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基因的本质知识点总结
第三章基因的本质
第1节DNA是主要的遗传物质
一、对遗传物质的早期推测
20世纪20年代,大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。
20世纪30年代,人们认识到组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种,每一种有一个特定的碱基。
这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性,
但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
二、DNA是遗传物质的实验证据(肺炎链球菌的转化实验)
1、肺炎双球菌的体内转化实验
(1)格里菲思的实验
原理:
S型细菌可使小鼠患败血症死亡。
实验材料:
两种肺炎双球菌
项目类别
菌落
菌体
毒性
S型细菌
表面光滑
有多糖类的荚膜
有
R型细菌
表面粗糙
无多糖类的荚膜
无
实验过程及现象P43图3-2
结论:
加热杀死的S型细菌,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。
文字表述如下:
实验过程
结果分析
结论
注射
①R型活细菌――注→射小鼠不死亡
R型细菌无毒性
加热致死的S型细菌,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质—
—转化因子
注射
②S型活细菌――注→射小鼠死亡
分离
―分―离→S型活细菌
S型细菌有毒性
注射
③加热致死的S型细菌――注→射小鼠不死亡
加热致死的S型细菌已失活,毒性消失
④R型活细菌混合后
加热致死的S型细菌―注―射→
分离
小鼠死亡――→S型活细菌
R型细菌转化为S型细菌,且性状可以遗传
2)艾弗里实验(体外转化实验)P44图3-3实验过程及结果
。
例如,
DNA是遗传物质。
结论:
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
实验方法:
减法原理:
在对照实验中,与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出
旧教材实验过程如下:
结论:
只有加入DNA,R型细菌才能转化为S型细菌,即DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
2、噬菌体侵染细菌的实验实验材料:
T2噬菌体
结构
代谢特点
专门寄生在大肠杆菌体内,不能独立进行新陈代谢
增殖特点
在自身遗传物质的作用下,利用大肠杆菌体内的物质合成自身的组成成分
实验者:
美国遗传学家赫尔希和蔡斯实验方法:
放射性同位素标记法。
实验过程及结果
(1)标记噬菌体:
(先标记大肠杆菌):
在分别含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌,获得分别含35S和32P的大肠杆菌。
(再标记T2噬菌体):
用分别含32P和35S的大肠杆菌培养T2噬菌体,得到DNA含有32P标记或蛋白质含有35S标记的噬菌体。
2)噬菌体侵染大肠杆菌
项目
含35S的T2噬菌体侵染大肠杆菌
含32P的T2噬菌
体侵染大肠杆菌
搅拌、离心后
上清液
放射性高
放射性低
沉淀物
放射性低
放射性高
细菌裂解后放出的T2噬菌体
检测不到35S标记的蛋白质
检测到32P标记的DNA
实验分析
(1)T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳留在外面。
(2)子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA来遗传的。
实验结论:
DNA才是真正的遗传物质。
注意:
1、搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
2、离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被侵染的大
肠杆菌
3、不能用14C和18O标记噬菌体,因为DNA和蛋白质都含C和O;不能用32P和35S同时标记噬菌体,因为若用32P和35S同时标记噬菌体,则上清液和沉淀物中均会具有放射性,无法判断遗传物质的成分。
4.用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现沉淀物中放射性也较高,可能是搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。
5.用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,发现上清液中放射性也较高,可能是
(1)保温时间过短,部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中。
(2)保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代,经离心后分布于上清液中。
三、RNA是遗传物质的实验证据
1.烟草花叶病毒
2.侵染过程
3.结论
烟草花叶病毒的RNA控制其性状,即RNA是遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
遗传物质
DNA
RNA
生物种类
所有细胞生物及部分
病毒
部分病毒
结果
绝大多数生物的遗传物质是DNA
少数生物的遗传物质是RNA
结论
DNA是主要的遗传物质
第二节DNA分子的结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.构建者:
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2.过程
二、DNA分子的结构
(1)组成元素:
C、H、O、N、P五种元素。
(2)结构(如图)
强调几点:
平面结构:
1一条脱氧核苷酸链:
由一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的3′号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸
通过形成化学键(3′,5′-磷酸二酯键)相连接。
如图所示
2两链之间的碱基对:
A一定与T配对,两碱基之间形成两个氢键;G一定与C配对,两碱基之间形成三个氢键。
如图所示:
立体结构:
(1)DNA有两条链组成,两条链反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构。
(2)脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,且遵循碱基互补配对原则。
(A=T,C=G)
(3)DNA的特点
①稳定性
原因:
a.DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成规则双螺旋结构。
b.DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
c.DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对,碱基之间形成氢键,从而维持双螺旋结构的稳定。
②多样性
原因:
DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。
3特异性
原因:
每种生物的DNA分子都有特定的碱基排列顺序。
关于DNA结构的相关计算
举例略
第3节DNA的复制
一、对DNA分子复制的推测
1.假说提出者克里克和沃森。
2.假说半保留复制方式
(2)假说
①解旋:
DNA复制时,DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂。
②复制:
解开的两条单链作为复制的模板,游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则,通过形成氢键,结合到作为模板的单链上。
(3)特点:
新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,这种复制方式被称作半保留复制。
二、对DNA分子半保留复制的实验证据
关于DNA复制方式的研究,充分体现了假说—演绎法,即在克里克假说的基础上,通过演绎推理,最终通过实验得以验证。
背景知识:
14N和15N是N元素的两种稳定同位素,其相对原子质量不同,含15N的DNA比14N的DNA密
度大,因此离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA
实验材料
大肠杆菌
实验者
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
实验方法
同位素标记技术和离心技术
实验假设
DNA以半保留的方式复制
实验预期
离心后出现3条DNA带
①重带(密度最大,最靠近试管底部):
15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)
②杂交带(密度居中,位置也居中,也称中带):
一条链为15N,另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)
③轻带(密度最小,离试管底部最远):
两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)
实验过程
①用15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌,获得15N/15N-DNA②将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA
④将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置
实验结果
(与预期结果相同)
立即取出提取DNA→离心→全部重带
15N/15N繁殖一代后取出提取DNA→离心→全部杂交带14N/15N繁殖两代后取出提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带
实验结果
DNA复制方式为半保留复制
、DNA分子的复制
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
场所
细胞核、线粒体、叶绿体
需要
模板
解旋后的两条DNA单链
条件
原料
四种脱氧核苷酸
能量
ATP
酶
解旋酶、DNA聚合酶等
复制模型
复制过程
(1)解旋:
在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开
(2)合成子链:
以解开的每一条母链为模板,以游离的四种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链
(3)形成子代DNA:
每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构。
从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子
特点
(1)边解旋边复制
(2)半保留复制
结果
形成两条完全相同的DNA分子
复制的意义
将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗
传信息的连续性
准确复制的原因
(1)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板
(2)通过碱基互补配对,保证了复制准确无误地进行
四、DNA复制相关计算
第4节基因通常是有遗传效应的DNA片段
、说明基因与DNA关系的实例
二、DNA片段中的遗传信息
1、遗传信息
遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。
不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同,含有的遗传信息不同。
2.DNA分子的多样性和特异性
(1)多样性:
DNA分子中共有4种类型的碱基,但是碱基对的数目却可以成千上万,形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化,若某个DNA分子具有n个碱基对,则DNA分子可有4n种组合方式,从而构成了DNA分子的多样性。
(2)特异性:
每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序,即DNA分子的特异性。
3.生物体多样性和特异性与DNA的关系
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
RNA片段。
小结:
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系图解
注:
有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的
故基因通常是有遗传效应的DNA片段
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