一轮复习DNA是主要的遗传物质(上课用).ppt

第三单元第三单元 基因的本质与基因的表达基因的本质与基因的表达第一讲第一讲 DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质一、一、DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据1 1间接证据间接证据(早期推测早期推测)A:蛋白质蛋白质是遗传物质是遗传物质(20世纪世纪20年代年代)各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的成不同的 。氨基酸多种多样的。氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着排列顺序，可能蕴含着 。蛋白质蛋白质遗传信息遗传信息推测：推测：是遗传物质。是遗传物质。蛋白质蛋白质一、一、DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据1 1间接证据间接证据(早期推测早期推测)稳定稳定DNA蛋白质蛋白质DNADNA连续连续B:DNA是遗传物质是遗传物质遗传物质必须具备的特点遗传物质必须具备的特点1 1、具有存储巨大数量信息的可能、具有存储巨大数量信息的可能2 2、在生长和繁殖过程中能精确的、在生长和繁殖过程中能精确的自我复制自我复制3 3、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性、能指导蛋白质的合成从而控制生物的性 状和新陈代谢状和新陈代谢4 4、分子结构相对稳定（但特殊情况下能产、分子结构相对稳定（但特殊情况下能产 生变异）生变异）问题：两种不同的推测如何求证呢？问题：两种不同的推测如何求证呢？一、一、DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据2直接证据直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验格里菲思转化实验(体内转化体内转化)菌落菌落荚膜荚膜毒性毒性R R型细菌菌落型细菌菌落粗糙粗糙无多糖荚膜无多糖荚膜 S S型细菌菌落型细菌菌落光滑光滑有多糖荚膜有多糖荚膜两种菌落的比较两种菌落的比较无毒无毒有毒有毒2直接证据直接证据 (1)肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 格里菲思转化实验格里菲思转化实验(体内转化体内转化)注入注入注入注入R R R R型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠不死亡不死亡不死亡不死亡。注入注入注入注入S S S S型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠型活细菌，小鼠死亡死亡死亡死亡。RRRR型活细菌和加热杀死的型活细菌和加热杀死的型活细菌和加热杀死的型活细菌和加热杀死的S S S S型细菌混合后注入，小型细菌混合后注入，小型细菌混合后注入，小型细菌混合后注入，小鼠鼠鼠鼠死亡死亡死亡死亡。注入加热杀死的注入加热杀死的注入加热杀死的注入加热杀死的S S S S型细菌，小鼠型细菌，小鼠型细菌，小鼠型细菌，小鼠不死亡不死亡不死亡不死亡。实验结论：实验结论：已经被已经被加热杀死的加热杀死的S型细菌中型细菌中，必然含有某，必然含有某种促成这一转化的活性物质种促成这一转化的活性物质实验结果：从第四组小鼠体内分理处实验结果：从第四组小鼠体内分理处S型活细型活细菌菌转化因子转化因子(1)(1)在加热杀死的在加热杀死的S S型细菌中，其型细菌中，其蛋白质变性失活蛋白质变性失活，而，而DNADNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却在加热过程中，双螺旋解开，氢键被打开，但缓慢冷却时，其时，其结构可恢复结构可恢复。(2)(2)转化的实质并不是基因发生突变，而是转化的实质并不是基因发生突变，而是S S型细菌的型细菌的DNADNA片段整合到了片段整合到了R R型细菌的型细菌的DNADNA中，即实现了中，即实现了基因重组基因重组。(3)(3)在转化过程中并不是所有的在转化过程中并不是所有的R R型细菌均转化成型细菌均转化成S S型细菌，型细菌，而是只有而是只有少部分少部分R R型细菌转化为型细菌转化为S S型细菌型细菌。原因是转化受。原因是转化受DNADNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。影响。加热灭活的加热灭活的S菌为什么能让菌为什么能让R型菌转变成型菌转变成S菌？菌？本实验体现了一个完整的科学发现过程的一本实验体现了一个完整的科学发现过程的一部分，即部分，即发现问题发现问题 提出假说提出假说实验验实验验证证得出结论得出结论的前两步，后两步由艾弗里的前两步，后两步由艾弗里完成。完成。如果请你设计一个实验来确定如果请你设计一个实验来确定转化因子转化因子，你，你的实验设计思路是什么的实验设计思路是什么?艾弗里转化实验艾弗里转化实验(体外转化体外转化)S S S S型型 细细 菌菌型型 细细 菌菌分分别别与与分分别别与与R R R R 型型活活细细菌菌培培养养型型活活细细菌菌培培养养R R型型R R型型R R型型与与S S型型分分分分 离离离离 多糖多糖多糖多糖蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质DNADNADNADNADNADNA酶酶酶酶R R型型艾弗里转化实验艾弗里转化实验(体外转化体外转化)实验结果：实验结果：只有加入只有加入DNA才转化；才转化；DNA越纯，转化越有效；越纯，转化越有效；用用DNA酶处理酶处理DNA，不再转化。，不再转化。实验结论实验结论:转化因子是转化因子是DNADNA。艾弗里转化实验艾弗里转化实验(体外转化体外转化)艾弗里的实验设计有什么巧妙之处？艾弗里的实验设计有什么巧妙之处？把把DNADNA和蛋白质分开，和蛋白质分开，单独地、直接地单独地、直接地观观察察DNADNA的作用；的作用；设计对照实验，设计对照实验，用用DNADNA酶处理酶处理，观察，观察DNADNA的的作用。作用。2 2 2 2、将加热杀死的、将加热杀死的、将加热杀死的、将加热杀死的S S S S型细菌与型细菌与型细菌与型细菌与R R R R型细菌混合后，注射到小型细菌混合后，注射到小型细菌混合后，注射到小型细菌混合后，注射到小鼠体内，在小鼠体内鼠体内，在小鼠体内鼠体内，在小鼠体内鼠体内，在小鼠体内S S S S型、型、型、型、R R R R型细菌的含量变化情况如图型细菌的含量变化情况如图型细菌的含量变化情况如图型细菌的含量变化情况如图所示：所示：所示：所示：a a、从免疫学角度解释：、从免疫学角度解释：曲线曲线abab段下降的原因是段下降的原因是R R型菌被小鼠的免疫系统所消灭型菌被小鼠的免疫系统所消灭b b、曲线、曲线bcbc段上升的原因是段上升的原因是部分部分R R型细菌转化型细菌转化为有毒为有毒S S型细菌后在小鼠体内增殖，导致小鼠型细菌后在小鼠体内增殖，导致小鼠的免疫力下降的免疫力下降0含量含量时间时间abcR型细菌型细菌S型细菌型细菌艾弗里转化实验艾弗里转化实验(体外转化体外转化)艾弗里的实验有什么不足之处？艾弗里的实验有什么不足之处？受技术限制受技术限制DNA无法无法100%提纯，总含少量提纯，总含少量蛋白质。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。蛋白质。因此，仍有人对实验结论表示怀疑。三、三、噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验1952年赫尔希和沙斯年赫尔希和沙斯 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验噬菌体侵染大肠杆菌的实验 实验方法实验方法:同位素标记法同位素标记法 同位素用于追踪物质运行和变化过程同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。用示踪元素标记时，叫做示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的性质，对有关的一根据这种化合物的性质，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。究方法叫做同位素标记法。在在T2 2噬菌体的化学分析中噬菌体的化学分析中,对蛋对蛋白质和白质和DNA的进一步分析表明的进一步分析表明:硫仅存在于蛋白质分子中硫仅存在于蛋白质分子中,99%的磷都存在于的磷都存在于DNA分子中分子中.1.用哪些同位素标记用哪些同位素标记DNA和蛋白质和蛋白质?提示：提示：DNA有，但多数蛋白质没有的元素是哪种？只有，但多数蛋白质没有的元素是哪种？只有蛋白质有，而有蛋白质有，而DNA没有的元素又是哪种？没有的元素又是哪种？用用35S标记部分噬菌体的标记部分噬菌体的蛋白质蛋白质，用用32P标记部分噬菌体的标记部分噬菌体的DNA。怎样用同位素分别标记怎样用同位素分别标记DNA和蛋白质和蛋白质?1.用分别放有用分别放有35S 和和32P的培养基的培养基培养细菌培养细菌2.用噬菌体分别侵染上述细菌用噬菌体分别侵染上述细菌3.制备分离只含制备分离只含35S或只含或只含32P的噬菌体的噬菌体（2）实验过程：）实验过程：蛋白质含蛋白质含35S的噬菌体的噬菌体+细菌细菌(未标记未标记)上清液上清液(T2噬菌体颗粒噬菌体颗粒)-含放射性物质含放射性物质35S沉淀沉淀被感染的细菌和被感染的细菌和新形成的噬菌体新形成的噬菌体-未检测到未检测到35S说明蛋白质外壳并没有进入到细菌内说明蛋白质外壳并没有进入到细菌内离心离心用放射性同位素用放射性同位素35S标记噬菌体外壳蛋白质标记噬菌体外壳蛋白质用放射性同位素用放射性同位素32P标记内部标记内部DNADNA含含32P的噬菌体的噬菌体+细菌细菌(未标记未标记)(T2噬菌体颗粒噬菌体颗粒)-未检测到未检测到32P被感染的细菌和新形成被感染的细菌和新形成的噬菌体中的噬菌体中-检测到检测到32P说明说明DNA进入到细菌内去了进入到细菌内去了离心离心蔡斯和赫尔希的实验设计：蔡斯和赫尔希的实验设计：2 2、在噬菌体侵、在噬菌体侵染细菌后、大肠杆菌裂解前搅拌，使细菌染细菌后、大肠杆菌裂解前搅拌，使细菌外的噬菌体与细菌分离；外的噬菌体与细菌分离；3 3、取上清液和沉淀物分别检测其放射性，、取上清液和沉淀物分别检测其放射性，结果如下：结果如下：分组分组分组分组噬菌体的标记噬菌体的标记噬菌体的标记噬菌体的标记上清液上清液上清液上清液沉淀物沉淀物沉淀物沉淀物A A3535S S很高很高很高很高很低很低很低很低B B3232P P很低很低很低很低很高很高很高很高结论：结论：才是真正的遗传物质才是真正的遗传物质DNA3 3、根据蔡斯和赫尔希的实验设计回答下列问题：、根据蔡斯和赫尔希的实验设计回答下列问题：上清液和沉淀物中的成分分别是上清液和沉淀物中的成分分别是 和和 ，原因是：，原因是：。进入细菌体内的是噬菌体的进入细菌体内的是噬菌体的 ,依据是：依据是：。该实验能否证明该实验能否证明DNADNA是遗传物质？能否证明蛋白质不是遗传物质？能否证明蛋白质不是物质？是物质？噬菌体外壳噬菌体外壳细菌细菌两者密度不同两者密度不同DNA放射性放射性3232P P存在于沉淀物中存在于沉淀物中只能证明只能证明DNADNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳未进入细菌。传物质，因为蛋白质外壳未进入细菌。练习：练习：二、二、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1.RNA1.RNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)对烟草对烟草的感染与重建的感染与重建 烟草花叶病毒烟草花叶病毒(简称简称TMV)TMV)，其基本成分是蛋白质和，其基本成分是蛋白质和RNARNA，体内无，体内无DNADNA。为查明其遗传物质，。为查明其遗传物质，19571957年格勒和施年格勒和施拉姆进行了如下实验：拉姆进行了如下实验：(1)(1)实验一实验一二、二、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1.RNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据结论：烟草花叶病毒的遗传物质是结论：烟草花叶病毒的遗传物质是 。二、二、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1.RNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据(2)(2)实验二实验二RNA2 2DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质普遍性规律普遍性规律(1)(1)一切生物的遗传物质是核酸一切生物的遗传物质是核酸(DNA(DNA或或RNA)RNA)。(2)(2)凡细胞生物凡细胞生物(不论是真核生物还是原核生物不论是真核生物还是原核生物)，其遗传，其遗传物质都是物质都是DNADNA，其细胞中的，其细胞中的RNARNA只是遗传信息表达的媒介。只是遗传信息表达的媒介。(3)DNA(3)DNA病毒病毒(如噬菌体如噬菌体)的遗传物质是的遗传物质是DNADNA；只有极少数；只有极少数RNARNA病毒的遗传物质是病毒的遗传物质是RNARNA。结论：绝大多数生物的遗传物质是结论：绝大多数生物的遗传物质是DNADNA，即，即DNADNA是主要是主要的遗传物质。的遗传物质。二、二、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质返返回回1.1.肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验(1)(1)加热杀死的加热杀死的S S型细菌能使型细菌能使R R型活细菌发生转化的原型活细菌发生转化的原因：因：加热到一定温度，蛋白质的分子结构加热到一定温度，蛋白质的分子结构(空间结空间结构构)会被破坏而变性，从而丧失生物活性。因此，会被破坏而变性，从而丧失生物活性。因此，加加热引起蛋白质变性是导致热引起蛋白质变性是导致S S型细菌死亡的原因型细菌死亡的原因。SS型细菌体内的型细菌体内的DNADNA热稳定性较高热稳定性较高，把，把DNADNA溶液加热至溶液加热至沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢沸点，可使其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺冷却，分离的单链又可部分地得以重聚，恢复其双螺旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致旋结构。因此，在一定温度范围内，加热不会导致DNADNA变性。变性。当与当与R R型细菌混合培养时，型细菌混合培养时，S S型细菌型细菌DNADNA进入进入R R型细菌型细菌体内，这叫体内，这叫DNADNA的转化的转化。1.肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验2 2噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验(1)(1)用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌用放射性元素无法直接标记无自主代谢能力的噬菌体，体，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，只有用相关元素标记其宿主，再让噬菌体侵染宿主，才能使其增殖，子代被标记。才能使其增殖，子代被标记。(2)(2)噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：噬菌体在宿主细胞中的增殖过程包括：吸附吸附注注入入合成合成装配装配释放。释放。(3)(3)从组成化合物的元素可知，从组成化合物的元素可知，S S只存在于某些蛋白质中，只存在于某些蛋白质中，P P主要分布于主要分布于DNA(DNA(核酸核酸)中，故可用其同位素标记两种成中，故可用其同位素标记两种成分。分。(4)(4)虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不虽然细菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验方法不同同(前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪前者为直接分离培养法，后者为放射性同位素示踪法法)，但，但思路基本一致且都遵循了对照原则思路基本一致且都遵循了对照原则。(5)(5)两个实验的结论都是两个实验的结论都是DNADNA是遗传物质是遗传物质2噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验实验过程中排除干扰因素的常用方法实验过程中排除干扰因素的常用方法将各种物质分开来分别实验。将各种物质分开来分别实验。用同位素进行示踪用同位素进行示踪(如在噬菌体侵染细菌的实验如在噬菌体侵染细菌的实验中用中用3232P P和和3535S S分别标记分别标记DNADNA和蛋白质和蛋白质)。利用酶的专一性除去某些干扰物质利用酶的专一性除去某些干扰物质(如在肺炎双如在肺炎双球菌的转化实验中选用球菌的转化实验中选用DNADNA酶降解酶降解DNADNA作对照实验作对照实验)。