础遗传因为物质基础遗传因子。子。第10页二、核酸结构和复制核酸是一个多聚核苷酸，它基本单位是核苷酸核苷酸由碱基、磷酸和戊糖组成第11页两类核酸基本化学组成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-核糖酸磷酸磷酸第12页戊戊 糖糖第13页碱基碱基RNARNADNA
4、DNA 嘧啶环嘧啶环嘧啶环嘧啶环 嘌呤环嘌呤环嘌呤环嘌呤环尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶 U U胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T T胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶 C C鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤 G G腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤 A A第14页核苷核苷第15页核苷酸核苷酸第16页多多 聚聚 核核 苷苷 酸酸第17页（一）（一）DNADNA结构结构19531953年年，J.WatsonJ.Watson和和F.Crick F.Crick 在在前前人人研研究究工工作作基基础础上上，依依据据DNADNA结结晶晶X-X-衍衍射射图图谱谱和和分分子子模模型型，提提出出了了著著名名DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模
5、型型，并并对对模模型型生生物物学学意意义义作作出出了了科科学学解解释和预测。释和预测。第18页DNADNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点DNADNA分分子子由由两两条条DNADNA单单链组成。链组成。DNADNA双双螺螺旋旋结结构构是是分分子子中中两两条条DNADNA单单链链之之间间基基团团相相互互识识别别和和作作用结果。用结果。双双螺螺旋旋结结构构是是DNADNA二二级结构最基本形式。级结构最基本形式。第19页DNADNA双螺旋结构关键点双螺旋结构关键点（1 1）DNADNA分分子子由由两两条条多多聚聚脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸链链(简简称称DNADNA单单链链)组组成成。两两条条链链沿沿着
6、着同同一一根根轴轴平平行行盘盘绕绕，形形成成右右手手双双螺螺旋旋结结构构。螺螺旋旋中中两两条条链链方方向向相相反反，即即其其中中一一条条链链方方向向为为5353，而而另一条链方向为另一条链方向为3535。第20页（2 2）嘌嘌呤呤碱碱和和嘧嘧啶啶碱碱基基位位于于螺螺旋旋内内侧侧，磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖基基位位于于螺螺旋旋外外侧侧。碱碱基基环环平平面面与与螺螺旋旋轴轴垂垂直直，糖糖基基环环平平面面与与碱碱基基环环平平面面成成9090。角。角。DNADNA双螺旋结构关键点双螺旋结构关键点第21页（3 3）螺旋横截面）螺旋横截面直径约为直径约为2nm2nm，每，每条链相邻两个碱条链相邻两个碱基
7、平面之间距离基平面之间距离为为0.34nm0.34nm，每，每1010个核苷酸形成一个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一（即螺旋旋转一圈）高度为圈）高度为3.4 3.4 nmnm。DNADNA双螺旋结构关键点双螺旋结构关键点第22页DNADNA双螺旋结双螺旋结构关键点构关键点（4 4）两条）两条DNADNA链相互相互结合以及形成双螺旋力是合以及形成双螺旋力是碱基碱基对所形成所形成氢键。碱。碱基相互基相互结合含有合含有严格配格配对规律，即律，即A A与与T T结合，合，G G与与C C结合，合，这种配种配对关系，关系，称称为碱基互碱基互补。A A和和T T之之间形成两个形成两
8、个氢键，G G与与C C之之间形成三个形成三个氢键。在在DNADNA分分子子中中，嘌呤呤碱碱基基总数数与与嘧啶碱碱基基总数数相相等。等。第23页第24页大大 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。小沟小沟小沟小沟大沟大沟大沟大沟5555333355553333第25页第26页微生物中微生物中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质粒质粒质粒质粒染色染色染色染色体体体体1.DNA存在方式存在方式第27页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第28页 遗传物质载体质
9、粒原核生物细胞中，染色体外一个环状DNA分子;并非细胞必须，仅与一些性状相关;常作为基因转移运载工具.第29页质粒质粒Plasmid pBR322第30页基因基因：含有遗传功效DNA分子上片段，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，不一样基因碱基正确数量和排列序列不一样，基因含有自我复制能力。依据基因功效差异，可分为结构基因、调整基因和操纵基因。2.基因-遗传因子 视频资料：基因视频资料：基因第31页基因类别基因类别结构基因结构基因 包含编码结构蛋白和酶蛋白基因，也包含编码结构蛋白和酶蛋白基因，也包含编码阻遏蛋白和激活蛋白基因。包含编码阻遏蛋白和激活蛋白
10、基因。调控基因调控基因 包含调整基因、开启基因和操纵基因。包含调整基因、开启基因和操纵基因。第32页操纵子操纵子J.Monod与与F.Jacob第33页（二）DNA复制第34页DNA复制（以复制（以DNA为模板合成为模板合成DNA）RNA转录（以转录（以DNA为模板合成为模板合成RNA）RNA逆转录（以逆转录（以RNA为模板合成为模板合成DNA）RNA复制（以复制（以RNA为模板合成为模板合成RNA）第35页机制机制半保留复制半保留复制12保留了二分之一父代保留了二分之一父代保留了二分之一父代保留了二分之一父代DNADNA成份成份成份成份父代父代父代父代DNADNA半保留复制子代子代子代子代D
11、NADNA第36页前导链前导链前导链前导链连续复制连续复制连续复制连续复制滞后链滞后链滞后链滞后链不连续复制不连续复制不连续复制不连续复制DNADNA复制为复制为5353半不连续半不连续复制。复制。第37页半保留半保留半保留半保留复制结果复制结果复制结果复制结果半不连续半不连续半不连续半不连续复制过程复制过程复制过程复制过程第38页三、三、DNA DNA 变性与复性变性与复性（一）核酸变性（一）核酸变性核酸变性是指核酸双螺旋区多聚核苷酸链间氢键核酸变性是指核酸双螺旋区多聚核苷酸链间氢键断裂，变成单链结构过程。变性核酸将失去其部分断裂，变成单链结构过程。变性核酸将失去其部分或全部生物活性。核酸变
12、性并不包括磷酸二酯键断或全部生物活性。核酸变性并不包括磷酸二酯键断裂，所以它一级结构裂，所以它一级结构(碱基次序碱基次序)保持不变。保持不变。能够引发核酸变性原因很多。温度升高、酸碱度能够引发核酸变性原因很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等存在均可引发核酸变性。改变、甲醛和尿素等存在均可引发核酸变性。第39页利用紫外吸收改变，能够检测核酸变性利用紫外吸收改变，能够检测核酸变性情况。情况。天然状态天然状态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，约变性后，约增加增加1.1%1.1%。这种现象称为
13、增色效应。这种现象称为增色效应.第40页DNADNA变性特征变性特征DNADNA变性过程是突变性，它在很窄温度区间内变性过程是突变性，它在很窄温度区间内完成。所以，通常将引发完成。所以，通常将引发DNADNA变性温度称为融变性温度称为融点，用点，用T Tm m表示。表示。普通普通DNADNAT Tm m值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNATDNATm m值与分子值与分子中中G G和和C C含量相关。含量相关。G G和和C C含量高，含量高，T Tm m值高。因而测定值高。因而测定TmTm值，可反应值，可反应DNADNA分子中分子中GCGC含量，可经过经验公式计算：含量，可经过
14、经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44G+C)%=(Tm-69.3)X2.44第41页DNADNA变性变性第42页第43页（二）核酸复性（二）核酸复性变性变性DNADNA在适当条件下，两条彼此分开单链能在适当条件下，两条彼此分开单链能够重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复够重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。性。DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，不复性后，一系列性质将得到恢复，不过生物活性普通只能得到部分恢复。过生物活性普通只能得到部分恢复。DNADNA复性程度、速率与复性过程条件相关。复性程度、速率与复性过程条件相关。将将热热变变性性DNADNA骤骤然然冷冷
15、却却至至低低温温时时，DNADNA不不可可能能复复性性。不不过过将将变变性性DNADNA迟迟缓缓冷冷却却时时，能能够够复复性性。分分子子量量越越大大复复性性越越难难。浓浓度度越越大大，复复性性越越轻轻易易。另外，另外，DNADNA复性也与它本身组成和结构相关。复性也与它本身组成和结构相关。第44页第45页高温变性高温变性迟迟缓缓冷冷却却热复性热复性急急速速冷冷却却复性失败复性失败第46页核酸杂交核酸杂交热变性热变性DNADNA单链，在复性时并不一定与同单链，在复性时并不一定与同源源DNADNA互补链形成双螺旋结构，它也能够互补链形成双螺旋结构，它也能够与在一些区域有互补序列异源与在一些区域有互
16、补序列异源DNADNA单链形单链形成双螺旋结构。成双螺旋结构。这么形成新分子称为杂交这么形成新分子称为杂交DNADNA分子。分子。DNADNA单链与互补单链与互补RNARNA链之间也能够发生杂交。链之间也能够发生杂交。核酸杂交在分子生物学和遗传学研究中核酸杂交在分子生物学和遗传学研究中含有主要意义。含有主要意义。第47页核核酸酸杂杂交交第48页mRNA(mRNA(信使信使RNA)RNA)Messenger RNA约占总约占总RNA5%RNA5%。不一样细胞不一样细胞mRNAmRNA链长和分子量差异很大。链长和分子量差异很大。它它功功效效是是将将DNADNA遗遗传传信信息息传传递递到到蛋蛋白白质
17、质合合成基地成基地 核糖体。核糖体。四四.RNA.RNA四种存在形式四种存在形式第49页tRNA(tRNA(转移转移RNA)RNA)Transfer RNATransfer RNA约占总约占总RNA10-15%RNA10-15%。它它在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中起起翻翻译译氨氨基基酸酸信信息，并将对应氨基酸转运到核糖体作用。息，并将对应氨基酸转运到核糖体作用。已知每一个氨基酸最少有一个对应已知每一个氨基酸最少有一个对应tRNAtRNA。RNARNA分分子子大大小小很很相相同同，链链长长普普通通在在73-7873-78个核苷酸之间。个核苷酸之间。第50页rRNA(rRNA(核糖体核糖体R
18、NA)RNA)Ribosome RNARibosome RNA约占全部约占全部RNA80%RNA80%，是核糖体主要组成部分。是核糖体主要组成部分。rRNA rRNA 功效与蛋白质生物合成相关。功效与蛋白质生物合成相关。第51页反义RNA是能与DNA碱基互补，并能阻止、干扰复制转录和翻译短小RNA。起调整作用，决定mRNA翻译合成速度。第52页五、微生物生长与蛋白质合成五、微生物生长与蛋白质合成DNADNA经经过过转转录录作作用用，将将其其所所携携带带遗遗传传信信 息息 传传 递递 给给 mRNA,mRNA,在在 三三 种种RNARNA（mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA）
19、共共同同作作用用下下，完完成成蛋蛋白白质合成。质合成。第53页DNADNA复复复复制制制制RNARNA转录转录转录转录蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质翻译翻译翻译翻译逆转录逆转录逆转录逆转录复制复制复制复制中心法则生物遗传信息从生物遗传信息从DNADNA传递给传递给mRNAmRNA过程称为转录。过程称为转录。依据依据mRNAmRNA链上遗传信息合成蛋白质过程，被称链上遗传信息合成蛋白质过程，被称为翻译和表示。为翻译和表示。19581958年年CrickCrick将生物遗传信息这将生物遗传信息这种传递方式称为中心法则种传递方式称为中心法则翻译和肽链折叠翻译和肽链折叠组装组装转录转录DNAmRNA从从基基
20、因因到到蛋蛋白白转转录录和和翻翻译译过过程程第54页1.1.转录转录 mRNA mRNA合成合成转录是以转录是以DNADNA为模板合成与其碱基次序互为模板合成与其碱基次序互补补mRNAmRNA过程。过程。细胞生长周期某个阶段，细胞生长周期某个阶段，DNADNA双螺旋解开双螺旋解开成为转录模板，在成为转录模板，在RNARNA聚合酶催化下，合聚合酶催化下，合成成mRNAmRNA。第55页转录转录转录转录以以以以DNADNA为模板，按碱基配对标准为模板，按碱基配对标准为模板，按碱基配对标准为模板，按碱基配对标准（dA-UdA-U、dT-AdT-A、dG-CdG-C、dC-G)dC-G)合成合成合成合
21、成RNARNA链。链。链。链。DNADNA复复复复制制制制RNARNA转录转录转录转录第56页两条链都是模板链吗？两条链都是模板链吗？两条链都是模板链吗？两条链都是模板链吗？第57页不对称转录不对称转录不对称转录不对称转录 只能以双链中只能以双链中只能以双链中只能以双链中固定一条链固定一条链固定一条链固定一条链（模板链）（模板链）（模板链）（模板链）为为为为模板转录模板转录模板转录模板转录RNARNA开始开始(开启子开启子开启子开启子)第58页17bp17bp螺旋解开长度螺旋解开长度12bp12bp DNA-RNA复合体长度复合体长度(终止子终止子终止子终止子)第59页mRNAmRNA携带有合
22、成蛋白质全部信息。蛋白质携带有合成蛋白质全部信息。蛋白质生物合成是以生物合成是以mRNAmRNA作为模板进行。作为模板进行。第60页转录过程转录过程第61页遗传密码遗传密码mRNAmRNA分子中所存放蛋白质合成信息，是由组分子中所存放蛋白质合成信息，是由组成它四种碱基（成它四种碱基（A A、G G、C C和和U U）以特定次序排）以特定次序排列成三个一组三联体代表，即每三个碱基代列成三个一组三联体代表，即每三个碱基代表一个氨基酸信息。这种代表遗传信息三联表一个氨基酸信息。这种代表遗传信息三联体称为密码子，或三联体密码子。体称为密码子，或三联体密码子。mRNAmRNA分子碱基次序即表示了所合成蛋
23、白质氨分子碱基次序即表示了所合成蛋白质氨基酸次序。基酸次序。第62页遗传密码遗传密码第63页2.蛋白质生物合成蛋白质生物合成tRNAtRNA在在氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶帮帮助助下下，能能够够识识别别对对应应氨氨基基酸酸，并并经经过过tRNAtRNA氨氨基基酸酸臂臂3-OH3-OH与与氨氨基基酸酸羧羧基基形形成成活活化化酯酯氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA。第64页第65页氨基酸活化总反应式是：氨基酸活化总反应式是：氨基酰氨基酰-tRNA 合成酶合成酶氨基酸氨基酸+ATP+tRNA+H2O 氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+PPi每每一一个个氨氨基基酸酸最最少少有有一一个个对对
24、应应氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶。它它既既催化氨基酸与催化氨基酸与ATP作用作用,也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到 tRNA。氨氨基基酰酰-tRNA 合合成成酶酶含含有有高高度度专专一一性性。每每一一个个氨氨基基酰酰-tRNA合成酶只能识别一个对应合成酶只能识别一个对应tRNA。tRNA分分子子能能接接收收对对应应氨氨基基酸酸,决决定定于于它它特特有有碱碱基基次次序序,而而这种碱基次序能够被氨基酰这种碱基次序能够被氨基酰-tRNA 合成酶所识别。合成酶所识别。第66页(2)(2)氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA在在mRNAmRNA模板指导下组模板指导下组装成蛋白质装成蛋白质氨氨基
25、基酰酰-tRNA-tRNA经经过过反反密密码码臂臂上上三三联联体体反反密密码码子子识识别别mRNAmRNA上上对对应应遗遗传传密密码码，并并将将所所携携带带氨氨基基酸酸按按mRNAmRNA遗遗传传密密码码次次序序安安置置在在特特定定位位置置，最最终终在在核糖体中合成肽链。核糖体中合成肽链。第67页第68页第69页第70页第71页第二节第二节 微生物变异微生物变异第72页一、变异本质一、变异本质基因突变基因突变DNADNA碱基次序改变，是碱基次序改变，是DNADNA在复制过程中在复制过程中出现错误产生。因为出现错误产生。因为DNADNA是含有复制功效是含有复制功效分子，一旦分子，一旦DNADNA
26、碱基次序犯错，它就会经碱基次序犯错，它就会经过复制机制遗传下去。过复制机制遗传下去。因为因为DNADNA碱基次序改变引发生物遗传性状碱基次序改变引发生物遗传性状显著改变现象，称为基因显著改变现象，称为基因“突变突变”。第73页二、基因突变化学本质二、基因突变化学本质DNADNA碱基次序中核苷酸缺失，置换或插入，碱基次序中核苷酸缺失，置换或插入，引发排列次序改变引发排列次序改变DNADNA结构改变将造成对结构改变将造成对应蛋白质一级结构（氨基酸次序）改变，应蛋白质一级结构（氨基酸次序）改变，从而引发生物特征或性状发生变异。从而引发生物特征或性状发生变异。生物变异和进化能够认为是因为生物变异和进化
27、能够认为是因为DNADNA结构结构改变而引发蛋白质组成和性质改变结果。改变而引发蛋白质组成和性质改变结果。第74页DNADNA结构改变类型及影响原因结构改变类型及影响原因生物遗传变异分子生物遗传变异分子机制是机制是DNADNA分子中分子中为氨基酸编码三联为氨基酸编码三联体密码子改变。体密码子改变。DNADNA遗传密码改变遗传密码改变主要有以下几个类主要有以下几个类型：型：碱基次序颠倒，碱基次序颠倒，如如TATA被颠倒成被颠倒成ATAT；第75页 某个碱基被调某个碱基被调换，如换，如ATAT换成换成GCGC；第76页Molecular basis of MutationPoint Mutatio
28、n天冬酰胺酪氨酸第77页 少了或多了一对或几对碱基，比如：少了或多了一对或几对碱基，比如：5 ATGG5 ATGGC CTATGC 3 TATGC 3 变成变成 5 5 ATGGTATGC 3ATGGTATGC 3 3 TACC 3 TACCG GATACG 5 3 ATACG 5 3 TACCATACG 5TACCATACG 5第78页三、造成基因突变原因三、造成基因突变原因(1)DNA(1)DNA分子中碱基互变异构效应分子中碱基互变异构效应(2)(2)物理原因物理原因紫外线（紫外线（UVUV）、高能射线和电离辐射等。）、高能射线和电离辐射等。(3)(3)化学原因化学原因烷基化试剂，亚硝酸盐
29、以及碱基类似物等。烷基化试剂，亚硝酸盐以及碱基类似物等。第79页(1)DNA(1)DNA分子中碱基互变异构效应分子中碱基互变异构效应DNADNA分子碱基，存在酮式分子碱基，存在酮式烯醇式或氨式烯醇式或氨式 亚胺式互变异构。不一样互变异构体形亚胺式互变异构。不一样互变异构体形成氢键方向和能力不一样，有可能造成复成氢键方向和能力不一样，有可能造成复制时出现错误。制时出现错误。比如在正常情况下，比如在正常情况下，A A（氨式结构）与（氨式结构）与T T（酮式结构）配对；当（酮式结构）配对；当A A以亚胺式存在时以亚胺式存在时（几率非常小），则与（几率非常小），则与C C配对。配对。第80页胺胺式式亚
30、亚胺胺式式互互变变异异构构第81页酮酮式式烯烯醇醇式式互互变变异异构构第82页(2)(2)物理原因物理原因射线类别射线类别电离射线电离射线 ：、射线和不一样能量中子等粒子射线和不一样能量中子等粒子辐射，还包含辐射，还包含射线和射线和 X射线等电磁波辐射。射线等电磁波辐射。非电离辐射：能量小，不足以引发物质电离，如非电离辐射：能量小，不足以引发物质电离，如紫外线。紫外线。第83页当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260nm260nm附近）附近）照射时，可引发照射时，可引发DNADNA链上相邻两个嘧啶碱基链上相邻两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，比如共价聚合，形成二聚体，
31、比如TTTT二聚体。二聚体。第84页光聚合反应光聚合反应 胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下，能够发生二聚加成反胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下，能够发生二聚加成反应：应：在在DNADNA分分子子中中，假假如如两两个个胸胸腺腺嘧嘧啶啶碱碱基基相相邻邻，在在紫紫外外光光照照射射下下，可可能能发发生生上上述述聚聚合合反反应应，其其结结果果是是破破坏坏了了正正常复制或转录。常复制或转录。第85页(3)(3)化学原因化学原因化学原因是引发化学原因是引发DNADNA结构发生改变最常见原因，结构发生改变最常见原因，主要包含：主要包含：第一类第一类 烷化剂烷化剂 如乙烯亚胺如乙烯亚胺(EI)、硫酸二乙酯硫酸二乙酯(DES
32、)、甲基磺酸、甲基磺酸乙酯乙酯(EMS)、亚硝基甲脲亚硝基甲脲(NMU)等。等。第二类第二类 碱基类似物碱基类似物 如如 5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)、2氨基嘌呤氨基嘌呤(AP)等。等。第三类第三类 能引发能引发DNA分子中碱基增、减物质分子中碱基增、减物质 如丫啶类染料、如丫啶类染料、ICR类化合物类化合物(氮芥类衍生物氮芥类衍生物)第86页烷基化试剂能够与烷基化试剂能够与DNADNA分子中氨基或氧作分子中氨基或氧作用，生成烷基化用，生成烷基化DNADNA。除了碱基上有多个。除了碱基上有多个位置可被烷基化外，位置可被烷基化外，DNADNA链上磷酸二酯键链上磷酸二酯键中氧也轻易被烷基化，从
33、而造成中氧也轻易被烷基化，从而造成DNADNA链断链断裂。裂。烷基化反应烷基化反应第87页因为含氧碱基存在酮式和烯醇式互变异因为含氧碱基存在酮式和烯醇式互变异构，烯醇式中羟基能够被烷基化转变为构，烯醇式中羟基能够被烷基化转变为稳定烯醇醚。稳定烯醇醚。鸟嘌呤核苷烷基化形成鸟嘌呤核苷烷基化形成6-6-甲氧基鸟嘌呤甲氧基鸟嘌呤核苷后，不再与核苷后，不再与C C配对，而与配对，而与T T配对。配对。这种情况将引发这种情况将引发DNADNA复制、转录及信息表复制、转录及信息表示出现错误。示出现错误。第88页环外氨基反应环外氨基反应 环外氨基在适当条件下，也能够发生化学反应。环外氨基在适当条件下，也能够发
34、生化学反应。胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下，能够形成重氮盐，再转胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下，能够形成重氮盐，再转变为尿嘧啶核苷。所以生物体内亚硝酸存在有可能改变为尿嘧啶核苷。所以生物体内亚硝酸存在有可能改变变DNADNA碱基组成。碱基组成。腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也能发生类似反应，分别形腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也能发生类似反应，分别形成次黄嘌呤核苷（成次黄嘌呤核苷（I I）和黄嘌呤核苷（）和黄嘌呤核苷（X X）。）。这种改变，将影响或改变碱基形成氢键能力和方向，这种改变，将影响或改变碱基形成氢键能力和方向，造成造成DNADNA复制错误，是引发基因突变主要原因之一。复制错误，是引发基因突变主要原因之一。第8
35、9页第90页碱基类似物是一类结构与核酸碱基相同人工合碱基类似物是一类结构与核酸碱基相同人工合成或天然化合物，因为它们结构与核酸碱基相成或天然化合物，因为它们结构与核酸碱基相同，当这些物质进入细胞后能够掺入到同，当这些物质进入细胞后能够掺入到DNADNA链链中，干扰中，干扰DNADNA正常复制和转录。正常复制和转录。常见有碱基衍生物及稠环、稠杂环类化合物。常见有碱基衍生物及稠环、稠杂环类化合物。比如比如5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU），它与胸腺嘧啶碱基），它与胸腺嘧啶碱基结构相同，能取代结构相同，能取代T T与与A A配对。配对。又如一个称为二恶英含氯芳香杂三环化合物又如一个称为二
36、恶英含氯芳香杂三环化合物（2,3,7,8-2,3,7,8-四氯四氯-二苯二苯-二恶英，简称二恶英，简称TCDDTCDD），），是一个含有强烈致癌和致畸物质。它能够进入是一个含有强烈致癌和致畸物质。它能够进入细胞并与细胞并与DNADNA结合，造成结合，造成DNADNA复制发生错误，从复制发生错误，从而可能诱发癌变。而可能诱发癌变。第91页镰刀状贫血病镰刀状贫血病血液中大量出现血液中大量出现镰刀红细胞，患镰刀红细胞，患者所以缺氧窒息者所以缺氧窒息正常细胞正常细胞 镰刀形细胞镰刀形细胞w它是最早认识一它是最早认识一个分子病。流行个分子病。流行于非洲，死亡率于非洲，死亡率极高，大部分患极高，大部分患者
37、童年时就夭折，者童年时就夭折，活过童年寿命也活过童年寿命也不长，它是因为不长，它是因为遗传基因突变造遗传基因突变造成血红蛋白分子成血红蛋白分子结构突变。结构突变。第92页正常型正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-链链 谷氨酸谷氨酸镰刀型镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-链链 缬氨酸缬氨酸谷谷A（极性）（极性）缬缬A（非极性）（非极性）因为缬氨酸上非极性基团与相邻非极性基团间在疏因为缬氨酸上非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形
38、，与氧结合功效丧失，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功效丧失，造成病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。造成病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。第93页镰刀形贫血病氨基酸改变镰刀形贫血病氨基酸改变第94页如如经经DNA修复后有缺点修复后有缺点，DNA就会发生突变就会发生突变发展成癌细胞发展成癌细胞第95页a 自发突变自发突变 spontaneous mutationb 诱发突变诱发突变 induced mutation四、突变类型第96页诱发突变方法物理诱变电离辐射：x-射线，-射线非电离辐射：紫外线第97页诱发突变方法化学诱变有诱变作用有机或无机化合物统称诱变剂。烷基化试剂，亚硝酸盐以
39、及碱基类似物烷基化试剂，亚硝酸盐以及碱基类似物等。等。第98页原核生物遗传重组原核生物遗传重组实质上是指实质上是指受体中插入受体中插入来来自供体自供体遗传性不一样遗传性不一样DNA片段片段，并把这种，并把这种DNA片片段或它复本段或它复本整合为受体基因组整合为受体基因组一部分。一部分。第三节 基因重组第99页1.转化转化第100页转化主要步骤转化主要步骤1.双链双链DNA分子与细胞表面分子与细胞表面感受位点感受位点进行进行可逆性结合。可逆性结合。2.供体供体DNA片断被片断被吸入受体细胞吸入受体细胞。3.侵入受体细胞供体侵入受体细胞供体DNA转为单链转为单链，其中，其中一条被降解。一条被降解。
40、4.未被降解一条链部分或整个未被降解一条链部分或整个插入插入受体细受体细胞胞DNA中。中。5.杂合杂合DNA经复制经复制能够形成亲代类型和重能够形成亲代类型和重组类型组类型DNA,造成转化细胞形成与表示。造成转化细胞形成与表示。第101页2.接合接合(conjugation)接合：是细菌经过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。第102页转导：转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌一段DNA转移到受体菌内，使受体菌取得新性状。3.转导转导(transduction)第103页转导转导第104页第四节第四节 遗传工程技术在环境保护中应用遗传工程技术在环境保护中应用
41、第105页遗遗传传工工程程是是20世世纪纪70年年代代初初发发展展起起来来生生物物技技术术。按按照照人人们们预预先先设设计计生生物物蓝蓝图图，经经过过对对遗遗传传物物质质直直接接操操纵纵、改改组组、重重建建，实实现现对对遗遗传传性状定向改造方法称为遗传工程性状定向改造方法称为遗传工程.之之所所以以称称其其为为遗遗传传工工程程是是因因为为它它操操作作方方法法采采取取了了对对遗遗传传物物质质体体外外加加工工，类类似似工工程程设设计计那那样很高预见性、准确性与严密性。样很高预见性、准确性与严密性。第106页 遗传工程方法遗传工程方法遗遗传传工工程程方方法法包包含含两两个个水水平平研研究究：一一个个是
42、是细细胞胞水水平平；另另一一个个是是基基因因水水平平。所所以以，又又可可把把它它分分为为细细胞胞工工程程和和基基因因工工程程。细细胞胞水水平平主主要要指指是是两两个个细细胞胞原原生生质质体体融融合合，试试验验操操作作停停留留在在细细胞胞处处理理层层次次。相相比比而而言言当当前前研研究究主主要要内内容容是是基基因因工工程程。所所以以，狭义讲，遗传工程就是基因工程。狭义讲，遗传工程就是基因工程。第107页因因为为新新化化学学物物质质不不停停发发觉觉，难难降降解解污污染染物物增增多多，废废水水处处理理情情况况日日趋趋复复杂杂。带带有有降降解解一一些些物物质质质质粒粒微微生生物物往往往往不不一一定定能
43、能在在某某一一废废水水环环境境中中生生存存，而而能能在在此此种种废废水水条条件件下下生生存存细细菌菌又又不不一一定定含含有有降降解解其其中中一一些些物物质质质质粒粒，因因而而各各国国科科学学家家正正试试图图利利用用遗遗传传工工程程，把把含含有有降降解解一一些些特特殊殊物物质质质质粒粒剪剪切切后后，连连接接到到受受体体细细胞胞中中，使使之之带带有有一一个个或或各各种种功功效效用用以以处处理理废废水水。这这种种用用人人工工方方法法选选出多质粒、多功效新菌种称出多质粒、多功效新菌种称“超级细菌超级细菌”。第108页.降解石油超级细菌降解石油超级细菌 70年年代代美美国国生生物物学学家家查查克克拉拉巴
44、巴蒂蒂(Chakrabarty)针针对对海海洋洋输输油油，造造成成浮浮油油污污染染，影影响响海海洋洋生生态态等等问问题题进进行行了了研研究究。石石油油成成份份复复杂杂，是是由由饱饱和和、不不饱饱和和、直直链链、支支链链、芳芳香香烃烃类类组组成成，不不溶溶于于水水。而而海海水水含含盐盐量量高高，虽虽发发觉觉90各各种种微微生生物物有有不不一一样样程程度度降降解解烃烃类类能能力力，但但不不一一定定能能在在海海水水中中大大量量繁繁殖殖生生存存，而而且且降降解解速速率率也也较较慢慢，查查氏氏将将能能降降解解脂脂(含含质质粒粒A)一一个个假假单单胞胞菌菌作作受受体体细细胞胞，分分别别将将能能降降解解芳芳
45、烃烃(质质粒粒B)、芳芳烃烃(质质粒粒C)和和多多环环芳芳烃烃(质质粒粒D)质质粒粒，用用遗遗传传工工程程方方法法人人工工转转入入受受体体细细胞胞，取取得得多多质质粒粒“超超级级细细菌菌”，可可除除去去原原油油中中23烃烃。浮浮油油在在普普通通条条件件下下降降解解需需一一年年以以上上时时间，用间，用“超级细菌超级细菌”只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高。第109页.耐汞质粒耐汞质粒 日日本本水水俣俣事事件件及及瑞瑞典典鸟鸟类类汞汞中中毒毒事事件件后后，日日本本和和瑞瑞典典对对汞汞在在自自然然界界转转化化做做了了大大量量研研究究工工作作，提提出出了了汞
46、汞化化合合物物转转化化路路径径，主主要要是是一一些些微微生生物物使使水水体体汞汞元元素素甲甲基基化化形形成成甲甲基基汞汞，使使人人及及生生物物中中毒毒。另另一一面面自自然然界界中中存存在在一一些些耐耐汞汞微微生生物物，它们耐汞基因在质粒它们耐汞基因在质粒R因子上。因子上。比比如如，恶恶臭臭假假单单胞胞菌菌普普通通在在超超出出2ugml汞汞浓浓度度中中即即被被毒毒死死，查查克克拉拉巴巴蒂蒂用用质质粒粒转转移移技技术术，把把嗜嗜油油假假单单胞胞菌菌耐耐汞汞质质粒粒(MER质质粒粒)转转移移到到恶恶臭臭假假单单胞胞菌菌中中去去，后后者者取取得得MER质质粒，可在粒，可在5070ugml氯化汞中生长。氯化汞中生长。脱色工程菌构建脱色工程菌构建 将将分分别别含含有有降降解解偶偶氮氮染染料料质质粒粒偏偏号号Kx和和Kd两两株株假假单单胞胞菌菌经经过过质质粒粒转转移移技技术术培培育育出出兼兼有有分分解解两两种种偶偶氮氮染染料料功功效效脱脱色色工程茵。工程茵。第110页第111页