1、第三章 基因的本質(zhì)第 1 節(jié) DNA 是主要的遺傳物質(zhì)一、對遺傳物質(zhì)的早期推測20 世紀(jì) 20 年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。 20 世紀(jì) 30 年代，人們認(rèn)識到組 成 DNA 分子的脫氧核苷酸有 4 種，每一種有一個(gè)特定的堿基。這一認(rèn)識本可以使人們意識到 DNA 的重要 性， 但是認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)仍占主導(dǎo)地位。二、DNA 是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)） 1、肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（1）格里菲思的實(shí)驗(yàn)原理： S 型細(xì)菌可使小鼠患敗血癥死亡。實(shí)驗(yàn)材料：兩種肺炎雙球菌項(xiàng)目類別菌落菌體毒性S型細(xì)菌表面有多糖類的莢膜有R型細(xì)菌表面粗糙無多糖類的莢膜無實(shí)驗(yàn)過程

2、及現(xiàn)象 P43 圖 3-2結(jié)論：加熱殺死的 S 型細(xì)菌，含有某種促使 R 型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為 S 型活細(xì)菌的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化因子。 文字 表述如下：實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果分析結(jié)論注射R型活細(xì)菌注f射小鼠不死 宀 -.R型細(xì)菌無毒性加熱致死的s型 細(xì)菌，含有某種 促使R型活細(xì)菌 轉(zhuǎn)化為s型活細(xì) 菌的活性物質(zhì)一轉(zhuǎn)化因子匸注射s型活細(xì)菌注f射小鼠死亡分離一分一離f S型活細(xì)菌s型細(xì)菌有毒性注射加熱致死的s型細(xì)菌注f射小鼠不死亡加熱致死的S型細(xì)菌已失活，毒性消失R型活細(xì)菌混合后加熱致死的s型細(xì)菌一注一射-分離小鼠死亡f s型活細(xì)菌R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為s型細(xì) 菌，且性狀可以遺傳2）艾弗里實(shí)驗(yàn)（體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)） P44 圖 3-3

3、 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)方法：減法原理：在對照實(shí)驗(yàn)中，與常態(tài)比較， 人為去除某種影響因素的稱為“減法原理” 在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)。例如，組特異性地去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物舊教材實(shí)驗(yàn)過程如下：結(jié)論：只有加入DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，即DNA是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。2、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)材料： T2 噬菌體結(jié)構(gòu)代謝特點(diǎn)專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)，不能獨(dú)立進(jìn)行新陳代謝增殖特點(diǎn)在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)合成自身的組成成分實(shí)驗(yàn)者：美國遺傳學(xué)家赫爾希和蔡斯 實(shí)驗(yàn)方法 : 放射性同

4、位素標(biāo)記法。實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果（1）標(biāo)記噬菌體：（先標(biāo)記大腸桿菌） ：在分別含有 35S 和 32P 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌， 獲得分別含 35S 和 32P 的大腸桿菌。 （再標(biāo)記 T2 噬菌體）：用分別含 32P 和 35S 的大腸桿菌培養(yǎng) T2 噬菌體，得到 DNA 含有 32P 標(biāo)記或蛋白質(zhì)含有 35S 標(biāo)記的噬菌體。2）噬菌體侵染大腸桿菌項(xiàng)目含35S的T2噬菌體侵染大 腸桿菌含32P的T2噬菌體侵染大腸桿菌律林*、匚上清液扌見拌、離心放射性高放射性低沉淀物放射性低放射性高細(xì)菌裂解后放出的T2噬菌體檢測不到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)檢測到32P標(biāo)記的DNA實(shí)驗(yàn)分析T2噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入到

5、細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼留在外面。子代T2噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA來遺傳的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。注意： 1、 攪拌的目的是使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離2、離心的目的是讓上清液中析出質(zhì)量較輕的 T2 噬菌體顆粒， 而離心管的沉淀物中留下被侵染的大 腸桿菌3、不能用14C和18O標(biāo)記噬菌體，因?yàn)镈NA和蛋白質(zhì)都含C和O；不能用32P和35S同時(shí)標(biāo)記 噬菌體，因?yàn)槿粲?2P和35S同時(shí)標(biāo)記噬菌體，則上清液和沉淀物中均會具有放射性，無法判斷遺傳物質(zhì) 的 成分。4用 35S 標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)沉淀物中放射性也較高，可能是攪拌不充分，有少量 含 35S 的噬菌

6、體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心到沉淀物中。5用 32P 標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)上清液中放射性也較高，可能是保溫時(shí)間過短，部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)離心后分布于上清液中。保溫時(shí)間過長，噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后釋放出子代，經(jīng)離心后分布于上清液中。三、RNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1. 煙草花葉病毒2侵染過程3結(jié)論煙草花葉病毒的RNA控制其性狀，即RNA是遺傳物質(zhì)。四、DNA是主要的遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)DNARNA生物種類所有細(xì)胞生物及部分 病毒部分病毒結(jié)果絕大多數(shù)生物的遺傳物 質(zhì)是DNA少數(shù)生物的遺傳物質(zhì) 是RNA結(jié)論DNA是主要的遺傳物質(zhì)第二節(jié) DNA 分子的結(jié)構(gòu)一、DNA

7、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1構(gòu)建者：美國生物學(xué)家沃森和英國物理學(xué)家克里克。 2過程二、DNA分子的結(jié)構(gòu)(1) 組成元素： C、H、O、N、P 五種元素。 (2) 結(jié)構(gòu) (如圖 )強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)：平面結(jié)構(gòu)：一條脫氧核苷酸鏈：由一分子脫氧核苷酸中脫氧核糖上的3 號碳原子與另一分子脫氧核苷酸中的磷酸通過形成化學(xué)鍵（35,-磷酸二酯鍵）相連接。如圖所示兩鏈之間的堿基對： A 一定與 T 配對，兩堿基之間形成兩個(gè)氫鍵； G 一定與 C 配對，兩堿基之間形成三 個(gè)氫鍵。如圖所示：立體結(jié)構(gòu)：（ 1） DNA 有兩條鏈組成，兩條鏈反向平行方式盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 （2）脫氧核糖與磷酸交替連接， 排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨

8、架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。（ 3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，且遵循堿基互補(bǔ)配對原則。 （A=T,C=G）（3） DNA 的特點(diǎn)穩(wěn)定性原因： a.DNA 分子由兩條脫氧核苷酸長鏈盤旋成規(guī)則雙螺旋結(jié)構(gòu)。 bDNA 分子中脫氧核糖和磷酸交替連接排 列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。 cDNA 分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的中間為堿基對，堿基之間形成氫鍵，從而維持雙螺旋結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定。多樣性原因： DNA 分子中堿基對的排列順序多種多樣。特異性 原因：每種生物的 DNA 分子都有特定的堿基排列順序。關(guān)于 DNA 結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算 舉例略第3節(jié)DNA的復(fù)制一、對DNA分子復(fù)制的推測1. 假說提出者 克里克和沃森。2假說半保留復(fù)

9、制方式(2) 假說解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋解開，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂。復(fù)制：解開的兩條單鏈作為復(fù)制的 模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，通過形成氫鍵，結(jié) 合到作為模板的單鏈上。特點(diǎn)：新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，這種復(fù)制方式被稱作半保留復(fù) 制。二、對DNA分子半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)關(guān)于DNA復(fù)制方式的研究，充分體現(xiàn)了假說一演繹法，即在克里克假說的基礎(chǔ)上，通過演繹推理，最終通 過實(shí) 驗(yàn)得以驗(yàn)證。背景知識：14N和15N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，其相對原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比14N的DNA密 度大，因此離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素

10、的DNA實(shí)驗(yàn)材料大腸桿菌實(shí)驗(yàn)者美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾實(shí)驗(yàn)方法同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)實(shí)驗(yàn)假設(shè)DNA以半保留的方式復(fù)制實(shí)驗(yàn)預(yù)期離心后出現(xiàn)3條DNA帶重帶（密度最大，最靠近試管底部）：15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA （15N/15N）雜交帶（密度居中，位置也居中，也稱中帶）：一條鏈為15N，另一條鏈為14N 標(biāo)記的子代雙鏈DNA（15N/14N）輕帶（密度最小，離試管底部最遠(yuǎn)）：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA （14N/14N）實(shí)驗(yàn)過程用15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)大腸桿菌，獲得15N/15N DNA將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含 14N的普通培養(yǎng)液中培養(yǎng) 在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA將提取的DN

11、A進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果（與預(yù)期結(jié)果相 同）立即取出提取DNAf離心f全部重帶15N/15N繁殖一代后取出提取DNA-離心f全部雜交帶14N/15N繁殖兩代后取 出提取DNAf離心f 1/2輕帶、1/2中帶實(shí)驗(yàn)結(jié)果DNA復(fù)制方式為半保留復(fù)制、DNA分子的復(fù)制概念以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時(shí)間有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期場所細(xì)胞核、線粒體、葉綠體需要 條件模板解旋后的兩條DNA單鏈原料四種脫氧核苷酸1=1.冃匕量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶等復(fù)制模型復(fù)制過程（1）解旋：在解旋酶的作用下，把兩條螺旋的 雙鏈解開（2）合成子鏈：以解開的每一條母鏈為模板，

12、 以游離的四種脫氧核苷酸為原料，遵循堿基 互 補(bǔ)配對原則，在有關(guān)酶的作用下，各自合 成與 母鏈互補(bǔ)的子鏈（3）形成子代DNA：每條子鏈與其對應(yīng)的母鏈 盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。從而形成2個(gè)與親代 DNA完全相同的子代DNA分子特點(diǎn)（1）邊解旋邊復(fù)制（2）半保留復(fù)制結(jié)果形成兩條完全相同的DNA分子復(fù)制的意義將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持了遺 傳信息的連續(xù)性準(zhǔn)確復(fù)制的原因（1）DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了 精確的模板（2）通過堿基互補(bǔ)配對，保證了復(fù) 制準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行四、DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算第4節(jié)基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段、說明基因與DNA關(guān)系的實(shí)例二、 DNA 片段中的遺傳信息1、遺傳信息遺傳信息是指基因中的脫氧核苷酸的排列順序。 不同基因的脫氧核苷酸的排列順序不同， 含有的遺傳信息 不 同。2DNA 分子的多樣性和特異性(1) 多樣性： DNA 分子中共有 4 種類型的堿基，但是堿基對的數(shù)目卻可以成千上萬，形成的堿基對的排列 順 序也可以千變?nèi)f化， 若某個(gè) DNA 分子具有 n 個(gè)堿基對， 則 DNA 分子可有 4n 種組合方