四川大学2008博士学位研究生入学考试试题

四川大学2008博士学位研究生入学考试试题代码：3088 科目：微生物学1、 选答题1. 以大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸糖磷酸转移酶系统（PTS）为例解释基因转位。答：大肠杆菌PTS由5种蛋白质(酶I、酶a、酶b、酶c及热稳定蛋白质HPr)组成，酶a、酶b、酶 c 3个亚基构成酶。酶I和HPr为非特异性细胞质蛋白，酶a也是细胞质蛋白，亲水性酶b与位于细胞膜上的疏水性酶c相结合。酶将一个葡萄糖运输进入胞内，磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上的磷酸基团逐步通过酶I和HPr的磷酸化和去磷酸化作用，最终在酶的作用下转移到葡萄糖，这样葡萄糖在通过PTS进入细胞后加上了一个磷酸基团。 2. 从基因工程的基本过程和基因工程的应用及展望两个方面来说明微生物与基因工程的关系。答：基因工程的基本过程：目的基因的获得+重组载体的构建斗重组载体导人宿主细胞+阳性重组子的筛选+基因的测序和鉴定斗基因的控制表达。每一个环节都离不开微生物的参与。微生物世界的多样性为人类的活动提供了取之不尽、用之不竭的基因来源；基因工程的克隆载体通常由病毒、噬菌体和细菌质粒DNA改建而成；基因工程所用到的绝大多数工具酶都是从不同微生物中分离和纯化而获得的；基因工程中最重要、最广泛应用的克隆载体宿主是原核生物的大 肠杆菌及真核生物的酿酒酵母。植物基因工程和动物基因工程也要先构建穿梭载体，在大肠杆菌中完成外源基因或重组体DNA的拼接和改造，才能再转移到植物和动物细胞中。大肠杆菌表达系统、酵母菌表达系统和哺乳动物细胞表达系统都是采用重组细胞通过微生物发酵罐的方式大量生产目的蛋白。基因工程的应用表现在基因工程药物、基因治疗、改造传统工业发酵菌种、动植物特性的基因工程改良及环境保护中各个方面，并已经取得了丰硕的成果。同时基因工程也推动了微生物学的发展，特别是对于新的微生物资源的开发，认识和了解微生物世界中更多的微生物种类、微生物代谢、微生物遗传等将产生积极的影响。3. 简述微生物作为重要成员在生态系统中所起的作用。答：微生物在生态系统中可以在多个方面起重要作用，但主要作为分解者。其重要作用可以概括如下：微生物是有机物的主要分解者，微生物分解存在于生物圈内存在的动物、植物和微生物残体等复杂有机物质，并转化成最简单的无机物，供初级生产者利用。微生物是物质循环中的重要成员，微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。微生物是生态系统中的初级生产者，光能营养和化能营养微生物具有固定太阳能和化学能的能力，成为生态系统的初级生产者。微生物是物质和能量的储存者，生态环境中的微生物储存着大量的物质和能量。微生物是地球生物演化中的先锋种类，微生物是地球上最早出现的生物体，微生物的活动为后来的生物进化打下基础。4. 说明革兰氏阳性细菌细胞肽聚糖合成过程及青霉素抑制机制。答：革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的合成分三个阶段。 (1)细胞质中的合成。 由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺(G)和N-乙酰胞壁酸(M) 由N-乙酰胞壁酸(M)合成“Park”核苷酸即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽 (2)在细胞膜中的合成。 由“Park”核苷酸合成肽聚糖单体分子。 (3)在细胞膜外的合成。 由肽聚糖单体分子合成肽聚糖 青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸的结构类似物，即：它们两者可相互竞争转肽酶的活力中心，转肽酶一旦被青霉素结合，前后两个肽聚糖单体间不能形成肽桥，因此合成的肽聚糖是缺乏机械强度的“次品”，由此产生了原生质体或球状体之类的细胞壁缺损细菌，当它们处于不利的环境下时，极易裂解死亡。 因为青霉素的作用机制是抑制肽聚糖分子中肽桥的生物合成，所以对处于生长繁殖旺盛阶段的细菌具有明显的抑制作用，而对处于生长停滞状态的休止细胞(rest cell)无抑制作用。5. 说明次级代谢及其特点，如何利用次级代谢的诱导调节机制及氮和磷调节机制来提高抗生素的产量。答：次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物自身生命活动无明确生理功能的物质的过程。这一过程形成的产物即为次级代谢产物。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素、色素及维生素等多种类别。 次级代谢的特点： (1)次级代谢的生理意义不像初级代谢那样明确，次级代谢途径的某个环节发生障碍，不能合成某个次级代谢产物，不影响菌体的生长繁殖。 (2)次级代谢与初级代谢的关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体。 (3)次级代谢一般发生在菌体指数生长后期，也会受到环境条件的影响。 (4)次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关，两种完全不同来源的微生物可以产生同一种次级代谢产物。 (5)质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。 (6)次级代谢产物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此与现代发酵产业密切相关。 (7)次级代谢产物的合成通常被细胞严密控制。 某些抗生素的产生可以被加在发酵培养基中的诱导物诱导产生，可在发酵培养基中加入诱导物来增加产量。易代谢氮源如铵盐以及高浓度的磷酸盐对某些抗生素的产生有抑制作用。因此，在发酵培养基中避免使用高浓度的铵盐和磷酸盐，使用低浓度或亚适量的磷酸盐可以防止抑制作用。6. 病毒的非增殖性感染分为几类？引起病毒非增殖性感染的原因是什么？答：类型：流产感染、限制性感染、潜伏感染。原因：细胞的非允许性、缺损病毒。7. 原核生物只有一种RNA聚合酶，它是通过什么途径识别不同的启动子并进行不同基因的转录？举例说明。答：原核生物的RNA聚合酶通过与不同的因子结合组成全酶后才进行工作。不同的因子协助RNA聚合酶识别不同的启动子，并启动转录。例如：大肠杆菌在正常的条件下，70因子指导RNA聚合酶的活化；如果大肠杆菌生长在较高的温度下，便产生32，由32参入构成的RNA聚合酶全酶能够识别热激应答基因的启动子，刺激产生大量的热休克蛋白质，保证细胞不受高温的伤害。此外，枯草芽孢杆菌中通过利用大量不同的因子识别不同的启动子从而控制芽孢的形成过程也是研究得比较详细的例子。8. 解释为什么无义密码的功能在蛋白质的合成中为终止位点？而在mRNA的合成中就不能作为终止位点？答：这里涉及两个基本概念：转录和翻译。蛋白质的合成(即翻译)是以mRNA为模板，通过氨酰-tRNA将其遗传密码翻译成为多肽的复杂过程。当核糖体到达3种无义密码子(UAA、UAG和UGA)中的任何一个时，由于没有任何氨酰-tRNA与这些终子密码结合，所以不能将这些密码翻译成氨基酸，肽链的合成便被终止。在mRNA的合成(转录)中，是以DNA为模板，通过RNA聚合酶催化合成RNA的过程。即以一条DNA链为模板，按照碱基互补的原则进行转录，不涉及终止密码。转录的终止是通过终止子(terminator)而实现的。9. 试述E.coil F质粒的结构与功能。答：大肠杆菌的 F 因子是一个约 100kb 的质粒。它编码60多种参与复制、分配和接合过程的蛋白质。虽然F因子通常以双链闭环DNA（1-2个拷贝/细胞）的形式存在，但它可以在大肠杆菌染色体中至少30个位点处进行随机整合。携带F因子的细胞，或以游离状态或以整合状态表达三根发样状的F菌毛。F菌毛为供体与受体细胞之间产生性接触所必需。Ps：F质粒(F plasmid)又称F因子、致育因子或性因子，是大肠杆菌等细菌决定性别并有转移能力的质粒。大小仅100kb，为cccDNA，含有与质粒复制和转移有关的许多基因，其中近1/3是tra区（转移区，与质粒转移和性菌毛合成有关），另外有oriT（转移起始点）、oriS复制起始点）、inc（不相容群）、rep（复制功能）和一些转座因子，后者可整合到宿主核染色体上的一定部位，并导致各种Hfr菌株的产生。Ps：F质粒是存在于细菌染色体外或附加于染色体上控制性接合的物质。由共价闭合环状双螺旋DNA分子构成。分子量较染色体小。它的消失不影响细菌的生存。F质粒即为致育因子，它决定了大肠杆菌的性别，与细菌有性接合有关。根据F因子在细胞中的有无和存在方式不同，可把大肠杆菌分成3种接合类型：F+菌株：有游离的F质粒，与F-接合后可使F-转变成F+。F-菌株：无F质粒，无性菌毛。Hfr菌株：F质粒与染色体整合，可与F-接合后发生高频重组，杂交子代仍保持F-状态。F+F-可以杂交，HfrF-可以杂交，F-F-不能杂交。10. 如何以E.coil质粒DNA为载体克隆一个编码动物激素的基因。并使之在E.coil中进行表达？简要说明实验中可能遇到的问题及可能的解决办法。答：要使动物中编码激素的基因在大肠杆菌中表达，通常遇到的问题有： (1)细菌的RNA聚合酶不能识别真核生物的启动子。 (2)大多数真核基因有内含子，这些内含子在转录后从前mRNA中被切除而形成熟mRNA。细菌细胞没有这样的机制来去除内含子。 (3)有些真核生物的蛋白质是通过前体分子加工而来的，例如，胰岛素就是通过加工去除前体分子内部的33个氨基酸残基而来，剩下的两段肽链分别形成胰岛素的、链。 (4)产生的真核生物的蛋白质产物可以被细菌的蛋白酶所识别和降解。针对上述可能出现的问题，建议在克隆的过程中采取以下措施： (1)应将激素的编码序列置于含有核糖体结合位点和起始密码子ATG的细菌强启动子的附近。(含有这种序列的载体称表达载体。) (2)可以以激素的mRNA为模板用反转录酶合成激素的基因。这种DNA不含内含子可插入到载体中进行克隆。此外，如果蛋白质序列短则可通过化学合成得到该基因。合成的基因应含起始密码ATG、通过该激素蛋白的氨基酸序列推测而来的编码序列，以及12个终止密码： ATG编码序列TGA TAG 现在，这个合成基因可被插入载体中。 (3)有时加工过程可以在离体条件下进行。如果加工有困难，可以用合成基因，从而免除加工过程。 (4)选用合适的突变型宿主从而防止蛋白酶水