第三章基因的本質第1節DNA是重要的遺傳物質一、對遺傳物質的初期推測20世紀代，大多數科學家認為蛋白質是生物體的遺傳物質。20世紀30年代，人們認識到構成DNA分子的脫氧核苷酸有4種，每一種有一種特定的堿基。這一認識本可以使人們意識到DNA的重要性，不過認為蛋白質是遺傳物質的觀點仍占主導地位。二、DNA是遺傳物質的試驗證據（肺炎鏈球菌的轉化試驗）1、肺炎雙球菌的體內轉化試驗（1）格裏菲思的試驗原理：S型細菌可使小鼠患敗血癥死亡。試驗材料：兩種肺炎雙球菌項目類別菌落菌體毒性S型細菌表面光滑有多糖類的莢膜有R型細菌表面粗糙無多糖類的莢膜無試驗過程及現象P43圖3-2結論：加熱殺死的S型細菌，具有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子。文字表述如下：試驗過程成果分析結論①R型活細菌eq\o(――→,\s\up7(注射))小鼠不死亡R型細菌無毒性加熱致死的S型細菌，具有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子②S型活細菌eq\o(――→,\s\up7(注射))小鼠死亡eq\o(――→,\s\up7(分離))S型活細菌S型細菌有毒性③加熱致死的S型細菌eq\o(――→,\s\up7(注射))小鼠不死亡加熱致死的S型細菌已失活，毒性消失eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(④R型活細菌,加熱致死的S型細菌))eq\o(――→,\s\up11(混合後),\s\do4(注射))小鼠死亡eq\o(――→,\s\up7(分離))S型活細菌R型細菌轉化為S型細菌，且性狀可以遺傳（2）艾弗裏試驗（體外轉化試驗）P44圖3-3試驗過程及成果結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。試驗措施：減法原理：在對照試驗中，與常態比較，人為清除某種影響原因的稱為“減法原理”。例如，在艾弗裏的肺炎鏈球菌轉化試驗中，每個試驗組特異性地清除了一種物質，從而鑒定出DNA是遺傳物質。舊教材試驗過程如下：結論：只有加入DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌，即DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。2、噬菌體侵染細菌的試驗試驗材料：T2噬菌體構造代謝特點專門寄生在大腸桿菌體內，不能獨立進行新陳代謝增殖特點在自身遺傳物質的作用下，運用大腸桿菌體內的物質合成自身的構成成分試驗者：美國遺傳學家赫爾希和蔡斯試驗措施:放射性同位素標識法。試驗過程及成果（1）標識噬菌體：（先標識大腸桿菌）：在分別具有35S和32P的培養基中培養大腸桿菌，獲得分別含35S和32P的大腸桿菌。（再標識T2噬菌體）：用分別含32P和35S的大腸桿菌培養T2噬菌體，得到DNA具有32P標識或蛋白質具有35S標識的噬菌體。（2）噬菌體侵染大腸桿菌項目含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攪拌、離心後上清液放射性高放射性低沉淀物放射性低放射性高細菌裂解後放出的T2噬菌體檢測不到35S標識的蛋白質檢測到32P標識的DNA試驗分析(1)T2噬菌體侵染細菌時，DNA進入到細菌的細胞中，而蛋白質外殼留在外面。(2)子代T2噬菌體的多種性狀是通過親代的DNA來遺傳的。試驗結論:DNA才是真正的遺傳物質。注意：1、攪拌的目的是使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離2、離心的目的是讓上清液中析出質量較輕的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標識噬菌體，由于DNA和蛋白質都含C和O；不能用32P和35S同步標識噬菌體，由于若用32P和35S同步標識噬菌體，則上清液和沉淀物中均會具有放射性，無法判斷遺傳物質的成分。4．用35S標識的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現沉淀物中放射性也較高，也許是攪拌不充足，有少許含35S的噬菌體蛋白質外殼吸附在細菌表面，隨細菌離心到沉淀物中。5．用32P標識的噬菌體侵染大腸桿菌時，發現上清液中放射性也較高，也許是(1)保溫時間過短，部分噬菌體沒有侵染到大腸桿菌細胞內，經離心後分布于上清液中。(2)保溫時間過長，噬菌體在大腸桿菌內增殖後釋放出子代，經離心後分布于上清液中。三、RNA是遺傳物質的試驗證據1.煙草花葉病毒2．侵染過程3．結論煙草花葉病毒的RNA控制其性狀，即RNA是遺傳物質。四、DNA是重要的遺傳物質遺傳物質DNARNA生物種類所有細胞生物及部分病毒部分病毒成果絕大多數生物的遺傳物質是DNA少數生物的遺傳物質是RNA結論DNA是重要的遺傳物質第二節DNA分子的構造一、DNA雙螺旋構造模型的構建1．構建者：美國生物學家沃森和英國物理學家克裏克。2．過程二、DNA分子的構造(1)構成元素：C、H、O、N、P五種元素。(2)構造(如圖)強調幾點：平面構造：①一條脫氧核苷酸鏈：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鍵(3′，5′-磷酸二酯鍵)相連接。如圖所示②兩鏈之間的堿基對：A一定與T配對，兩堿基之間形成兩個氫鍵；G一定與C配對，兩堿基之間形成三個氫鍵。如圖所示：立體構造：（1）DNA有兩條鏈構成，兩條鏈反向平行方式回旋成規則的雙螺旋構造。（2）脫氧核糖與磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，且遵照堿基互補配對原則。（A=T,C=G）(3)DNA的特點①穩定性原因：a.DNA分子由兩條脫氧核苷酸長鏈回旋成規則雙螺旋構造。b．DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接排列在外側，構成基本骨架。c．DNA分子雙螺旋構造的中間為堿基對，堿基之間形成氫鍵，從而維持雙螺旋構造的穩定。②多樣性原因：DNA分子中堿基對的排列次序多種多樣。③特異性原因：每種生物的DNA分子均有特定的堿基排列次序。有關DNA構造的有關計算舉例略第3節DNA的復制一、對DNA分子復制的推測1.假說提出者克裏克和沃森。2．假說半保留復制方式(2)假說①解旋：DNA復制時，DNA雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。②復制：解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸根據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。(3)特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了本來DNA分子中的一條鏈，這種復制方式被稱作半保留復制。二、對DNA分子半保留復制的試驗證據有關DNA復制方式的研究，充足體現了假說—演繹法，即在克裏克假說的基礎上，通過演繹推理，最終通過試驗得以驗證。背景知識:14N和15N是N元素的兩種穩定同位素，其相對原子質量不一樣，含15N的DNA比14N的DNA密度大，因此離心技術可以在試管中辨別具有不一樣N元素的DNA試驗材料大腸桿菌試驗者美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾試驗措施同位素標識技術和離心技術試驗假設DNA以半保留的方式復制試驗預期離心後出現3條DNA帶①重帶(密度最大，最靠近試管底部)：15N標識的親代雙鏈DNA(15N/15N)②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標識的子代雙鏈DNA(15N/14N)③輕帶(密度最小，離試管底部最遠)：兩條鏈都為14N標識的子代雙鏈DNA(14N/14N)試驗過程①用15N標識的NH4Cl培養大腸桿菌，獲得15N/15N－DNA②將大腸桿菌轉移到含14N的一般培養液中培養③在不一樣步刻搜集大腸桿菌并提取DNA④將提取的DNA進行離心，記錄離心後試管中DNA的位置試驗成果(與預期成果相似)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(立即取出提取DNA→離心→所有重帶,15N/15N,繁殖一代後取出提取DNA→離心→所有,雜交帶14N/15N,繁殖兩代後取出提取DNA→離心→1/2輕帶、,1/2中帶))試驗成果DNA復制方式為半保留復制三、DNA分子的復制概念以親代DNA為模板合成子代DNA的過程時間有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期場所細胞核、線粒體、葉綠體需要條件模板解旋後的兩條DNA單鏈原料四種脫氧核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶等復制模型復制過程(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，以游離的四種脫氧核苷酸為原料，遵照堿基互補配對原則，在有關酶的作用下，各自合成與母鏈互補的子鏈(3)形成子代DNA：每條子鏈與其對應的母鏈回旋成雙螺旋構造。從而形成2個與親代DNA完全相似的子代DNA分子特點(1)邊解旋邊復制(2)半保留復制成果形成兩條完全相似的DNA分子復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持續性精確復制的原因(1)DNA分子獨特的雙螺旋構造為復制提供了精確的模板(2)通過堿基互補配對，保證了復制精確無誤地進行四、DNA復制有關計算第4節基因一般是有遺傳效應的DNA片段一、闡明基因與DNA關系的實例二、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次序。不一樣基因的脫氧核苷酸的排列次序不一樣，具有的遺傳信息不一樣。2．DNA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，不過堿基對的數目卻可以成仟上萬，形成的堿基對的排列次序也可以仟變萬化，若某個DNA分子具有n個堿基對