考研-华南理工大学-发酵工程-工业微生物复习题及答案 - 图文

存在诱导物时，由调节基因所合成的阻遏物附着在操纵子“O”的部位，此时从启动子部位开始的由RNA聚合酶合成mRNA的活动受到了阻遏，酶就无法生成。如果有诱导物质存在，阻遏物与诱导物质相结合失去了阻遏活性，此时与操纵基因相结合的部位就被解除了，从而能进行mRNA的合成，此时酶即可产生。

4. 图示并解释乳糖操纵子的作用机制。

答：如下图所示，大肠杆菌乳糖操纵子包括三个结构基因z、y、a（相应编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷转乙酰酶）和结构基因前面的操纵基因（O）和启动子（P），这三种酶都能被乳糖或β-半乳糖苷系列化合物所诱导。其作用机制是：当不存在诱导物时，由调节基因所合成的阻遏物附着在操纵子“O”的部位，此时从启动子部位开始的由RNA聚合酶合成mRNA的活动受到了阻遏，酶就无法生成。如果有诱导物质存在，阻遏物与诱导物质相结合失去了阻遏活性，此时与操纵基因相结合的部位就被解除了，从而能进行mRNA的合成，此时酶即可产生。此外，cAMP以及CRP（cAMP receptor protein）都参与乳糖操纵子的调控，当cAMP和CRP相结合附着在启动子上游部位时，就能促进从启动子部位开始的RNA聚合酶的活动。 诱导酶的合成机制，其本质就是解阻遏（诱导物解除了阻遏蛋白对操纵基因的阻塞）。值得注意的是，这种诱导物与阻遏蛋白的结合是可逆的，结合或解除结合取决于细胞内效应物的浓度。正因为结合是可逆的，所有调节可以双向进行。

5. 何谓分解代谢物阻遏？当大肠杆菌培养于含有葡萄糖和乳糖的培养基中时，会出现怎样的生长现象？为什么？

答：分解代谢物阻遏（Catabolite repression）简称分解阻遏，在微生物代谢中普遍存在，即微生物在含有能分解的两种底物的培养基中生长时，首先分解快速利用的碳、氮源底物，而不分解慢速利用的碳、氮源底物。是微生物在长期进化过程中形成的一种重要代谢调节方式。当大肠杆菌培养于含有葡萄糖和乳糖的培养基中时，会出现了二次生长（diauxie）现象。即在第一阶段快速生长，大肠杆菌优先利用葡萄糖作为能源和碳源，当葡萄糖消耗完毕，细菌生长速度出现了一个下降的间隙（大约几分钟），然后又慢慢回升为第二阶段，此时它改用乳糖作能源和碳源，生长速度比第一阶段稍慢一些。

从细胞的分析发现，在第一生长阶段中，细胞内的β-半乳糖苷酶活性很低。由此可见，细菌在利用葡萄糖时，乳糖操纵子的表达受限制；当葡萄糖耗尽时，生长明显下降，几分钟后，细菌开始利用乳糖生长，此时测得的β-半乳糖苷酶活性要比第一阶段高得多。当时把这种葡萄糖干扰其他碳源利用的现象称为“葡萄糖效应”。随后的研究表明：葡萄糖效应并非由葡萄糖直接造成，而是其某种分解代谢产物所引起的。葡萄糖分解的某种产物阻遏了能够产生该物质的酶的合成，例如产气杆菌的组氨酸裂解酶将组氨酸分解为α-酮戊二酸和氨，而葡萄糖也可以降解为α-酮戊二酸，故能阻遏组氨酸裂解酶的合成。如果某种酶的作用产物没有与葡萄糖（或其它快速利用碳源）分解中间产物相同的物质，便不发生葡萄糖效应。随着分子生物学的发展，对其分子机制的阐明，1961年的一次生物学会议上正式定名为“分解代谢物阻遏”这个术语来代替“葡萄糖效应”这一俗称。

6. 酶活性调节与酶合成调节有何区别？它们之间又有何联系？

答：在代谢途径中，酶量的调节是在转录水平上阻遏或诱导酶的合成，这是通过调节基因活动的结果，是微生物不通过基因突变而适应于环境变化的一种措施，这种措施对于环境变化的反应比较迟缓。当环境存在过量的某一终产物时，虽然通过反馈阻遏作用可使合成这一终产物所需要的一系列酶都停止合成，但对细胞中早已存在

的酶没有作用，终产物还在继续合成，只有当已存在的酶降解后才能停止催化反应。 酶活性的调节是当某一终产物过量时，反馈抑制合成该终产物的关键酶（一般为途径中第一个酶或第二个酶）的活性，使酶暂时失活，待终产物浓度降低后，酶的活性又重新恢复，反应继续进行。由于反馈抑制不涉及蛋白质的合成过程，这种调节比较直接、迅速和灵活。而反馈阻遏是对酶合成的阻碍，所以效果就不如反馈抑制那样迅速。

由此可见，酶量调节虽然见效慢，但可节约生物合成的原料和能量，这对生物体来说是必需的。当酶量调节与酶活性调节两者共存时，就能获得最大调节效果。前者称为粗调，后者称为细调。在分支途径的多酶体系中，代谢调节通过许多不同系统联合进行，互相配合，使酶的活性随环境所需而增强或减弱，使代谢作用得以和谐地进行。

7. 解释组成型突变、抗分解阻遏突变、抗反馈调节突变、营养缺陷突变、渗漏突变、条件致死突变的定义及其选育方法原理，它们能过量积累某代谢产物的机制。

答：没有诱导物时仍能正常地合成诱导酶的突变体叫组成型突变体。酶合成对诱导物依赖性的消除，可能发生在调节基因的突变，不能合成有活性的阻遏蛋白；或是操纵基因的突变使它失去与阻遏蛋白结合的能力。组成型突变体的筛选方法有多种，一方法是在恒化器中加入限量浓度的基质诱导物，可选择出不再需要β-半乳糖苷诱导物而产生高浓度的β-半乳糖苷酶的大肠杆菌突变体。另一方法是将经受诱变的细胞接种在含有非诱导物的基质作为唯一碳源（或氮源）的琼脂平板上，只有组成型突变体才可以在此条件下生长。例如，在乙硫氨酸中分离出的突变体可使硫醚合成酶（蛋氨酸合成中的一种酶）含量增加120倍。

葡萄糖为廉价原料易被微生物利用吸收，所以在发酵生产上是常用原料。葡萄糖和其它碳源同时存在时，细菌通常只利用葡萄糖而不利用其它碳源，显示出分解产物阻遏。在这种情况下，只有解除分解产物阻遏，才能合成利用其它碳源的有关酶，有时通过改变培养条件达到除去分解产物阻遏的目的，但是若采用抗分解产物阻遏的突变菌株则更加有效，因为它可明显地改变葡萄糖分解途径，致使缓慢地利用葡萄糖，并使整个酶体系去阻遏。选育抗分解阻遏突变体的一种方法是选择在含受分解阻遏的酶的基质作为唯一氮源，在琼脂平板上生长的菌落。例如，葡萄糖－脯氨酸琼脂就可用来选择鼠伤寒沙门氏菌的这种突变体。因为脯氨酸氧化酶一般受葡萄糖的阻遏，野生型细胞在此培养基上不能生长，只有抗分解阻遏的突变株能够氧化脯氨酸，并从该物质取得氮源。又如铜绿假单胞菌的酰氨酶的合成受琥珀酸阻遏，在乳酰胺加琥珀酸盐中一般不能生长，但抗分解阻遏突变体就可在这种类型的培养基中生长出来，此突变体可产生占细胞蛋白质10％的酰胺酶。筛选抗分解阻遏突变体的另一种方法是用葡萄糖类似物。例如2-脱氧葡萄糖（2-dG）不被微生物同化也不抑制生长，但有分解阻遏作用，用棉子糖-2dG、淀粉-2dG或纤维素-2dG平板可分别选出蔗糖酶（麦芽糖酶）、淀粉酶或纤维素酶脱敏的突变体。

微生物生长时常需要一些代谢物，如氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶等化合物用于细胞组分的合成。如果将这些代谢物的结构类似物，又称为抗代谢物或代谢拮抗物，加入到培养基中，由于它们与代谢物结构类似，能和正常代谢物竞争性与阻遏物及变构酶结合。但它们往往不能代替正常代谢物用于合成细胞成分，它们在细胞中的浓度不会降低，因此与阻遏物以及变构酶的结合是不可逆的，这就使得有关的酶不可逆地停止合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制，这就是代谢拮抗物的作用机理。抗代谢物造成的这种假反馈抑制（pseudo-feedback inhibition）使正常细胞不能生长。如果细胞的变构酶基因发生突变，使变构部位不能再与抗代谢物结合，而其活性部位却不变；或是调节基因发生突变，使调节蛋白（阻遏蛋白）不能再与抗代谢物结合，那么，正常代谢的终产物不能与结构发生改变的变构酶或阻遏物相结合，因而在细胞中大量合成终产物时仍能继续不断合成有关的酶。这类突变表现出对该抗代谢物具有抗性（或称耐药性），故又称为抗代谢类似物突变。

营养缺陷型（nutritional mutant）是指原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能正常生长的突变型菌株。在控制所缺陷营养物的添加量下，就可遗传性地解除终产物的反馈抑制，使得中间产物或另一分支途径的末端产物得以积累。另外，它还可以起到节省碳源的作用。 渗漏缺陷型（leaky mutant）是一种不完全遗传障碍营养缺陷型，能自己合成微量的某一代谢终产物但达不到反馈调节的浓度，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。与营养缺陷型不同的是不需外源添加所渗漏缺陷的物质。

条件致死突变（Conditional lethal mutation）是在某些条件下能存活的，而在另一些条件下致死。温度

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敏感突变型（Tm）就是一个典型的例子，它们在亲代能生长的温度下不能生长，而只能在较低温度下生长。例如噬菌体T4的温度敏感突变型在25℃时能在E.coli宿主上正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时就不能生长。其原因往往是细胞内某些酶蛋白（如DNA聚合酶）的肽链中更换了几个氨基酸，从而大大降低其抗热性的缘故。在抗生素和酶制剂的工业生产中，为了改良菌株，提高产量，常常不可避免地会丧失菌株的孢子形成能力，造成保

存菌株与传代的困难。此时，可选育使用在高温下丧失孢子形成能力，成为高生产性的温度敏感突变株，在高温下进行生产，在低温下形成孢子，进行保存与传代。

8. 什么叫次级代谢？次级代谢与初级代谢有何联系？

答：次级代谢是某些微生物在一定生长时期出现的一类代谢，产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。

二者关系：先初后次，初级形成期也是生长期，只有大量生长，才能积累产物。

9. 举例说明次级代谢调控的主要机制。

答：抗生素等次级代谢产物的产生菌，虽然不如大肠杆菌那样具备严密的调节机制，但抗生素合成酶的结构基因及酶的活性也受到多种方式的调节，影响着抗生素的产量。关于抗生素等次级代谢产物生物合成的调节机制，按作用方式可分为：诱导调节、反馈调节、代谢产物调节、磷酸盐调节、细胞形态分化和生长速率调节和细胞膜透性调节等。

10. 说明青霉素生物合成及代谢调控机制。 答：（1）青霉素的生物合成与碳源分解代谢产物的关系

青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如合成青霉素的酰基转移酶就被阻遏。在青霉素发酵过程中，发现能被青霉菌迅速利用的葡萄糖有利于菌体生长，但抑制青霉素的合成，而被缓慢利用的乳糖，却是产生青霉素的最好碳源。乳糖是由葡萄糖和半乳糖所组成的双糖，并不是合成青霉素的特殊前体，所以乳糖比葡萄糖优越的主要原因是乳糖被缓慢水解成单糖的速度正好符合青霉菌生产期合成青霉素的需要，而不会产生很高浓度的分解产物来抑制青霉素的合成，因此，碳源多用葡萄糖加乳糖或利用某些非糖质原料如植物油等。在生产期糖质原料采用间歇补料或连续补料等措施，不论采用哪种措施，首先要用最容易利用的碳源（如葡萄糖等）使菌体生长，然后到了生产期再陆续少量补加惰性碳源，即利用缓慢的乳糖、植物油等，通过不断补料把微生物维持在半饥饿状态，控制初级代谢的生物合成，转向次级代谢。总之，碳源的缓慢利用是大量合成青霉素的关键。

（2）青霉素的生物合成与赖氨酸的反馈调节 用产黄青霉菌生产青霉素要受到赖氨酸的阻遏，这是由于其赖氨酸生物合成途径的初始酶——高柠檬酸合成酶受到了赖氨酸反馈阻遏。在赖氨酸生物合成途径中，从α-氨基已二酸分枝而产生青霉素，这种赖氨酸阻遏是初级代谢调节的效果用到次级代谢上的最好例子，

第六章 微生物遗传变异与育种

1．名词解释

基因型/表型：即指某一生物个体所含有的全部基因的总和，是一种内在可能性或潜力。而可以观察的性状称为表型，指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是一种现实存在，是具一定基因型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。

营养缺陷型：野生菌株发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸的能力，在选择培养基( 或基本培养基)上不生长。

抗性突变型：指野生型菌株发生突变后对物理、化学和生物因素表现出抗性的突变体。如紫外、氨苄青霉素和噬菌体等的抗性突变体。

条件致死突变型：是指菌株经过突变后在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变。 回复突变：从突变株回到野生型的过程。

感受态：受体细胞能从周围环境中吸取DNA的一种生理状态。

转化：指某些自然或人工感受态的细菌(或其他生物)能通过其细胞膜摄取周围同源或异源的游离DNA分子(质粒

和染色体DNA，并将此外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程

转导：指以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程。它是细菌遗传物质传递和交换的另一种重要方式。 普遍转导：通过温和噬菌体为转导的媒介，将供体菌基因组上任何小片段 DNA 携带到受体细胞中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。

局限转导：部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与受体菌基因组整合、重组，获得表达的转导现象。

低频转导：一般溶源菌释放的噬菌体所进行的局限性转导，因其只能形成极少数（10-4— 10-6）转导子，故称低频转导（LFT，low frequency trans-duction）。主要由于核染色体组进行不正常切离的频率极低，因此在其裂解物中所含的部分缺陷噬菌体的比例也极低（10-4— 10-6）。

高频转导：双重溶源菌同时有两种噬菌体整合在细菌染色体上，其中一种为缺陷噬菌体能产生局限性转导；另一种为正常的噬菌体又称为助体（或辅助）噬菌体（helperphage），可以弥补缺陷噬菌体的不足，使之也成为“完整噬菌体”释放，提高了形成转导子的频率。

转染：用提纯的病毒核酸（DNA 或 RNA）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。

溶源转变：当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象。

接合：指供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，通过F 质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递，产生的遗传信息的转移和重组过程。

2．证明核酸是遗传物质基础的实验有几个？实验者是谁？试举其中之一加以说明。 经典转化实验——DNA作为遗传物：Griffith和O.T.Avery 噬菌体感染实验——DNA是遗传物质：A.D.Hershey和 M .Chase 植物病毒的重建实验——RNA是遗传物质：H .Fraenkel-Conrat 3、原核生物（细菌）和真核微生物的基因组的特点？

原核生物（细菌）基因组的特点：遗传信息的连续性、功能相关的结构基因组成操纵子结构、结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝和基因组的重复序列少而短。 真核生物（细菌）基因组的特点：

（1）真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的(即双倍体，diploid)，即有两份同源的基因组。

（2）真核细胞基因转录产物为单顺反子(monocistron)，即一个结构基因转录、翻译成一个mRNA分子，一条多肽链。

（3）存在大量重复序列。

（4）基因组中不编码的区域多于编码区域。 （5）基因是不连续的。