高中生物遗传信息的携带者核酸备课资料新课标人教版必修1

1、名校名 推荐高中生物遗传信息的携带者核酸备课资料新课标 人教版必修 11. 核酸的发现1868 年，在德国化学家霍佩赛勒（hoppe seyler ）的实验室里 , 有一个瑞士籍的研究生, 名叫米舍尔（ f.miescher,1844 1895）, 他在实验室所承担的工作是研究脓血中细胞的化学成分。当时实验室附近有一家医院 , 常常扔出许多带脓血的绷带, 脓血里有与病菌“作战”而死亡的白细胞以及其他死亡的人体细胞。米舍尔细心地用洗脱的办法将绷带上的脓血收集起来。他先用酒精把细胞中的脂肪性物质去掉, 然后用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理, 结果发现细胞的大部分被

2、分解了 , 而细胞核只是缩小了一点儿, 仍然保持完整。得到细胞核后, 米舍尔对组成细胞核的物质进行了化学分析 , 发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质, 这种物质的磷含量很高,远高于蛋白质 , 而且对蛋白酶有耐受性。米舍尔认为这是一种新物质。霍佩赛勒当时是生物化学界的权威, 治学严谨 , 他要在亲自做实验验证米舍尔的工作后, 才允许米舍尔发表这个成果。霍佩赛勒用酵母细胞做实验, 证实了米舍尔的发现。米舍尔将他发现的新物质命名为“核素”。核素十分不稳定 , 提取时必须非常小心, 速度要快 ,还得保持很低的温度。为了制备核素, 米舍尔常常从清晨5：00就开始在低温的房间里工作, 这大大

3、影响了他的健康。由于积劳成疾, 他 51岁就离开了人间。霍佩赛勒的另一个学生, 德国的科塞尔（a.kossel,1853 1927 ） , 发现核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸, 得到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶, 还有些具有糖类性质的物质和磷酸。确定了核酸这个生物大分子的组成之后, 随之而来的问题是这些物质在大分子中的比例, 它们之间是如何连接的。斯托伊德尔（h.steudel）找到了前一个问题的答案。通过分析 , 他发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1 1 1。限于当时的实验条件，后一个问题没有完全解决，科塞尔及其同事只是发现, 如果小心地水解

4、核酸, 糖基团与含氮的基团是连在一起的。科塞尔还对核酸与蛋白质的结合方式进行了研究。他发现有些物种的核酸与蛋白质结合比较紧密 , 有些则比较松散。科塞尔因其在核酸化学领域的开创性工作, 荣获 1910 年的诺贝尔生理学或医学奖。1911 年 , 科塞尔的学生列文（p.a.t.le vine,1869 1940）对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由 5 个碳原子组成 , 并将这种糖类命名为核糖。当时已经发现两种不同的核酸, 列文找到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同。另一种糖类比核糖少一个氧原子, 称为脱氧核糖。两种核酸也由原来的名字改为核糖核酸和脱氧核糖核酸。1934 年, 列文发

5、现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。他认为核苷酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链, 每一个五碳糖上再接一个碱基。列文认为这些碱基可能以一种非常简单的方法排列, 如 12341234等, 每个数字代表一种特定的碱基。这个模型后来被称为核酸结构的四核苷酸假说。列文虽然没有获得诺贝尔奖, 但他的贡献有目共睹 , 并将永远留在核酸化学的历史中。弄清物质结构的最终证明是成功地合成出这种物质。核酸的结构问题很复杂, 糖类和碱基都是结构比较复杂的组分 , 有多种连接的可能, 而且还有磷酸基团的连接问题。英国生物化学家托德（a.r todd ）成功地合成了核苷酸

6、 , 并于 1955 年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸辅酶方面的贡献而获得 1957 年诺贝尔化学奖。2. 核酸的分离和提纯研究核酸首先要对其进行分离和提纯。制备核酸要注意防止核酸的降解和变性, 尽量保持其在生物体内的天然状态。早期研究时, 由于受到方法上的限制, 得到的样品往往是一些降解产物。要制备天然状态的核酸 , 必须在温和的条件下进行, 防止过酸、过碱, 避免剧烈搅拌, 尤其是防止核酸酶的作用。真核生物中的染色体dna与组蛋白结合成核蛋白（dnp）, 存在于核内。dnp溶于水和浓盐溶液（如质量浓度为1 mol/l的 nacl 溶液） , 但不溶于质量浓度为0.14

7、mol/l的 nacl 溶液。利用这一性质,可将细胞破碎后用浓盐溶液提取, 然后用水稀释至0.14 mol/l,使 dnp纤维沉淀出来, 缠绕在玻璃棒上,1名校名 推荐再经多次溶解和沉淀以达到纯化目的。苯酚是很强的蛋白质变性剂, 可用苯酚抽提 , 除去蛋白质。用水饱和的苯酚与 dnp 一起振荡 , 冷冻离心 ,dna 溶于上层水相 , 不溶性变性蛋白质，残留物位于中间界面,一部分变性蛋白质停留在酚相。如此操作反复多次以除净蛋白质。将含dna的水相合并 , 在有盐存在的条件下加 2 倍体积冷的乙醇, 可将 dna沉淀出来。再用乙醚和乙醇洗涤沉淀, 用这种方法可以得到纯的dna。rna比 dna更

8、不稳定 , 而且 rnase又无处不在 , 因此 rna的分离更为困难。 制备 rna通常需要注意3 点：（ 1）所有用于制备rna的器具必须灭菌； （ 2）在破碎细胞的同时加入强变性剂使rnase失活；（ 3）在 rna的反应体系中加入rnase的抑制剂。目前最常用的制备rna的方法有两种： （1）用酸性鈲盐 / 苯酚 / 氯仿抽提。鈲是极强烈的蛋白质变性剂, 它几乎使所有遇到的蛋白质都变性。用苯酚和氯仿多次除净蛋白质。此法用于小量制备 rna。（ 2）用鈲盐 / 氯化铯将细胞抽提物进行密度梯度离心。蛋白质在最上层,dna 位于中间 ,rna 沉在底部。此法可制备较大量高纯度的天然rna。不

9、同功能rna常分布于细胞的不同部位 , 分离这些 rna常常先用差速离心法 , 将细胞核、线粒体、叶绿体、细胞质等各部分分开, 再从这些部分中分离出rna。3. 核酸中核苷酸的连接方式核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子, 无分支结构。 核酸中的核苷酸以磷酸二酯键彼此相连。dna中的脱氧核糖核苷酸，通过3 ,5 磷酸二酯键连接起来, 形成直线形或环形多聚体（如图2 3 2）。组成 rna的核苷酸也是以3 ,5 磷酸二酯键彼此连接起来的。（如图 2 3 3）图 2 3 2 dna 中多核苷酸链图 2 3 3 rna的一个小片段及缩写符号分子中一小段结构a.dna中多核苷酸链的一个小片段；b. 为竖

10、线式缩写；c. 为文字式缩写。2名校名 推荐4. 法医 dna指纹技术法医 dna指纹技术的检验开辟了生物物证检验的新领域，使法医学上的个人识别和亲子鉴定等难题达到个人同一认定的水平。该技术在法医dna分析领域内的非同位素标记探针、dna扩增、 str 位点的复合扩增、 mtdna的测序分析、小卫星区域 dna的数字编码、人类串联重复寡核苷酸探针等方面取得的成果，提高了我国法医 dna分析水平，达到国际领先或国际先进水平。该技术投入实际应用以来，已检案3 000 余起。为一大批重大疑难案件的侦破提供了科学依据。该技术解决了微量血液、 血斑及毛干指甲等特殊生物物证检材的法医dna检验难题，最少检

11、测量达到相当于0.02 l 血液、 0.1 cm 毛干， 0.1 立方毫米指甲；建立了短串联重复序列（strs）复合扩增及扩增片段长度多态性研究的实验方法，适用于极微量检材及腐败检材；建立了小卫星ms32mvrpcr方法，灵敏度极高，识别率达4.09 10 18，可进行个人同一认定，提供了一种亲权鉴定的方法，解决了微量生物物证个人同一认定问题；自行设计合成寡核苷酸重复序列片段，以pcr方法制备多聚体探针，经基因组dna指纹分析，获得可检测基因组 dna高度多态性的新探针，该技术能起到认定罪犯的作用，在侦察破案中意义重大，在实际办案中显示了巨大的社会效益。5. 生物特征指纹识别指纹是指人类手指上

12、出现的条状纹路。它们的形成依赖于胚胎发育时的环境。 “没有两个完全相同的指纹”这一观点已经得到公认。 指纹识别已经有了很长一段时间的历史。 目前，指纹鉴定已经被官方所接受在法律界成为一种有效的身份鉴定手段。 全球范围内都建立了指纹鉴定机构以及罪犯指纹数据库。 作为最传统、最成熟的生物鉴定方式，指纹有如下两个突出的优点：（ 1）稳定性：指纹具有很强的相对稳定性。从胎儿六个月指纹完全形成到尸体腐烂，指纹纹线类型、结构、统计特征的总体分布等始终没有明显变化。尽管随着年龄的增大，指纹在外形大小，纹线粗细上会产生一些变化， 局部纹线上也可能出现新的特征。 但从总体上看， 指纹是相对稳定的： 即使手指皮肤

13、受伤，只要不伤及真皮层，伤愈后纹线仍能恢复原状；如果伤及真皮，伤愈后形成的伤疤虽然破坏了纹线，但伤疤本身也形成了新的稳定特征。（ 2）独特性：指纹具有明显的独特性。至今仍找不出两个指纹完全相同的人。由于皮肤表皮上的纹路是在胎儿六个月的时候形成的，因此同卵双胞胎的指纹也是不相同的。不仅是人与人之间，同一个人的十指指纹也有明显的区别。根据指纹学理论，两枚指纹匹配上12 个特征的几率为 10 50，指纹最多可以用来区分 1 096 个人。指纹的这一特点，为指纹用于身份鉴定提供客观依据。基于指纹的身份鉴别系统是典型的模式识别系统。它包含两个主要的模块：训练模块和鉴别模块（鉴定或识别）。训练模块采集指纹

14、数据，提取代表这些数据的特征，将特征和相关的身份信息存入数据库；鉴别模块采集待识别样本的生物统计数据，提取特征，然后在数据库中根据提取的特征进行检索，找到最佳匹配（鉴定模式）或者根据用户所宣称的身份，从数据库中调出相应的特征，决定它们是否匹配。图2 3 4 给出了一个典型的基于指纹统计特征的身份鉴别系统。3名校名 推荐图 2 3 4 基于指纹的鉴别系统指纹身份鉴别系统有两种工作模式：鉴定模式和识别模式。身份鉴定是指确认用户声称的身份是否与其真实身份一致，即回答“我是某人吗”的问题；身份识别是指识别出用户的真实身份，即回答“我是谁”的问题。手指表面的皮肤凸凹不平产生的纹路就是指纹。从生理上看，纹

15、路是手指皮肤的凸起的部分（脊） ，纹路之间是凹下的部分（谷） 。因此，理想的指纹图像是一幅黑白相间的二值图像。但是，由于指纹通常是用按压的方式得到的，因此油墨不均匀、纸张不均匀、按压的压力不均匀、按压的位置和方向不同、手指的状况以及皮肤的变形等等都会导致指纹图像不理想。通过扫描仪或者摄像机进行数字化的时候，由于光照的影响，也会引入各种噪声。这些因素都使得灰度图像不能直接用来匹配。因此，有必要选择合适的特征来描述指纹。为了使指纹身份鉴别系统能工作，指纹的特征（表示）应具有如下性质：（ 1）保持指纹的独特性。（ 2）易于进行匹配；（ 3）对噪声具有一定的鲁棒性，对旋转、平移和变形具有不变性；（ 4）对不完整指纹具有鲁棒性；通常采用的有两种层次的结构特征：全局特征：全局特征描述的是指纹的全局纹路结构，具体如下：（ 1）弓型（ arch ）：平弓型（ plainarch ），帐弓型（ tentedarch ）；（ 2）箕型（ loop）：放射性箕型（ radialloop ），尺骨状箕（ ulnarloop ）；（ 3）斗型（whorl ）：平斗型（ plainwhorl），中心对称箕 （ centralpocketloop），双箕型（ doubleloop ）；（ 4）杂型。局部特征： 端点和分叉点是最常用的指纹局部结构特征，也称为细节特征。 采用这种特征的一个例