DNA是主要的遺傳物質(zhì) (4)

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1、第 3章 基 因 的 本 質(zhì)第 一 節(jié) DNA是 主 要 的 遺 傳 物 質(zhì) 孟 德 爾 通 過 豌豆 實(shí) 驗(yàn) 證 明 了生 物 的 性 狀 由 控 制。遺 傳 因 子 染 色 體摩 爾 根 通 過 果蠅 實(shí) 驗(yàn) 證 明 了基 因 位 于 上 。 科 學(xué) 家 發(fā) 現(xiàn) ： 染 色 體主 要 組 成 成 分 蛋 白 質(zhì) 和 DNA。DNA染 色 體 在 遺傳 上 的 連 續(xù)性 和 穩(wěn) 定 性蛋 白 質(zhì) 蛋 白 質(zhì) 的 基 本 組 成 單 位 氨 基 酸氨 基 酸 多 種 多 樣 的 排 列 可 能 蘊(yùn) 含 遺 傳 信 息蛋 白 質(zhì) 是 生 物 體 主 要 的 遺 傳 物 質(zhì) 實(shí) 驗(yàn) 材 料 ： 兩

2、 種 肺 炎 雙 球 菌 多糖類莢膜R型 菌菌 落 :粗 糙 無 莢 膜 ， 無 毒 S型 菌菌 落 :光 滑 ( mooth) 有 莢 膜 ， 有 毒 ，可 致 死( ough) 1.將 無 毒 性 的 R型 活 細(xì) 菌 注 射 到 小 鼠 體 內(nèi) ， 不 死 亡 。2.將 有 毒 性 S型 活 細(xì) 菌 注 射 到 小 鼠 體 內(nèi) ， 患 敗 血 癥 死 亡 。3.將 加 熱 殺 死 后 的 S型 細(xì) 菌 注 射 到 小 鼠 體 內(nèi) ， 不 死 亡 。4.將 無 毒 性 R型 活 細(xì) 菌 與 加 熱 殺 死 后 的 S型 細(xì) 菌 混 合 后 注 射 到 小 鼠 體 內(nèi) ， 小 鼠 患 敗 血

3、 癥 死 亡 。一 .格 里 菲 思 的 肺 炎 雙 球 菌 體 內(nèi) 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 已 經(jīng) 被 加 熱 殺 死 的 S型 細(xì) 菌 中 ，必 然 含 有 某 種 促 成 這 一 轉(zhuǎn) 化 的 活 性物 質(zhì) 轉(zhuǎn) 化 因 子格 里 菲 思 實(shí) 驗(yàn) 的 結(jié) 論 是 什 么 ? 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 ： 在 證 明 DNA還 是 蛋 白 質(zhì) 或 其 他 物質(zhì) 是 遺 傳 物 質(zhì) 的 實(shí) 驗(yàn) 中 最 關(guān) 鍵 的 設(shè) 計(jì)思 路 是 什 么 ？ 必 須 將 蛋 白 質(zhì) 、 其 他 物 質(zhì) 與DNA分 開 ， 單 獨(dú) 、 直 接 地 觀 察 它 們的 作 用 ， 才 能 確 定 究 竟 誰 是 遺 傳 物質(zhì) 。 多

4、糖 脂 類 蛋 白 質(zhì) RNA DNA加 熱 殺 死 的 S型 細(xì) 菌在 殺 死 的 S型 細(xì) 菌 中 含 有 哪 些 物 質(zhì) ？但 究 竟 哪 一 個(gè) 才 是 轉(zhuǎn) 化 因 子 呢 ？ 二 、 艾 弗 里 確 定 轉(zhuǎn) 化 因 子 的 實(shí) 驗(yàn)R型 細(xì) 菌R型 細(xì) 菌 只 長 R型 菌只 長 R型 菌R型 細(xì) 菌 S型 菌R型 細(xì) 菌S型 菌 的 DNAS型 菌 的蛋 白 質(zhì) 或 莢 膜 多 糖S型 菌 的DNA+DNA酶 R R R R R S R R S二 .艾 弗 里 確 定 轉(zhuǎn) 化 因 子 的 實(shí) 驗(yàn) 1944年DNA 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 ： “ 轉(zhuǎn) 化 因 子 ” 是 DNA， DNA才 是

5、 遺 傳 物 質(zhì) ， 而 蛋 白 質(zhì) 等 其 他 物 質(zhì) 不是 遺 傳 物 質(zhì) 。 （ 糾 正 了 一 個(gè) 生 物 界 的 錯(cuò) 誤 的 普 遍 共 識） 1、 加 入 DNA酶 的 組 意 圖 何 在 ？2、 分 析 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ， 能 得 出 什 么 結(jié) 論 ？ 艾 弗 里 的 實(shí) 驗(yàn) 引 起 了 人 們 的 注 意 ， 但是 ， 由 于 艾 弗 里 實(shí) 驗(yàn) 中 提 取 出 的 DNA， 純 度最 高 時(shí) 也 還 有 0.02%的 蛋 白 質(zhì) ， 因 此 ， 仍 有人 對 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 表 示 懷 疑 。有 沒 有 比 細(xì) 菌 更 為 簡 單 的 實(shí) 驗(yàn) 材 料？1952年 ， 以 為

6、 實(shí)驗(yàn) 材 料 ， 利 用 的 新 技術(shù) ， 完 成 了 另 一 個(gè) 更 具 有 說 服 力 的 實(shí) 驗(yàn) .思 維 碰 撞 噬 菌 體 的 結(jié) 構(gòu) 模 式 圖三.噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)噬 菌 體 中60%是 蛋 白 質(zhì) ,40%是 DNA. T2 噬 菌 體 的 特 點(diǎn) 是 一 種 專 門 寄 生 在 大 腸 桿 菌 體 內(nèi) 的 病 毒 頭 部 和 尾 部 的 外 殼 是 由 蛋 白 質(zhì) 構(gòu) 成 ， 頭 部 內(nèi) 含 有 DNA 在 自 身 遺 傳 物 質(zhì) 的 指 導(dǎo) 下 進(jìn) 行 繁 殖 ,原 料 來 自 大 腸 桿 菌 子 代 噬 菌 體 從 宿 主 細(xì) 胞 裂 解 釋 放 。 噬菌體大 腸 桿

7、 菌 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 的 動 態(tài) 過 程 ：侵 入 別 的 細(xì) 菌合 成 組 裝釋 放吸 附 侵 入 合 成 組 裝 釋 放吸 附 動 畫 首 先 ， 噬 菌 體 的 尾 端 吸附 在 細(xì) 菌 的 表 面侵 入 然 后 ， 噬 菌 體 通 過 尾 軸 把DNA全 部 注 進(jìn) 細(xì) 菌 體 內(nèi) ， 而 蛋白 質(zhì) 外 殼 則 留 在 細(xì) 菌 體 外 ， 不起 作 用 。 噬 菌 體 的 DNA 在 細(xì) 菌 體 內(nèi)， 使 細(xì) 胞 本 身 的 DNA 解 體 ， 同時(shí) 利 用 細(xì) 菌 的 化 學(xué) 成 分 合 成 噬菌 體 自 身 的 DNA和 蛋 白 質(zhì) ， 這 些 新 合 成 的 DNA

8、和蛋 白 質(zhì) 外 殼 組 裝 出 很 多 個(gè) 與親 代 一 模 一 樣 的 子 代 噬 菌 體。 最 后 ， 這 些 噬菌 體 由 于 細(xì) 菌 的 解體 而 被 釋 放 出 來 ，再 去 侵 染 其 他 的 細(xì)菌 。 1、 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 思 路 ：3、 實(shí) 驗(yàn) 過 程 ： 把 蛋 白 質(zhì) 和 DNA區(qū) 分 開 ， 直 接 地 、 單獨(dú) 地 觀 察 DNA和 蛋 白 質(zhì) 的 作 用(1)標(biāo) 記 細(xì)菌細(xì) 菌 +含 35S的 培 養(yǎng) 基細(xì) 菌 +含 32P的 培 養(yǎng) 基 含 35S的 細(xì) 菌含 32P的 細(xì) 菌(2)標(biāo) 記 噬 菌 體噬 菌 體 +含 35S的 細(xì) 菌噬 菌 體 +含 32P的 細(xì)

9、 菌 含 35S的 噬 菌 體含 32P的 噬 菌 體(3)噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌含 35S的 噬 菌 體 +細(xì) 菌含 32P的 噬 菌 體 +細(xì) 菌 :上 清 液 放 射 性 很 高 ,沉 淀 物 放 射 性 很 低上 清 液 放 射 性 很 低 ,沉 淀 物 放 射 性 很 高2、 實(shí) 驗(yàn) 方 法 ： 放 射 性 同 位 素 標(biāo) 記 法 三.噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) 標(biāo) 記 侵 染 攪 拌 離 心 ， 檢 測 噬 菌 體 比 大 腸 桿 菌 輕4、 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 實(shí) 驗(yàn) 的 檢 測 結(jié) 果： 上 清 液 ：沉 淀 物 ： 噬 菌 體細(xì) 菌 (外 殼 )(被 注 入 的 DNA

10、)35S標(biāo) 記 的 實(shí) 驗(yàn) 32P標(biāo) 記 的 實(shí) 驗(yàn)標(biāo) 記 部 位放 射 性情 況 上 清 液沉 淀 物 蛋 白 質(zhì) DNA有 放 射 性無 無有 放 射 性 上 清 液 “ 放 射 性 很 高 ” 沉 淀 物 “ 放 射 性 很 高 ” ？沉 淀 物 也 有 放 射 性 上 清 液 也 有 放 射 性 分 離 不 完 全(噬 菌 體 蛋 白 質(zhì) 外 殼 ) 釋 放 出 來 的 、 未 侵 染的 噬 菌 體/釋 放 的 /未 侵 染 的 )很 高 很 低很 低 很 高 DNA是 遺 傳 物 質(zhì)1928年 格 里 菲 思 體 內(nèi) 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn)1944年 艾 弗 里 體 外 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn)195

11、2年 赫 爾 希 、 蔡 斯 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 實(shí) 驗(yàn) DNA是 唯 一 的 遺 傳 物 質(zhì) 嗎 ？ 流 感 病 毒 SARS病 毒 煙 草 花 葉 病 毒下 面 這 些 生 物 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 什 么 ？ 背 景 知 識 ： 煙 草 花葉 病 毒 TMV是 由RNA和 蛋 白 質(zhì) 組 成的 ， 在 感 染 煙 草 時(shí) ，會 出 現(xiàn) 致 病 斑 。 煙 草 花 葉 病 毒 不 含 DNA， 只 有 RNA和 蛋 白質(zhì) ， 其 遺 傳 物 質(zhì) 是 什 么 ？煙 草 花 葉 病 毒 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 RNA思 路 :煙 草 花 葉 病 毒 的 RNA和 蛋 白 質(zhì) 區(qū) 分

12、開 ，直 接 地 、 單 獨(dú) 地 去 觀 察 他 們 各 自 的 作 用 ， 從而 判 斷 誰 才 是 遺 傳 物 質(zhì) 僅 RNA能 使 煙 草 產(chǎn) 生 原 樣 病 斑 僅 蛋 白 質(zhì) 能 使 煙 草 產(chǎn) 生 原 樣 病 斑 RNA和 蛋 白 質(zhì) 都 能 使 煙 草 產(chǎn) 生 原 樣 病 斑若 出 現(xiàn) 結(jié) 果 則 僅 RNA是 遺 傳 物 質(zhì) ； 若 出 現(xiàn) 結(jié) 果 則 僅 蛋 白 質(zhì) 是 遺 傳 物 質(zhì) ； 若 出 現(xiàn) 結(jié) 果 則 RNA和 蛋 白 質(zhì) 都 是 遺 傳 物 質(zhì)課 題 ： 探 究 煙 草 花 葉 病 毒 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 什 么 ？ 蛋 白 質(zhì)RNA分離 感 染煙 草感 染

13、煙 草 實(shí) 驗(yàn)結(jié) 果 出 現(xiàn) 病 斑不 出 現(xiàn) 病 斑實(shí) 驗(yàn)結(jié) 果 分 離分 離 重 組重 組 感染新 的 病 毒 產(chǎn) 生哪 種病 毒 ？ 四 .煙 草 花 葉 病 毒 重 建 實(shí) 驗(yàn) 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu)生 物 原 核 生 物真 核 生 物 遺 傳 物 質(zhì) 是 DNA非 細(xì) 胞 結(jié)構(gòu) 生 物 遺 傳 物 質(zhì) 是 RNA只 含 DNA的 病 毒 ：只 含 RNA的 病 毒 ：生物總 結(jié)4、 由 于 大 多 數(shù) 生 物 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 DNA， 所 以 說。 但 肺 炎 雙 球 菌 的 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 和 噬 菌 體 侵 染細(xì) 菌 的 實(shí) 驗(yàn) 只 能 證 明 。3、 在 只 含 RNA的 少

14、數(shù) 病 毒 （ 煙 草 花 葉 病 毒 、 HIV、 SARS、流 感 、 禽 流 感 ） 中 ， RNA才 作 為 遺 傳 物 質(zhì) 。2、 凡 是 具 有 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu) 的 生 物 ， 既 有 DNA， 又 有 RNA， 遺傳 物 質(zhì) 是 DNA1、 一 切 生 物 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 核 酸 4、 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 的 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 在 細(xì) 菌 內(nèi) 合 成 子 代 噬菌 體 蛋 白 質(zhì) 外 殼 DNA可 以 指 導(dǎo) 蛋 白 質(zhì) 的 合 成 。 1、 肺 炎 雙 球 菌 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 對 S菌 加 熱 處 理 ， DNA仍 具 有 生 物活 性 DNA分 子 結(jié)

15、構(gòu) 具 有 相 對 穩(wěn) 定 性 。2、 肺 炎 雙 球 菌 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 中 ， R型 細(xì) 菌 可 以 轉(zhuǎn) 化 生 成 S型 細(xì) 菌 DNA可 以 發(fā) 生 可 遺 傳 的 變 異 。3、 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 的 實(shí) 驗(yàn) 中 ， DNA在 親 代 與 子 代 噬 菌 體 中 具有 連 續(xù) 性 DNA可 以 發(fā) 生 復(fù) 制 ， 由 親 代 傳 遞 給 子 代 。作 為 遺 傳 物 質(zhì) 所 必 須 具 備 的 特 點(diǎn) : 選 擇 題 1、 關(guān) 于 病 毒 的 遺 傳 物 質(zhì) 的 敘 述 正 確 的 是A. 核 糖 核 酸 B. 脫 氧 核 糖 核 酸 或 核 糖 核 酸C.脫 氧 核 糖

16、核 酸 D. 脫 氧 核 糖 核 酸 和 核 糖 核 酸B2.生 物 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 ： ( ) A.DNA B.RNA C.核 酸 D. 蛋 白 質(zhì)C 3 注 射 后 能 使 小 白 鼠 因 患 敗 血 病 而 死 亡 的 是 （ ） A R型 肺 炎 雙 球 菌 B 加 熱 殺 死 后 的 R型 肺 炎 雙 球 菌 C 加 熱 殺 死 后 的 S型 肺 炎 雙 球 菌 D 加 熱 殺 死 后 的 S型 肺 炎 雙 球 菌 與 R型 細(xì) 菌 混 合D 4、 用 噬 菌 體 去 侵 染 內(nèi) 含 有 32P的 細(xì) 菌 ， 在 細(xì) 菌 解 體 后， 含 32P的 應(yīng) 是 ( )A、 子 代

17、 噬 菌 體 DNA B、 子 代 噬 菌 體 蛋 白 質(zhì) 外 殼C、 子 代 噬 菌 體 所 有 部 分 D、 子 代 噬 菌 體 不 含 32P5、 用 噬 菌 體 去 感 染 內(nèi) 含 大 量 3H的 細(xì) 菌 ， 待 細(xì) 菌 解 體后 ， 3H應(yīng) ( ) A、 隨 細(xì) 菌 的 解 體 而 消 失 B、 發(fā) 現(xiàn) 于 噬 菌 體 外 殼 和 DNA中 C、 僅 發(fā) 現(xiàn) 于 噬 菌 體 的 DNA中 D、 僅 發(fā) 現(xiàn) 于 噬 菌 體 的 外 殼 中AB 6、 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 的 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 子 代 噬 菌 體 的 蛋 白 質(zhì) 外殼 是 ( )A.在 噬 菌 體 DNA的 指 導(dǎo)

18、下 ， 用 細(xì) 菌 的 物 質(zhì) 合 成 的B.在 細(xì) 菌 DNA的 指 導(dǎo) 下 ， 用 細(xì) 菌 的 物 質(zhì) 合 成 的C.在 噬 菌 體 DNA的 指 導(dǎo) 下 ， 用 噬 菌 體 的 物 質(zhì) 合 成 的D.在 細(xì) 菌 DNA的 指 導(dǎo) 下 ， 用 噬 菌 體 的 物 質(zhì) 合 成 的【 解 析 】 當(dāng) 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 時(shí) ， 注 入 到 細(xì) 菌 細(xì) 胞 內(nèi) 的 只 有 噬 菌 體 DNA， 子代 噬 菌 體 的 蛋 白 質(zhì) 外 殼 和 DNA都 是 在 噬 菌 體 DNA的 指 導(dǎo) 下 ， 用 細(xì) 菌 的 氨 基 酸 和脫 氧 核 苷 酸 合 成 的 。【 答 案 】 A 7、 某

19、科 學(xué) 家 做 “ 噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 實(shí) 驗(yàn) ” 時(shí) ， 分 別 用 同 位 素 32P和35S做 了 標(biāo) 記 (見 下 表 )： 此 實(shí) 驗(yàn) 所 得 結(jié) 果 是 子 噬 菌 體 和 母 噬 菌 體 的 外 形 及 侵 染 細(xì) 菌 的 特 性均 相 同 。 請 分 析 ：(1)子 噬 菌 體 的 DNA分 子 中 含 有 的 上 述 元 素 是 ；(2)子 噬 菌 體 的 蛋 白 質(zhì) 分 子 中 含 有 的 上 述 元 素 是 ；(3)此 實(shí) 驗(yàn) 說 明 了 。 【 答 案 】 (1) 32P、 31P (2)35S (3)DNA是 遺 傳 物 質(zhì) 噬 菌 體 成 分 細(xì) 菌 成 分

20、 核 苷 酸 標(biāo) 記 32P 31P 氨 基 酸 32S標(biāo) 記 35S 肺 炎 雙 球 菌 實(shí) 驗(yàn) 的 評 價(jià)1、 遵 循 了 嚴(yán) 格 的 對 照 原 則 和 單 因 子 變 量 原 則2、 科 學(xué) 的 思 路 ：發(fā) 現(xiàn) 問 題 提 出 假 設(shè) 設(shè) 計(jì) 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證 得 出 結(jié) 論 體 內(nèi) 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 體 外 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn)探 究 實(shí) 驗(yàn) 的 基 本 步 驟格 里 菲 思 ，體 內(nèi) 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 艾 弗 里 ，體 外 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn) 原 理 和 方 法蛋 白 質(zhì) 的 組 成 元 素 ：D N A 的 組 成 元 素 ： （ 標(biāo) 記 32p）（ 標(biāo) 記 35s ）標(biāo) 記 噬 菌

21、體 方 法 ：v在 分 別 含 有 放 射 性 同 位 素 32p 和 35s的 培 養(yǎng) 基中 培 養(yǎng) 細(xì) 菌v分 別 用 上 述 細(xì) 菌 培 養(yǎng) T2噬 菌 體 ， 制 備 含 32p 的 噬 菌 體 和 含 35s的 噬 菌 體 同 位 素 標(biāo) 記 法 標(biāo) 記 細(xì) 菌 標(biāo) 記 噬 菌 體噬 菌 體 侵 染 細(xì) 菌 （ 短 時(shí) 間 保 溫 ）攪 拌 離 心 觀 察 放 射 性 的 分 布“ 短 時(shí) 間 ” ： 保 證 子 代 噬 菌 體 的 DNA和 蛋 白 質(zhì) 在 大 腸 桿 菌 中 正 處 于 合 成階 段 ， 子 代 噬 菌 體 還 沒 有 組 裝 好 ，或 雖 已 經(jīng) 組 裝 但 并 未 使 細(xì) 菌 發(fā) 生 裂解 “ 保 溫 ” ： 為 噬 菌 體 培 養(yǎng) 提 供 適 宜的 恒 定 的 溫 度 ， 以 保 證 酶 的 活 性 。 攪 拌 的 目 的 ： 使 吸 附 在細(xì) 菌 上 的 噬 菌 體 顆 粒 與細(xì) 菌 分 離 離 心 的 目 的 ： 讓 上 清 液 中析 出 重 量 較 輕 的 噬 菌 體 顆粒 ， 而 離 心 管 的 沉 淀 物 中留 下 被 感 染 的 大 腸 桿 菌 。 內(nèi) 部 DNA不 存 在了 的 噬 菌 體 外 殼