2014年 高三生物第一轮复习 第十八 DNA是主要的遗传物质.ppt

基因的本质 自从摩尔根提出基因的染色体理论以后 基因在人们的认识中不再是抽象的 因子 而是存在于染色体上的一个个单位 但是基因到底是什么呢 摩尔根在他的 基因论 一书的末尾说 我们仍然很难放弃这个可爱的假设 就是基因之所以稳定 是因为它代表着一个有机的化学实体 这个假设能成立吗 金丝猴的后代仍然是金丝猴 现代细胞学和遗传学的研究表明 控制生物性状的主要遗传物质是脱氧核糖核酸即DNA 在此之前生物科学界认为什么物质是遗传物质 那怎样证明DNA是遗传物呢 牛的后代仍然是牛 一 对遗传物质的早期推测 二 DNA是遗传物质的证据 三 DNA是主要的遗传物质 DNA是主要遗传物质 第十八讲 一 对遗传物质的早期推测 通过研究 人们了解到染色体在生物的传宗接代过程中 能够保持一定的稳定性和连续性 因此 人们认为染色体在遗传上起着主要作用 科学家发现染色体的主要成分是蛋白质和DNA组成的 那么谁才是遗传物质 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DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子 组成DNA分子的脱氧核苷酸有四种 每一种有一个特定的碱基 但对DNA结构了解不清晰 蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位 人们认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子 氨基酸多种多样的排列顺序 可能蕴含着遗传信息 1 蛋白质是遗传物质 2 DNA是遗传物质 二 DNA是遗传物质的证据 一 格里菲思的肺炎双球菌转化实验 1 肺炎双球菌 肺炎双球菌又称肺炎链球菌 是一种细菌 属于原核生物 有R型和S型 它们是肺炎双球菌两个稳定的品系 是一种人畜共患的病原菌 其中S型在人体内引起肺炎 在小白鼠体内导致败血症 使小白鼠死亡 由于核区中的DNA分子不与蛋白质结合 因此 用它作实验材料易于单独观察DNA在遗传中的作用 2 R型和S型细菌的区别 1 看菌落 菌落是单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时 形成的一种肉眼可见的 具有一定形态结构的子细胞群 每种细菌在一定条件下所形成的菌落 可以作为菌种鉴定的重要依据 S型菌 菌落是光滑 R型菌 菌落是粗糙 因 有荚膜 因 无荚膜 菌落表面光滑的为 S型菌 且有毒性 菌落表面粗糙的为 R型菌 无毒性 荚膜是细菌细胞壁外围绕一层较厚的粘性 胶冻样物质 其化学成分随细菌种类不同而有差异 多数细菌的荚膜成分为多糖 如肺炎双球菌 荚膜的形成受遗传物质 基因 控制 荚膜与细菌的致病性有关 同时荚膜还能储留水分能抗干燥 对保护细菌有作用 荚膜本身无毒性 但在机体内保护细菌抵抗吞噬细胞的吞噬及消化 并能抑制体内杀菌物质 如溶菌酶 的杀菌作用 使细菌易在体内大量繁殖致病 细菌若失去荚膜 致病力也随之减弱或消失 3 转化 转化是指受体细胞直接摄取供体细胞的遗传物质 DNA片段 将其同源部分进行碱基配对 组合到自己的基因中 从而获得供体细胞的某些遗传性状 这种变异现象 称为转化 4 格里菲思 1928 肺炎双球菌转化实验 体内转化 2 过程 1 原理 S型在小白鼠体内导致败血症 使小白鼠死亡 而R型则不能使小鼠死亡 第一组 R型菌注射小鼠 小鼠不死亡 第二组 S型菌注射小鼠 小鼠死亡 第三组 加热杀死的S型菌注射小鼠 小鼠不死亡 第四组 S型死菌 R型活菌 注射小鼠 小鼠死亡 说明 S菌死亡后失去毒性 不致死 说明 S型死菌能使R型活菌转化成S型活菌 为什么说S型死菌能使R型活菌转化成S型活菌 而不能说R型活菌使S型死菌转化成S型活菌 R型菌能变成感受态细胞 而S型菌不能 为什么 3 实验结论 这些转化成的S型细菌的后代也是有毒性的S型细菌 可见这种性状的转化是可以遗传的 格里菲思推论 在第四组实验中 已经被加热杀死的S型细菌中 必然含有某种促成这一转化的活性物质 转化因子 这种转化因子将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌 实验表明 S型死菌体内有一种物质能引起R型活菌转化产生S型菌 这种转化的物质 转化因子 是什么 如果请你设计一个实验来确定转化因子是什么 你觉得关键的设计思路是什么 1944年美国的艾弗里 O Avery 麦克利奥特 C Macleod 及麦克卡蒂 M Mccarty 等人在格里菲斯工作的基础上 对转化的本质进行了深入的研究 二 艾弗里的肺炎双球菌转化实验 体外转化 实验设计 寻找转化因子 关键思路 把各种化合物分开 单独观察 确定唯一变量 设计方法 把由S型细菌中分离 提取出的各种成分 单独作用于R型细菌 1 过程 由此说明RNA 脂类 蛋白质 荚膜多糖和用DNA酶处理的DNA均不引起转化 而DNA却能引起转化 如果用DNA酶处理DNA后 则转化作用丧失 S型菌 DNA R型菌 蛋白质 R型菌 R型菌 多糖 R型菌 R型菌 R型菌 S型菌 DNA DNA酶 R型菌 R型菌 2 实验表明 4 影响R型菌转化的因素 供体细胞DNA浓度 浓度越高 转化率越高 两种细菌的亲缘关系 亲缘关系越近 转化越容易 受体菌状态 只有处于感受态细胞才能被转化 DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质 DNA是转化因子 3 结论 DNA是遗传物质 艾弗里的实验证明了DNA是遗传物质 能否证明蛋白质不是遗传物质 S型菌 DNA R型菌 蛋白质 R型菌 R型菌 多糖 R型菌 R型菌 R型菌 S型菌 DNA DNA酶 R型菌 R型菌 证实DNA的分解产物不是 转化因子 其目的是从反面证实DNA是遗传物质 是相互对照 证明DNA是遗传物质 而蛋白质 多糖等不是遗传传物质 三 几个问题 2 在格里菲斯的实验中 高温一定能杀死S型活细菌吗 4 为什么说是R型活细菌在有S型死细菌的DNA的作用下转化成了S型的活细菌 而不是R型活细菌突变成S型的活细菌呢 5 转化因子又怎会一定是遗传物质 要求在实验过程中寻找答案 3 S型细菌的DNA经过高温为什么不会失去活性 1 肺炎双球菌作为实验材料的原因 6 我们吃进的一些生物细胞 其中可能含有活性的DNA 会不会影响我们的细胞 使它们变成其他细胞 真核生物的细胞膜表面结构与原核生物的大不相同 转化因子不能进入细胞 因而不会发生转化 转化本身只发生在同种菌株间或近缘菌株间 因此 可以放心去吃想吃的东西 即使含有被加热杀死的S型肺炎双球菌也无妨 无荚膜的R型细菌有非常重要的 感受态因子 位点 保证了S型细菌的DNA可以进入 S型细菌有荚膜 无 感受态因子 位点 不能作为受体菌直接培养而发生转化 那么S型细菌有可能变成R型细菌吗 当然有 自然状态下可能通过基因突变来完成转变 不是前文所述的转化 用物理和化学方法进行人工诱变 变过来的还有可能再变回去 7 R型细菌的DNA放入S型细菌的培养皿中 S型细菌会不会变成R型细菌 8 通过对格里菲斯和艾佛里两位科学家的肺炎双球菌的转化实验我们都知道 遗传物质是DNA而不是蛋白质 但是还是有大多数学者认为蛋白质是遗传物质 这是为什么 这是因为20世纪以来 人们发现的蛋白质的种类越来越多 功能也越来越广泛 一切生命活动 包括遗传特性的表现都离不开蛋白质 又由于受 四核苷酸假说 的强大影响 当时大多数学者认为 只有由20种氨基酸组成的蛋白质最有可能包含着遗传信息 蛋白质有各种各样的形式和功能 次级结构也花样繁多 因而在其复杂性背后可能隐藏着遗传特性 在1952年初 几乎所有重要的遗传学学者都持这一种观点 他们认为埃弗里提取的转化因子纯度不高 正是其中不到0 02 的蛋白质 杂质 起了遗传作用 加热 细胞破坏 片段保持完整 肺炎双球菌转化实验的实质 三 噬菌体侵染细菌的实验 1952年赫尔希 A Hershey 和蔡斯 M Chase 1 结构 头部和尾部的外表是由蛋白质构成 头部内含有DNA 2 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来合成自身的组成成分 进行增殖 3 生活方式 是一种专门寄生在大肠杆菌细胞内的病毒 1 噬菌体 4 噬菌体侵染细菌的过程 4 噬菌体侵染细菌的过程 吸附 注入 合成 组装 释放 4 噬菌体侵染细菌的过程 如何确定噬菌体注入细菌细胞内的是DNA而不是蛋白质 用同位素标记法要标记噬菌体DNA以及蛋白质的哪种元素 如何让噬菌体的DNA以及蛋白质含有放射性元素 2 同位素标记法 1 同位素 12C 14C 1H 3H 32S 35S 31P 32P 14N 15N 16O 18O 放射性同位素 稳定性同位素 原子核不稳定 能发出射线 用特定的显影装置可检测到 原子核稳定 不发出射线 质子数相同 中子数不同的同一元素 用同位素标记的化合物 化学性质不变 也可以参与生物体内的生化反应 科学家通过特殊的放射性显影仪器追踪放射性同位素标记的化合物 可以弄清楚化学反应过程 科学家也可通过测量分子质量或离心技术来区别稳定性同位素 2 同位素标记法类型 放射性同位素标记法 稳定性同位素标记法 12CO2 14CO2 标记32P 标记35S 3 标记T2噬菌体的元素 1 标记T2噬菌体 培养含有32P的DNA的T2噬菌体 用含有放射性同位素32P培养基培养大肠杆菌 使大肠杆菌细胞内的DNA或DNA的原料含有放射性同位素32P 用培养过得大肠杆菌来培养T2噬菌体 4 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程 得到DNA含有32P标记噬菌体 培养含有35S的蛋白质的T2噬菌体 用含有放射性同位素35S培养基培养大肠杆菌 使大肠杆菌细胞内的蛋白质或氨基酸含有放射性同位素35S 用培养过得大肠杆菌来培养T2噬菌体 得到蛋白质含有35S标记的噬菌体 1 标记T2噬菌体 侵染 侵染 2 过程 第一组 第二组 有35S 有32p 极少35S 极少32p 实验过程及结果 35S标记蛋白质 32P标记DNA 无35S标记蛋白质 有32P标记DNA 外壳蛋白质无35S DNA有32P标记 DNA分子具有连续性 是遗传物质 3 结论 赫尔希和蔡斯的实验表明 噬菌体侵染细菌时 DNA进入到细菌的细胞中 而蛋白质外壳仍留在外面 因此 子代噬菌体的各种形状 是通过亲代的DNA遗传的 DNA才是真正的遗传物质 本实验还能间接证明DNA是遗传物质的两个特点 一是DNA前后代保持一定的连续性 二是DNA能够指导蛋白质的合成 从而控制生物的新陈代谢过程和性状 4 几个问题 为什么要搅拌 为什么要离心 原理是什么 从理论上分析 用35S 或32P 噬菌体侵染细菌后 通过搅拌离心 沉淀物 或上清液 应该不含有放射性物质 但是为什么实验结果则出现少量的放射性物质 能否避免此种现象 侵染时间过长或过短对实验结果造成的影响相同还是不同吗 请说明理由 搅拌和离心的目的是为了将噬菌体蛋白质外壳同侵入大肠杆菌的噬菌体DNA分开 以便对放射性元素跟踪测试 离心会使质量较轻的噬菌体颗粒进入上清液 而被感染的细菌则形成沉淀 但这必须保证是在菌体裂解之前进行 噬菌体侵染细菌的速度很快 在37 的条件下大约40分钟就可以产生100到300个子代噬菌体 从感染到释放前的这段时间叫潜伏期 大约经历20到30分钟 短时间的保温可获得足够数量的子代噬菌体 但又必须避免超出潜伏期 确保溶液分层 所以离心要在 短时间 保温后及时进行 在T2噬菌体侵染细菌实验中 经过短时间的保温后 用搅拌器搅拌 离心才会使混合溶液分层 其中 短时间 有何意义 第一个实验是把35S标记的噬菌体与细菌混合 吸附几分钟后 离心除去没有吸附上的噬菌体 收集沉淀 噬菌体 细菌混合物 将沉淀悬浮后再一次离心 收集上清液和沉淀 分别测定放射性活性 发现80 的放射活性存在于上清液中 沉淀中只有20 的放射活性 这是由于在这期间大部分吸附的噬菌体已经将其DNA注入细菌而蛋白质外壳与细菌解离进入上清液 但仍然有少部分留在细菌细胞壁上 后来证明沉淀中的20 放射活性确实是由于尾丝与细菌表面结合太紧 以至于不容易把它除去 用32P标记的噬菌体和细菌混合 用上述方法同样处理后实验结果差别很大 70 的放射活性在沉淀里 而30 的放射活性在上清液里 在上清液的30 的放射活性可能是由于搅拌细菌时破裂产生的 几年后发现有些缺损噬菌体粒子不能将其DNA注入到细菌中去 把这些沉淀悬浮在生长培养基中重新保温 发现能够产生子代噬菌体的细菌同时也具有从亲代噬菌体转移32P到细菌细胞中去的能力 在赫尔希和蔡斯所做的噬菌体侵染细菌的实验中 在用35S标记的一组侵染实验 主要在上清液中检测到了放射性元素 那么沉淀物的少量放射性是如何产生的 而用32P标记的一组实验 却主要在试管的沉淀物中检测到了放射性同位素 那么上清液中的少量放射性又是如何产生的 噬菌体侵染细菌实验无可辩驳的证明了DNA是遗传物质 从实验的科学性讲 由于噬菌体的蛋白质外壳没有进入菌体 单就本实验而言 不能证明 蛋白质不是噬菌体的遗传物质 更不能证明蛋白质不是其他生物的遗传物质 噬菌体侵染细菌实验能否证明蛋白质不是遗传物质 一 RNA是遗传物质的实验证据 三 DNA是主要的遗传物质 有的生物如烟草花叶病毒 简称TMV 基本成分是蛋白质和RNA 体内并没有DNA 而只含有RNA 这些生物遗传物质是什么呢 如何去证明RNA是遗传物质 1957年格勒和施拉姆用石炭酸处理这种病毒 去掉了蛋白质 只剩下了RNA 再将RNA接种在正常烟草上 结果发生了花叶病 而用蛋白质部分感染正常烟草 则不发生花叶病 格勒和施拉姆的实验 TMV 烟草花叶病毒 烟草叶 烟草叶 烟草叶 烟草叶 证明RNA是遗传物质 而蛋白质不是遗传物质 TMV 烟草花叶病毒 烟草叶 HRV 车前草病毒 二 RNA是遗传物质的实验证据 如何证明RNA是遗传物质 以后有人将烟草花叶病毒的RNA与车前草病毒的蛋白质结合在一起 形成一个类似 杂种 的新品系 用它进行感染实验 发生的病症以及繁殖出的病毒类型 都与烟草花叶病毒的相同 证明这些病毒的遗传物质是RNA 蛋白质不是遗传物质 RNA是遗传物质 蛋白质不是遗传物质 未引起病症 引起病症 引起病症 结果 HRV 车前草病毒 新病毒 结论 二 DNA是主要遗传物质 遗传物质的种类 脱氧核糖核苷酸 DNA 氧核糖核苷酸 RNA 蛋白质 细胞生物和少数的病毒 几乎都是病毒 极少数病毒 如朊病毒 在自然界绝大多数生物的遗传物质都是DNA 所以DNA是主要的遗传物质 四 病毒 病毒 virus 是由一个核酸分子 DNA或RNA 与蛋白质构成的非细胞形态的靠寄生生活的生命体 1 概念 原指一种动物来源的毒素 virus 一词源于拉丁文 病毒能增殖 遗传和演化 因而具有生命最基本的特征 至今对它还没有公认的定义 其主要特点是 2 特点 2 特点 2 没有细胞构造 其主要成分仅为核酸和蛋白质两种 故又称 分子生物 3 每一种病毒只含一种核酸 不是DNA就是RNA 4 既无产能酶系 也无蛋白质和核酸合成酶系 只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分 5 以核酸和蛋白质等 元件 的装配实现其大量繁殖 1 形体极其微小 一般都能通过细菌滤器 因此病毒原叫 滤过性病毒 必须在电子显微镜下才能观察 6 在离体条件下 能以无生命的生物大分子状态存在 并长期保持其侵染活力 7 对一般抗生素不敏感 但对干扰素敏感 8 有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中 并诱发潜伏性感染 2 特点 从性质来分 温和病毒 H 烈性病毒 狂犬病毒 3 病毒的分类 从遗传物质分类 DNA病毒 RNA病毒 蛋白质病毒 如 朊病毒 从病毒结构分类 真病毒 Euvirus 简称病毒 和亚病毒 Subvirus 包括类病毒 拟病毒 朊病毒 从寄主类型分类 噬菌体 细菌病毒 植物病毒 如烟草花叶病毒 动物病毒 如禽流感病毒 天花病毒 H 等 球状病毒 杆状病毒 砖形病毒 冠状病毒 丝状病毒 链状病毒 有包膜的球状病毒 具有球状头部的病毒 封于包含体内的昆虫病毒 4 病毒的形态 5 化学组成及功能 大多数的病毒是由DNA和蛋白质组成