导图社区上交微生物考研思维导图

上交微生物考研思维导图

上海交通大学微生物考研知识导图，已上岸。发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。在发酵条件下，有机物只是部分地被氧化，因此，只释放一小部分能量。

编辑于2021-03-24 22:58:06

逗比有理！

他的近期作品查看更多>>

上交微生物考研思维导图
上海交通大学微生物考研知识导图，已上岸。发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。在发酵条件下，有机物只是部分地被氧化，因此，只释放一小部分能量。
生化重点章节知识框架
本知识框架为自用，整理内容均为作者本人所认为的重点知识，实验技术请自行补充。

上交微生物考研思维导图

社区模板帮助中心，点此进入>>

逗比有理！

他的近期作品查看更多>>

相似推荐
大纲

安全教育的重要性
- 8.0k
- 937
- 100
- 18
- 0
issen
个人日常活动安排思维导图
- 8.8k
- 0
- 84
- 0
- 0
少儿栏目外景策划波波老师
西游记主要人物性格分析
- 17.9k
- 1.4k
- 645
- 102
- 0
issen
17种头脑风暴法
- 210.2k
- 4.2k
- 11.9k
- 4.1k
- 1
MindMaster
马克思主义原理
- 21.1k
- 225
- 1.8k
- 321
- 0
yingqi
如何令自己更快乐
- 5.4k
- 27
- 99
- 4
- 0
wxb
头脑风暴法四个原则
- 3.3k
- 197
- 71
- 3
- 0
issen
思维导图
- 21.8k
- 2.4k
- 450
- 79
- 0
Jason
考研数学重点考点知识总结归纳！
- 5.3k
- 151
- 427
- 91
- 0
jiangzhengfool
数据结构
- 3.4k
- 91
- 150
- 19
- 0
jiangzhengfool

微生物学

微生物的代谢

发酵

定义

发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。在发酵条件下，有机物只是部分地被氧化，因此，只释放一小部分能量

发酵不经过呼吸链而直接将电子交给底物

产ATP的方式

底物水平磷酸化

产能效率最低

EMP

糖酵解途径，分为两个阶段

第一阶段可认为是不涉及氧化还原反应及能量释放的准备阶段，只生成两分子的重要中间产物——甘油醛-3-磷酸

第二阶段发生氧化还原反应，合成两分子ATP并生成两分子的丙酮酸

单磷酸己糖途径

从葡萄糖-6-磷酸开始，最后生成一分子甘油-3-磷酸，三分子CO2，六分子NADPH

不是产能途径，而是提供大量还原力和中间代谢产物

甘油-3-磷酸可以进入EMP途径

一分子葡萄糖经过ED途径最后生成两分子丙酮酸、一分子ATP、一分子NADPH和NADH

ED途径在革兰氏阴性菌中分布较广

磷酸解酮酶途径

是明串珠菌在进行异型乳酸发酵过程中分解己糖和戊糖的途径

磷酸戊糖解酮酶的途径为PK途径

磷酸己糖解酮酶的途径为HK途径

呼吸作用

有氧呼吸

在有氧呼吸过程中丙酮酸进入三羧酸循环，被彻底氧化成CO2和水，同时释放大量能量

产ATP的方式

氧化磷酸化

电子受体

氧分子

呼吸链

经过完整的呼吸链

必须有氧

无氧呼吸

产能效率低于有氧呼吸，高于发酵

产ATP的方式

氧化磷酸化

电子受体

氧化型化合物

部分能量随电子转移传给最终电子受体，因此生成的能量不如有氧多

呼吸链

经过部分呼吸链

发酵、有氧呼吸、无氧呼吸之间的区别

结合上述内容回答

初级代谢和次级代谢

定义

初级代谢：微生物从外界吸收的各种营养物质通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程

次级代谢：微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物生命活动不必需的物质的过程。根据作用可分为抗生素、激素、生物碱、毒素以及维生素

调节方式

初级代谢对次级代谢的调节

必然受前体调节

碳、氮代谢物的调节作用

速效碳、氮源的分解物阻遏次级代谢酶系的合成

诱导作用及产物的反馈调节

某些化合物会对次级代谢产生诱导作用，促使代谢旺盛；代谢产物也会参与反馈调节

培养基中的磷酸盐、溶解氧、金属离子以及膜通透性都会对次级代谢产生影响

微生物代谢的调节

酶活性的调节

酶合成的调节

硝化作用与反硝化作用

硝化作用

指在有氧条件下，无机化能硝化细菌以氨为电子供体，氧气为电子受体，将氨气或铵根离子氧化为亚硝酸盐直至成为硝酸盐并放出能量的过程

重要性：产生氧化态硝酸盐，产物可用于反硝化作用。硝化作用是一个产能过程，硝化细菌经卡尔文循环和不完全的三羧酸循环利用CO2合成细胞物质

反硝化作用

指在厌氧条件下，微生物以有机碳化物或还原态硫化物等为电子供体，将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氨化物和氮气并产能的过程。是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程

重要性：是一个藕联放能反应，但电子链过短，故反硝化细菌生长缓慢。反硝化作用是农业中氮肥损失的原因，N2O的释放可破坏臭氧层

微生物生长繁殖及其控制

生长曲线（封闭系统中微生物的生长期及其特点）

迟缓期

生长速率为零

细胞形态变大

RNA含量变高

原生质呈嗜碱性

合成代谢活跃

对外界不良条件的反应敏感

对数期

生长速率最大

分裂快、代时短，细胞进行平衡生长

酶系活跃，代谢旺盛

群体形态与生理特征最为一致

抗不良环境能力强

稳定期

生长速率为零

菌体产量达到最高

活菌数相对稳定

细胞开始贮存贮藏物

芽孢开始形成

开始产生次级代谢物

衰亡期

细胞形态多样

出现细胞自溶现象

次级代谢物产生并释放

代谢活性降低

芽孢释放

活菌数减少

微生物的生长繁殖方式与特点

原核

细菌

多数为二分裂，少数为不等二分裂、出芽繁殖、三分裂、多分裂

放线菌

多数以分生孢子繁殖

蓝细菌

主要为二分裂、多分裂，少数形成孢子对抗不良环境

支原体

二分裂、出芽生殖

立克次氏体

二分裂

衣原体

二分裂

真核

丝状真菌

菌丝断裂增殖

菌丝生长与营养有关，营养丰富则分枝多而密，营养贫乏则分支少而稀

无性孢子繁殖

厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子、游动孢子

生长阶段

孢子肿胀

萌发管形成

菌丝生长

有性孢子繁殖

卵孢子、接合孢子、子囊孢子、担孢子

繁殖阶段：质配→核配→减数分裂

酵母

无性繁殖

芽殖（多数）

裂殖（少数）

无性孢子繁殖

掷孢子、节孢子、厚垣孢子

有性繁殖

形成子囊孢子

环境对微生物生长的影响

营养物质

不足时降低或停止物质合成，对胞内非必需成分或失效成分降解利用

水活度

温度

对生长的影响具体表现在

影响酶活性

影响细胞质膜的流动性

影响物质的溶解度

对生长的影响

影响细胞质膜的透性

膜结构的稳定性

物质的溶解性、电离性

影响营养物质的吸收

氧

分类

好氧

微好氧

耐氧厌氧

兼性厌氧

专性厌氧

无超氧化物歧化酶（SOD）会导致自由基毒性作用使细胞致死，这也是厌氧菌无法在有氧环境生存的原因

抗生素

作用机制

抑制细菌细胞壁合成

破坏细胞质膜

作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化

抑制蛋白质合成

抑制核酸合成

耐药性机制

菌株缺乏抗生素作用对象

微生物对药物没有透性，药物不能进入细胞

微生物可将抗生素变为无活性的形式

微生物改造了抗生素作用靶点

微生物产生了抗药生化途径

微生物将进入细胞的抗生素泵出细胞

微生物具有抗药性质粒

对抗产生抗药性的策略

必要时才使用抗生素，不滥用

第一次使用时，剂量要足

避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素

不同抗生素联合使用

对现有抗生素进行改造

筛选新的更有效的抗生素

新型抗生素

半合成抗生素

对天然抗生素的结构进行人为改造后的抗生素

生物药物素

比抗生素具有更为广泛生理活性的产物，如酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂及抗氧化剂等具有多种生理活性的微生物次级代谢产物

灭菌除菌方法

物理方法

加热杀菌

湿热法

优点：比干热法更易于传递热量，更易于破坏维持蛋白质稳定性的氢键等

高压蒸汽灭菌：121℃，15min

巴氏消毒法：63℃，15min

干热法

160~170℃，2~3h

过滤除菌

膜过滤

辐射灭菌

紫外辐射

电离辐射

超声波

化学方法

酚类、醇、卤素、重金属、杀菌气体等

比较灭菌、消毒、防腐、化疗

灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施

消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害

防腐：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖

化疗：即化学治疗，利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以治疗该传染病

病毒

定义

病毒是由一个或多个DNA或RNA分子构成的感染性因子，通常覆盖有由一种或数种蛋白质构成的外壳，有的外壳外还有更为复杂的膜结构。病毒可以将其核酸从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞，利用宿主的酶系统进行复制；还有的病毒可以将其基因组整合入宿主细胞DNA

特点

形体极其微小

没有细胞构造，主要成分仅为核酸和蛋白质

每一种病毒只含一种核酸

无产能酶系，无蛋白和核酸合成酶系，没有独立代谢能力

以大量复制蛋白质和核酸并装配实现其大量繁殖

离体条件下能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活力

对抗生素不敏感但对干扰素敏感

有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染

结构

病毒毒粒的基本结构是包围着病毒核酸的蛋白质外壳，即壳体或衣壳

由蛋白质亚基构成的壳体主要由两种结构形式

螺旋对称壳体

二十面体对称壳体

双对称结构

头部二十面体结构，尾部螺旋对称结构，典型例子是有尾噬菌体

病毒颗粒的壳体与核心一起构成核壳，而一些复杂的病毒在核壳外还覆盖着一层被称为包膜的脂蛋白膜，是病毒以芽出方式成熟时，由细胞膜衍生而来的

因此可将病毒分为四种主要的结构类型

裸露的二十面体毒粒

裸露的螺旋毒粒

有包膜的二十面体毒粒

有包膜的螺旋毒粒

分离与纯化

分离是将疑有病毒而待分离的标本经处理后，接种于敏感的实验宿主、鸡胚或细胞培养，一段时间的孵育后，通过检查病毒特异性的感染表现或用其他方法来肯定病毒的存在

纯化的标准

保持其感染性

具有均一的理化性质

纯化方法

可利用蛋白质提纯方法来纯化病毒：盐析、等电点沉淀、凝胶层析、离子交换柱层析

超速离心技术

测定与鉴定

物理颗粒数计数

电镜直接计数

血细胞凝集实验

免疫沉淀实验

酶联免疫吸附实验

感染性测定

噬斑测定

琼脂叠层法，即以一定量的经系列稀释的噬菌体悬液分别与高浓度的敏感细菌悬液以及半固体营养琼脂均匀混合后，涂布在已铺有较高浓度的营养琼脂的平板上，孵育后，在延伸成片的细菌菌苔上出现分散的单个噬菌斑

终点法测定

取等体积的经十倍或两倍稀释的病毒系列稀释液分别接种同样的实验单元，经过一段时间孵育后，以实验单元群体的半数个体出现某一感染反应所需的病毒剂量来确定病毒样品的效价，称作半数效应剂量

鉴定

宿主谱鉴定

理化性质鉴定

血细胞凝集性质鉴定

免疫学鉴定

分子生物学方法鉴定

病毒的核酸

类型

单链DNA（ssDNA）

双链DNA（dsDNA）

单链RNA（ssRNA）

双链RNA（dsRNA）

真核生物的正链RNA病毒的基因组同真核细胞mRNA一样，5'端有帽子结构，3'有poly（A）尾结构

病毒的复制周期

一步生长曲线

以适量的病毒接种处于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，或高倍稀释病毒-细胞培养物，或以抗病毒抗血清处理病毒-细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养，定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，感染效价为纵坐标，绘制出的病毒特征性繁殖曲线，即一步生长曲线

时期

吸附期

隐蔽期

潜伏期前一阶段，检查不出感染性病毒

潜伏期

毒粒吸附与细胞到受染细胞释放出子代独立所需的最短时间

潜伏期后一阶段

感染性病毒数量急剧增加

病毒释放

病毒感染的过程

吸附

侵入

完整颗粒穿膜进入：移位方式

胞吞功能进入：病毒入胞

包膜与细胞膜融合

抗体依赖的增强作用，通过与细胞表面免疫球蛋白受体的结合进入

脱壳

病毒入侵后，包膜和壳体除去而释放病毒基因组

病毒大分子的合成

三个连续的阶段

病毒早期基因的表达

病毒基因组的复制

病毒晚期基因的表达

装配与释放

在病毒感染的细胞内，新合成的毒粒结构组分以一定的方式结合，装配成完整的病毒颗粒

非增值性感染

流产感染

依赖于细胞的流产感染

病毒在其内不能复制的非允许细胞将导致流产感染

原因是缺少某些参与病毒复制的酶等

依赖于病毒的流产感染

由基因组不完整的缺损病毒引起

必需基因有缺损，丧失其功能

限制性感染

因细胞的瞬时允许性而产生，病毒持续存在于受染细胞内不能复制，直至细胞成为允许细胞；或一个细胞群体中，仅有少数细胞产生病毒子代（HPV仅在成熟的鳞状上皮细胞中进行晚期基因转录）

潜伏感染

受染细胞内有病毒基因组持续存在，但无感染性病毒颗粒产生，且受染细胞不会被破坏

缺损病毒

干扰缺损颗粒

必须依赖其同源的完全病毒提供复制必需而有缺失了的基因产物才能复制

由于基因组较小，复制更为迅速，在与完整病毒共感染时更占据优势，从而干扰完整病毒复制

能污染病毒制备物，影响病毒生物学活性，导致某些病毒分离培养困难，在机体持续性感染的形成中起重要作用

卫星病毒

是寄生于与之无关的辅助病毒的基因产物的病毒

必须依赖辅助病毒才能复制，是存在于自然界中的一种绝对缺损病毒，并非干扰缺损颗粒，与辅助病毒基本没有同源性

条件缺损病毒

基因发生了突变的条件致死突变体

在允许条件下能正常繁殖，非允许条件下或限制条件下导致流产感染

如温度敏感突变体、宿主范围突变体

整合的病毒基因组

温和噬菌体的溶原性反应

以溶原状态存在的噬菌体不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生，在一定条件下可启动裂解循环

动物病毒的整合感染

DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒都能引起整合感染

病毒与宿主的相互作用

噬菌体感染对原核细胞的影响

抑制宿主细胞大分子的合成

抑制基因转录

抑制蛋白质合成

抑制DNA合成

宿主限制系统的改变

破坏宿主限制性酶系统，保护病毒DNA

噬菌体颗粒释放对细胞的影响

细胞死亡、裂解、出现病毒特异性抗原

溶原性感染对细胞的影响

免疫性：对本身携带的噬菌体的同源噬菌体具有特异性免疫

溶原转变：是原噬菌体引起的溶原性细菌除免疫性以外的表型改变，包括溶原细胞表面性质的改变和致病性转变

病毒感染对真核细胞的影响

病毒感染的致细胞病变效应

对宿主的毒性作用

活化了细胞程序性死亡途径

病毒感染对宿主大分子合成的影响

转录抑制

翻译抑制

DNA复制抑制

病毒对细胞结构的影响

对细胞膜的影响

细胞融合

对细胞骨架的影响

瓦解细胞骨架纤维系统

包涵体

病毒复制复合物、转录复合物、复制和装配中间体、核壳和毒粒经常累积在宿主细胞的特定区域而形成病毒工厂或包涵体结构

细胞凋亡

亚病毒因子

类病毒

没有蛋白质外壳

单链环状RNA分子，无mRNA活性

复制完全利用宿主细胞酶，进行滚环复制

卫星病毒

依赖辅助病毒提供复制酶进行复制

卫星核酸

一些必须依赖辅助病毒进行复制的小分子核酸片段，被包装在辅助病毒的壳体中，其本身对辅助病毒的复制不是必需的，也与辅助病毒基因组无同源性

朊病毒

是一种蛋白质侵染颗粒，是引起哺乳动物亚急性海绵样脑病的病原因子，不含任何核酸，而是一种细胞组成型基因表达蛋白构型发生改变所产生的同分异构体

噬菌体

基因组

λ阻遏蛋白编码基因——突变会导致λ噬菌体不能维持溶源状态，cI蛋白不产生，RNA聚合酶有机会与cro基因启动子结合，表达cro蛋白，转录向裂解方向进行

int

整合酶基因——发生突变会导致λ噬菌体不能再将DNA整合，转录向裂解方向进行

xis

切除酶基因——发生突变会导致噬菌体不能从宿主删除，切离反应不能进行

干扰素性质和应用

性质

根据来源和结构分类

白细胞

IFN-α

纤维细胞

IFN-β

活化T细胞

IFN-γ

当动物细胞受病毒或其RNA感染时，会产生以抗病毒活性为主的IFN-α、IFN-β

当受其他干扰素诱生剂刺激时，则产生以免疫调节为主的IFN-γ

IFN的广谱抗病毒特性受宿主种属特异性的限制

干扰素由被病毒感染的细胞产生后进入附近细胞，使其产生一种抗病毒蛋白质。这种蛋白质可干扰病毒mRNA的转译，从而抑制了新病毒的合成

应用

干扰素在治疗流行性感冒、带状疱疹、乙型肝炎、黑色素瘤等若干病症中以证明有很好的疗效

抗病毒作用

抑制细胞增殖

诱导细胞凋亡

对体液免疫、细胞免疫均有调节作用

病毒研究与实践的联系

与发酵工业：噬菌体对发酵工业的危害很大，要防止噬菌体的污染

用于生物防治：利用病毒制剂进行生物治虫具有资源丰富、致病力强、专一性强、药效持久和不污染环境等优点

基因工程的应用：病毒是除质粒外最好的载体

噬菌体可作为原核生物基因工程的载体

动物病毒作为动物基因工程的载体

植物DNA病毒作为植物基因工程的载体

微生物遗传

证明遗传的物质基础是核酸的三大经典实验

格里菲斯的肺炎双球菌体内转化实验

艾弗里的体外转换实验

赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细胞实验

微生物的基因组结构

大肠杆菌基因组的特点

遗传信息的连续性

大部分原核生物的遗传信息是连续不断的，只有个别细菌和古细菌的rRNA和tRNA中有内含子或间插序列

功能相关的结构基因组成操纵子结构

结构基因为单拷贝，rRNA基因为多拷贝

基因组的重复序列少而短，一般为4~40个碱基

真核生物的基因组特点

基因组的分子量大

有很多条染色体，一般呈线性，每个染色体的DNA又有很多复制起点

核基因组DNA存在于细胞核内，转录和翻译的空间位置是分隔的

基因组有大量不编码蛋白质的序列

蛋白质编码基因常以单拷贝形式存在，功能相关的基因一般不以操纵子形式存在

一个经济且高效利用资源，一个降低突变影响且适应复杂多变的环境

质粒和转座因子

质粒

一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中

分子结构

通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中，但从细胞中分离到质粒大多是三种构型：闭合环状、开环型、线型

通过超离心或琼脂糖凝胶电泳可将质粒与染色体DNA分开

主要类型

致育因子，F因子/质粒

是最早发现的一种与大肠杆菌有性生殖（接合作用）有关的质粒

携带F质粒的菌株为F+，相当于雄性

无F质粒的为F-，相当于雌性

F质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株为高频重组菌株（Hfr）

当Hfr上的F因子通过重组回复成自主状态时，有时可将相邻的染色体基因一起切割下来，而成为携带某一染色体基因的F因子，将这种F因子称为F'

中断杂交技术

原理

接合过程中，离转移起点较远的基因具有较低的转移频率，是因为接合过程中两细菌的接合桥的随机断裂的概率随时间延长而增高，而由于在接合中DNA的转移过程中有着稳定的速度和严格的顺序性，所以人们可以在实验室中每隔一段时间用接合中断器或组织捣碎机等措施，使接合中断，获得一批接受到Hfr菌株不同遗传性状的F-接合子

实验要点

把接合的细菌在不同的时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析F-细菌的基因型，以时间为单位绘制基因图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映

抗性因子，R因子/质粒

主要包括抗药性和抗金属性两大类

带有抗药性因子的细菌有时对几种抗生素或其他药物呈抗性

Col质粒

一类由大肠杆菌某些菌株产生的编码大肠杆菌素的质粒

大肠杆菌素是一种细菌蛋白，只杀死近缘但不含Col质粒的菌株，而宿主不受影响

毒性质粒

携带编码毒素的基因，引起致病菌的致病性

代谢质粒

携带有能降解某些基质的酶的基因，在环境保护方面具有重要意义，也常被称为降解质粒，能够将复杂的有机化合物或有毒化合物降解成能够被作为碳源和能源利用的简单形式

隐秘质粒

不显示任何表型效应，只能通过物理方法来发现

其他分类方法

高拷贝数质粒——松弛型质粒

低拷贝数质粒——严紧型质粒

窄宿主范围质粒——复制起点特殊，只能在特定宿主细胞内复制

广宿主范围质粒——可以在许多种细菌细胞中复制

质粒用于基因工程中的优点

分子量小，便于DNA的分离和操作

呈环状，在化学分离过程中能保持稳定

由独立复制的起点，其复制不受核基因组的控制

拷贝数多，使外源基因可很快扩增

存在抗药性基因等高效选择性标记，便于含质粒克隆的检出和选择

转座因子

转座因子是细胞中能改变自身位置（如从染色体或质粒的一个位点转导另一个位点，或者在两个复制子之间转移）的一段DNA序列，广泛存在于原核和真核细胞中

有三种类型

插入序列IS

转座子Tn

某些特殊病毒Mu

IS和Tn的共同特征

都携带编码转座酶的基因，该酶是转座所必须的

它们两端都有反向末端重复序列ITR

IS和Tn的区别

Tn比IS更大

Tn携带具有授予宿主某些遗传特性的基因，主要是抗生素和某些毒物的抗性基因

Mu噬菌体

是一种以大肠杆菌为宿主的温和噬菌体，以裂解生长和溶原生长两种方式交替繁衍自己

是最大的转座因子

DNA分子两端不是反向重复序列，而是宿主DNA序列

进入裂解循环的Mu DNA进行外壳装配时，从Mu的基因组C端及其相邻的50~150bp的宿主DNA开始一直到与S端相邻的1~2kb的宿主DNA为止，被包装进外壳蛋白；由于插入位点随机，因此宿主DNA也不同

遗传学效应

插入突变

转座因子插入到某一基因中后，此基因的功能丧失，发生突变

染色体畸变

由于复制性转座是转座子一个拷贝的转座，处在同一染色体上不同位置的两个拷贝之间可能发生同源重组，这种重组过程可导致DNA的缺失或倒位，即染色体畸变

基因的移动和重排

转座作用可能使一些原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，也可能产生一些具有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子，具有生物进化上的重要意义

基因突变及修复

基因突变类型

碱基变化与遗传信息的改变

同义突变

某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的变化

错义突变

碱基序列的改变引起了产物氨基酸的改变

无义突变

某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变为终止密码子，蛋白质合成提前终止

移码突变

发生1~2个核苷酸的缺失和插入，使翻译可读框发生改变，导致氨基酸序列发生完全变化

表型变化

营养缺陷型

利用影印平板法进行分离

抗药性突变型

条件致死突变型

形态突变型

基因突变的分子基础

自发突变

特性

非对应性

稀有性

规律性

独立性

遗传和回复性

可诱变性

分子基础

DNA聚合酶产生的错误

DNA的物理损伤

重组和转座

互变异构体：A与C；T与G

短的重复核苷酸序列发生DNA链的滑动

诱发突变

碱基类似物

插入染料（EB）

直接与碱基反应的诱变剂

辐射和热

生物诱变因子

Ames实验

该实验是利用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型菌株的回复突变性能来进行的

His-菌株在不含组氨酸的培养基中不能生长，或只有极少数自发回复突变子生长。如果回复突变率因某种化学诱变剂的作用而增加，那么这种化学药物可判断为具有致癌性

提高灵敏性的方法

加入一些使前诱变剂转变为诱变剂的酶，如羟化酶

使菌株细胞壁/膜产生易于实验物渗透的突变

使这些菌株的DNA切除修复能力为缺陷型

加入哺乳动物微粒体酶系统，使其接近人体内代谢条件

DNA损伤的修复

光复活作用

只作用于由紫外线引起的DNA嘧啶二聚体的修复，具有高度专一性

切除修复

又称暗修复，除了碱基错误配对和单核苷插入不能修复外，几乎所有DNA损伤都可修复，是细胞内的主要修复系统

步骤

特异性酶识别DNA链中损伤部位

DNA损伤部位被切离

在DNA聚合酶I和连接酶的作用下完成修复

重组修复

必须在DNA进行复制的情况下进行，又称复制后修复

不将损伤碱基除去，而是通过复制后，经染色体交换，使子链上的空隙部位不再面对着嘧啶二聚体，而是面对正常的单链，在这种情况下，聚合酶和连接酶就能起作用，把空隙部位修复

留在亲链是的二聚体仍然要依靠再一次的切除修复加以除去，或经细胞分裂而稀释掉

SOS修复

是DNA在受到较大范围的重大损失时诱导产生的一种应急反应

提高突变率来换取生命存活的修复

修复产生的突变比不修复产生的要少很多

基因转移和重组

细菌的接合作用

实验证据

细菌的多重营养缺陷型杂交实验

两种多重营养缺陷型菌株只有在混合培养后才能在基本培养基上长出原养型菌落

F+与F-杂交

F因子介导的接合作用

染色体DNA一般不被转移

Hfr与F-杂交

F'转导

带有宿主染色体基因的F因子为F'

细菌的转导

普遍性转导

由供体细胞可产生两种类型的子代病毒，一种含病毒DNA的颗粒，一种含宿主DNA的转导颗粒

包装机制

进入细胞的噬菌体DNA经环化和滚环复制形成一个多联体分子。DNA包装从基因组的一个特殊位点pac开始，用噬菌体编码的酶按顺序进行切割，并以“headful”（填满噬菌体头部的量）长度进行包装

该酶也能识别染色体DNA上类似pac的特殊位点进行切割，以headful包装机制包装进噬菌体外壳，形成只含宿主DNA的转导颗粒

局限性转导

宿主特定区域的DNA整合到病毒基因组中

与普遍性转导的区别

被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中

局限性转导颗粒携带特殊的染色体片段并将固定的个别基因导入受体

细菌的转化

指同源或异源的游离DNA分子（质粒和染色体DNA）被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程

自然遗传转化

细菌生长到一定的阶段，分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子，这些因子与细胞表面受体作用，诱导一些感受态特异蛋白表达，其中一种是自溶素

自溶素的表达使细胞表面DNA结合蛋白和核酸酶裸露出来，使其具有结合DNA的活性

人工转化

是在实验室中用多种不同的技术完成的转化，包括CaCl2处理细胞、电穿孔等

基因组测序

全基因组鸟枪测序

用超声波将基因组随机打断成相当小的片段，这些片段与质粒载体结合，产生质粒克隆文库

制备这些克隆和提纯DNA后，数千个细菌DNA片段被自动测序，通常用特殊的染料标记引物，几乎基因组的所有片段都被测序几次，以增加精确性

专门的计算机程序通过核苷酸序列重叠比较，将其装配为较长的DNA序列

最后，重叠群按合适的顺序排队，填补缺口从而形成完整的基因组序列

真核生物的遗传学特性

酵母菌的质粒

封闭环状的双链DNA分子，周长约2um，以高拷贝数存在于酵母细胞中，占酵母细胞总DNA的30%

各含约600bp长的一对反向重复序列

由于反向重复序列之间的相互重组，2um质粒在细胞内以两种异构体（A/B）的形式存在

该质粒只携带与复制和重组有关的四个蛋白质基因，不赋予宿主任何遗传表型，属于隐秘质粒

是酵母菌中进行分子克隆和基因工程的重要载体

酵母菌的线粒体

非孟德尔遗传

线粒体基因组相当大

tRNA数量远小于32，密码系统与通用密码系统不一样

丝状真菌的准性生殖

指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程，该过程中的染色体交换和减少不想有性生殖一样规律

过程

异核体形成：菌丝连结，形成异核体

核配，二倍体形成：异核细胞内的两个细胞核融合，形成含有两个不同来源染色体组的杂合二倍体细胞核

体细胞重组与单元化：杂合的二倍体细胞核在一系列有丝分裂过程中，偶尔发生同源染色体间的交换，导致部分隐性基因的纯合化，获得新遗传性状；非整体细胞核经过一系列的分裂，继续丢失染色体，最后回复为单倍体

异核体

指同时具有两种或两种以上不同基因型核的细胞，这种现象也叫异核现象

微生物育种

诱变育种

常用方法

紫外线

5-嗅尿嘧啶（5-BU）

筛选策略

营养缺陷型菌株

利用营养缺陷型突变株，通过解除协同反馈调节，有效地使另一分支途径中的终产物累积：天冬氨酸激酶被赖氨酸和苏氨酸协同反馈抑制，诱变处理后的高丝氨酸缺陷型产赖氨酸的能力最强，该突变型不能产生苏氨酸，消除了反馈抑制，过量产生赖氨酸

抗阻遏和抗反馈突变型

诱变处理后，选育结构类似物抗性突变株，这些突变株就包括了抗阻遏和抗反馈两种突变

结构类似物是指一些和细菌体内氨基酸、嘌呤、维生素等代谢产物结构相类似的物质

抗性突变型

抗生素抗性突变株

条件抗性突变

代谢工程育种

利用基因工程技术对微生物代谢网络中特定代谢途径进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统，使目的代谢产物的活性或产量得到大幅度提高的一种育种技术

改变代谢途径

如高丝氨酸缺陷型

扩展代谢途径

原代谢途径向后延伸，产生新的末端产物

构建新的代谢途径

使原本无关的两条代谢途径连接起来

体内基因重组育种

采用接合、转导、转化、原生质体融合等方法，使微生物细胞内发生基因重组，以增加优良性状的组合

原生质体融合

将遗传性状不同的两种菌融合为一个新细胞的技术

原生质体制备

分别用酶处理两亲株，使细胞壁全部消化或使薄弱部分破裂，原生质体逸出

原生质体融合和再生

通过化学因子诱导或电场诱导进行融合

融合后必须涂布于再生培养基上，使其再生，恢复细胞原来面貌，能够再生长

融合子的选择

通过选择培养基上的遗传标记，两个遗传标记互补，就可以确定其为融合子

杂交育种

DNA shuffling技术

DNA洗牌技术

原理

将来源不同但功能相同的一组同源基因，用DNA核酸酶I进行消化产生随机小片段，由这些随机小片段组成一个文库，使之互为引物和模板，进行PCR扩增，当一个基因拷贝片段作为另一基因拷贝的引物时，引起模板置换，重组因而发生，导入体内后，选择正突变体进行新一轮的体外重组，一般通过2~3次循环，可获得产物大幅度提高的重组突变体

步骤

DNA核酸酶I消化功能相同的一组基因片段，产生随机小片段

提纯后，用无引物的类似PCR反应重新装配这些小片段成完整长度的重组基因片段

克隆并选择正突变体，将正突变体的重组基因片段作新一轮的体外重组

效率极高，但主要适合于某一基因产物量的大幅度提高，而对于多性状的改变却难以胜任

微生物基因表达的调控

转录水平的调控

操纵子的转录调控

原核中，功能相关的基因组成操纵子结构，由操纵区同一个或几个结构基因联合起来，形成一个在结构上、功能上协同作用的整体——操纵子

调节基因通过产生阻遏物或激活物来调节操纵区或激活结合位点，从而控制结构基因的功能

调控机制

负转录调控系统

调节基因的产物是阻遏蛋白，起着阻止结构基因转录的作用

阻遏蛋白的作用部位为操纵区

负控诱导系统

阻遏蛋白不和效应物（诱导物）结合时，阻止结构基因转录

乳糖操纵子模型

结构基因：LacZ，LacY，LacA

LacZ合成β-半乳糖苷酶

LacY合成透过酶

LacA合成乙酰基转移酶

操纵基因：O

控制结构基因的转录速度，位于结构基因附近，本身不能转录成mRNA

启动基因：P

位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，mRNA合成开始，该基因也不能转录成mRNA

调节基因：I

编码阻遏蛋白，调节操纵基因的活动

诱导物：乳糖——β-半乳糖苷酶将其催化为异乳糖

负控阻遏系统

阻遏蛋白和效应物（辅阻遏物）结合时，阻止结构基因转录

大肠杆菌色氨酸操纵子

负责调控色氨酸的生物合成

有足够的色氨酸时，操纵子自动关闭

缺乏色氨酸时，操纵子被打开

色氨酸起辅阻遏物的作用

弱化作用

色氨酸操纵子中除阻遏作用以外的另一种调节功能

通过操纵子的前导区内类似于终止子结构的一段DNA序列而实现，它编码一条末端含有多个色氨酸的多肽链——前导肽，被称为弱化子

当细胞内某种氨基酰-tRNA（在此为trp-tRNA）缺乏时，不表现终止子功能；当足够时，表现终止子功能，从而达到基因表达调控的目的——不过并不使mRNA全部终止，仅终止部分

色氨酸缺乏时，前导肽不被翻译，核糖体在相邻的色氨酸密码子处停止，阻止1:2配对，而使2:3配对

色氨酸过量，前导肽被翻译，核糖体阻止2:3配对而导致3:4配对，终止信号（发卡结构）出现，转录中断

正转录调控系统

调节基因的产物是激活蛋白

作用部位是离启动子很近的激活结合位点

正控诱导系统

效应物（诱导物）的存在，使激活蛋白处于活动状态

正控阻遏系统

效应物（抑制物）的存在，使激活蛋白处于不活动状态

分解代谢物阻遏调控

分解代谢物阻遏又称葡萄糖效应，当培养基含有许多种能源物质时，微生物首先利用更易于分解利用的能源物质，而首先被利用的这种物质的分解对利用其它能源性物质的酶的产生有阻遏作用

分解代谢物阻遏中，只有当分解物激活蛋白（CAP）首先结合到启动子上游后，RNA聚合酶才能与启动子结合

这种激活蛋白是一种变构蛋白，当它与cAMP结合后构象发生变化，这时才能与DNA结合并促进RNA聚合酶的结合

cAMP由腺苷酸环化酶催化ATP而产生，葡萄糖能抑制cAMP的形成并促进cAMP分泌到胞外

葡萄糖进入细胞后，胞内cAMP水平下降，RNA聚合酶不能与启动子结合

分解代谢物阻遏实质上是cAMP缺少的结果

细菌的应急反应

环境胁迫压力下，细菌会产生一种应急反应以求生存。当细菌处于一种氨基酸全面匮乏的“氨基酸饥饿”状态时，会停止包括各种RNA在内的几乎全部生化反应过程，只保持维持生命最低限量的需要

信号为鸟苷四磷酸（ppGpp）和鸟苷五磷酸（pppGpp）

通过σ因子更换的调控

σ因子是RNA聚合酶核心酶与启动子之间的桥梁，参与启动子的识别和结合，微生物通过有序的σ因子更换，使RNA聚合酶识别不同基因的启动子，从而使相关基因有序表达

信号转导和二组分调节系统

外部信号并不直接传递给调节蛋白，而是首先通过传感器检测到信号，然后以变化的形式传到调节部位，并将这一过程称为信号转导

趋化性运动