【课件】DNA是主要的遗传物质+课件高一下学期生物人教版必修2.pptx
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1、3.1DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质DNA蛋白质染色体噬菌体结构简图核酸DNA外壳蛋白质第三章第三章 基因的本质基因的本质染色质阐明阐明DNADNA是主要是主要的遗传物质的探的遗传物质的探索过程索过程说明说明DNADNA是主要是主要的遗传物质的遗传物质说明说明自变量自变量控制控制中的中的加法原理和加法原理和减法原理减法原理1909年:摩尔根通过果蝇实验证明:基因位于 上。19世纪中期:孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由 控制。1903年:萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说:基因位于 上。20世纪中期:科学家发现:染色体主要组成成分:。遗传因子染色体染色体DNA和蛋白质DNA?蛋白质蛋白
2、质DNA是主要的遗传物质01遗传物质的早期推测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。蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子;氨基酸多种多样的排列组合方式可能蕴含着遗传信息。没发现其他大分子有类似的结构特点。一、对遗传物质的早期推测20世纪30年代,科学家发现:DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子;组成DNA的脱氧核苷酸有4种;每种脱氧核苷酸都有特定的碱基。一、对遗传物质的早期推测是蛋白质!是DNA要通过要通过实验实验证明证明DNADNA还是蛋白质还是蛋白质或其他物质或其他物质是遗传物质,最是遗传物质,最关键的设计思路关键的设计思路是什么?是什么?必须必须将蛋白
3、质、其他物质与将蛋白质、其他物质与DNADNA分开,分开,单独、直接地观察它们的作用,单独、直接地观察它们的作用,才能确定究竟谁是遗传物质。才能确定究竟谁是遗传物质。证明证明DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验格里菲思体内转化实验艾弗里的体外转化实验格里菲思格里菲思艾弗里艾弗里赫尔希赫尔希蔡斯蔡斯肺炎链球菌的转化实验噬菌体侵染细菌的实验DNA是主要的遗传物质01遗传物质的早期推测02肺炎链球菌的转化实验20世纪初,肺炎大爆发,美国每年有世纪初,肺炎大爆发,美国每年有5万人因肺炎去世。而引发肺炎的万人因肺炎去世。而引发肺炎的罪魁祸首是罪魁祸首是肺炎链球菌肺炎链球菌。肺炎链球菌能引起人的肺
4、炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀肺炎链球菌能引起人的肺炎和呼吸系统的疾病。对小鼠也有极大的杀伤力,伤力,使小鼠患肺炎,并发败血症死亡使小鼠患肺炎,并发败血症死亡。肺炎链球菌肺炎链球菌小鼠死亡小鼠死亡格里菲思实验材料:小鼠和肺炎链球菌固体固体培养基培养基菌落与培养基菌落与培养基液体液体培养基培养基实验材料:两种肺炎链球菌 多糖类荚膜R型菌S型菌R型S型表面多糖类荚膜毒性光滑粗糙有无有无二、肺炎链球菌的转化实验光滑光滑Smooth粗糙粗糙Rough 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜(R)的肺炎链球菌,感染人体或动物体后,容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜(S)的肺炎链球菌可
5、抵抗吞噬细胞的吞噬,有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。第一组不死亡说明R型细菌第二组死亡说明S型细菌第三组不死亡说明加热致死的S型细菌第四组死亡说明注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射格里菲思体内转化实验格里菲思体内转化实验对照原则单一变量原则1 1、格里菲思、格里菲思肺炎链球菌的肺炎链球菌的体内转化实验体内转化实验R 型活细菌 +S 型死菌S 型活细菌转化某种物质S 型活细菌繁殖1.加热杀死的S型细菌含有某种促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。(教材(教材P43)格里菲思的实验说明了:究竟是什么物质呢?转化因子2.这种性状的转化是可
6、以遗传的。弗雷德里克格里菲斯(FrederickGriffith)格里菲思体内转化实验格里菲思体内转化实验1 1、格里菲思、格里菲思肺炎链球菌的肺炎链球菌的体内转化实验体内转化实验体外转化多糖脂质 蛋白质RNA DNA多糖蛋白质RNADNA脂质加热杀死的S型细菌关键思路:把S型细菌的各种物质分开,单独的、直接的观察它们的作用。03艾弗里思考1:在杀死的S型细菌中含有哪些物质?思考2:哪一个才是转化因子呢?那如何才能在这些物质中将它找出来呢?你有何想法?【知识链接【知识链接】艾弗里(O.Avery,美国)20世纪40年代(体外转化实验):将加热致死的S型菌破碎后,首先设法去除绝大部分糖类、蛋白质
7、和脂质,制成细胞提取物,然后作用于R型细菌,观察它们的作用,才能确定DNA是不是遗传物质。但是当时的技术有限,并不能彻底提纯这些物质,因此,可以通过酶解法,将物质一个个的排除,通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子,这就是实验设计的“减法原理”(P46)有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取液第一组+S型细菌R型细菌第二至四组+S型细菌R型细菌混合混合第五组+混合只长R型细菌DNA酶蛋白酶(或RNA酶、酯酶)2 2、艾弗里和他的同事、艾弗里和他的同事肺炎链球菌的肺炎链球菌的体外转化体外转化实验实验第一组有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+第二至四组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+
8、混合混合第五组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混合DNA酶蛋白酶(或RNA酶、酯酶)S型细菌R型细菌S型细菌R型细菌只长R型细菌对照原则、单一变量原则肺炎链球菌体外转化实验肺炎链球菌体外转化实验2 2、艾弗里和他的同事、艾弗里和他的同事肺炎链球菌的肺炎链球菌的体外转化体外转化实验实验 实验过程归纳结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质;2.被转化的R型菌只是少量,在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中,R型菌的菌落占多数;注意:1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质,同时证明了蛋白质等不是遗传物质;2 2、艾弗里和他的同事、艾弗里和他的同事肺炎链球菌的肺炎链球菌
9、的体外转化体外转化实验实验S型菌荚膜控制荚膜形成的X基因加热杀死被破坏的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因进入R型菌重组R型菌转化成S型菌蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 的温度范围内,蛋白质失活,DNA双链解开;当温度恢复至室温后,DNA双链能够重新恢复,但蛋白质的活性无法恢复。注意:只是少数R型细菌转化为S型细菌知识拓展 R型细菌转化为S型细菌的本质:基因重组将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后注射到小鼠体内,:ab段:小鼠体内还没形成大量的R型细菌的抗体,R型细菌数量增多。bc段:,。cd段:已有少量R型细菌转化为S型细菌,S型细菌能降低小鼠的免疫力,R型细菌大量繁殖
10、。P46自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”应用场景:对照实验加法原理:与常态比较,人为增加某种影响因素。(eg.比较过氧化氢在不同条件下的分解实验)减法原理:与常态比较,人为去除某种影响因素。(eg.艾弗里的肺炎链球菌转化实验)科学方法第一组不死亡说明R型细菌第二组死亡说明S型细菌第三组不死亡说明加热致死的S型细菌第四组死亡说明注射R型活细菌注射S型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射1 1格里菲思体内转化实验格里菲思体内转化实验对照原则单一变量原则加法原理第一组有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+第二至四组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混
11、合混合第五组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混合DNA酶蛋白酶(或RNA酶、酯酶)S型细菌R型细菌S型细菌R型细菌只长R型细菌对照原则、单一变量原则肺炎链球菌体外转化实验肺炎链球菌体外转化实验减法原理每个实验组特异性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,就利用了自变量控制中的“减法原理”项目体内转化实验体外转化实验培养细菌在小鼠体内体外培养基实验对照R型细菌与S型细菌的致病性对照S型细菌各组成成分的作用进行对照巧妙构思用加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合注入小鼠体内,与用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验,说明确实发生了转化每个实验组用酶解法特异性地去除了一种物质,从
12、而鉴定出DNA是遗传物质实验结论S型细菌体内有“转化因子”S型细菌的DNA是遗传物质联系所用材料相同体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸两实验都遵循对照原则、单一变量原则肺炎链球菌体内转化实验和体外转化实验的比较请完成任务纸1(2021高高考考全全国国卷卷乙乙改改编编)在在格格里里菲菲思思所所做做的的肺肺炎炎链链球球菌菌转转化化实实验验中中,无无致致病病性性的的R型型活活细细菌菌与与被被加加热热致致死死的的S型型细细菌菌混混合合后后注注射射到到小小鼠鼠体体内内,从从小小鼠鼠体体内内分分离离出出了了有有致致病病性性的的S型型活活细细菌菌。某某同同学学根根据据上上述述
13、实实验验,结结合合现现有生物学知识所做的下列推测中,不合理的是有生物学知识所做的下列推测中,不合理的是()A与与R型细菌相比,型细菌相比,S型细菌的致病性可能与多糖类的荚膜有关型细菌的致病性可能与多糖类的荚膜有关BS型细菌的型细菌的DNA能够进入能够进入R型细菌细胞指导蛋白质的合成型细菌细胞指导蛋白质的合成C加热致死加热致死S型细菌使其蛋白质功能丧失而型细菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响功能可能不受影响D将将S型细菌的型细菌的DNA经经DNA酶处理后与酶处理后与R型细菌混合,可以得到型细菌混合,可以得到S型细菌型细菌D2艾艾弗弗里里及及其其同同事事用用R型型和和S型型肺肺炎炎链链球
14、球菌菌进进行行实实验验,如如下下表表所所示示。下下列列说法错误的是说法错误的是()实验组号接种菌型加入物质R型S型细菌的细胞提取物R型蛋白酶R型RNA酶R型酯酶R型DNA酶A均会出现均会出现S型活细菌型活细菌B利用了酶的专一性利用了酶的专一性C实验设计严格遵循了单一变量原则实验设计严格遵循了单一变量原则D通过本实验说明通过本实验说明DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质D3.枯草杆菌具有不同类型,其中一种类型能合成组氨酸。将从这种菌中 提取的某种物质,加入培养基中,培养不能合成组氨酸的枯草杆菌,结 果获得了活的能合成组氨酸的枯草杆菌。这种物质可能是()A.多肽B.多糖C.组氨酸D.DNAD4.
15、某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验,进行了以下某研究人员模拟肺炎链球菌转化实验,进行了以下4个实验:个实验:R型细菌的型细菌的DNADNA酶酶加入加入S型细菌型细菌注射入小鼠注射入小鼠S型细菌的型细菌的DNADNA酶酶加入加入R型细菌型细菌注射入小鼠注射入小鼠R型细菌型细菌DNA酶酶高温高温加热后冷却加热后冷却加入加入S型细菌的型细菌的DNA注射入小鼠注射入小鼠S型细菌型细菌DNA酶酶高温加热后冷却高温加热后冷却加入加入R型细菌的型细菌的DNA注射入小鼠注射入小鼠以上以上4个实验中小鼠的情况依次是个实验中小鼠的情况依次是()A存活、存活、存活、死亡存活、存活、存活、死亡B死亡、存活、存活、存活死
16、亡、存活、存活、存活C死亡、死亡、存活、存活死亡、死亡、存活、存活 D存活、死亡、存活、死亡存活、死亡、存活、死亡B思考思考:有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开,单独去观察它们的作用呢?1952年,赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记的技术,完成了另一个有说服力的实验。艾弗里的实验引起了人们的注意。但是,由于艾弗里实艾弗里的实验引起了人们的注意。但是,由于艾弗里实验验中中无法真正提取无法真正提取出出纯纯DNADNA来进一步验证遗传物质就是来进一步验证遗传物质就是DNADNA,因此,因此,仍有人对实验结论表示,仍有人对实验结论表示怀疑。怀疑。噬菌体侵染细菌0
17、1遗传物质的早期推测02肺炎链球菌转化实验03噬菌体侵染细菌的实验DNA是主要的遗传物质实验材料实验材料:T2噬菌体 大肠杆菌噬菌体侵染细菌的实验(赫尔希和蔡斯)选材的原因:结构简单,细菌是单细胞生物,病毒无细胞结构,只有核酸和蛋白质外壳,易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。繁殖快,细菌20-30min就可繁殖一代,病毒短时间内可大量繁殖。为什么?细菌病毒,专门寄生在大肠杆菌蛋白质的组成元素:DNA的组成元素:C、H、O、N、SC、H、O、N、P(含S)(含P)用32P标记用35S标记 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。1.噬菌体的结构模式图 大肠杆菌T2噬菌体侵染大肠杆
18、菌的过程1、吸附2、注入3、合成4、组装5、释放T2噬菌体的增殖增殖需要的条件内容模板 的DNA合成T2噬菌体DNA原料 提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料_场所_T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸大肠杆菌的核糖体T2噬菌体侵染细菌实验哪一种物质进入哪一种物质进入了大肠杆菌体内了大肠杆菌体内?DNA和蛋白质不能和蛋白质不能直接看到,怎么办直接看到,怎么办?放射性分别标记放射性分别标记DNA和蛋白质和蛋白质选择什么元素进选择什么元素进行放射性标记行放射性标记实验方法:放射性同位素标记实验方法:放射性同位素标记组成元素蛋白质:DNA:C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P可以直
19、接标记噬菌体吗?不可以,噬菌体是病毒,无法单不可以,噬菌体是病毒,无法单独在培养基上存活,应用含被标记的独在培养基上存活,应用含被标记的大肠杆菌培养基培养噬菌体大肠杆菌培养基培养噬菌体v在分别含有32P和35S的培养基中培养细菌v分别用上述细菌培养T2噬菌体,制备含32P的噬菌体和含35S的噬菌体标记噬菌体方法:直接用含有放射性同位素直接用含有放射性同位素的培养基来培养噬菌体。的培养基来培养噬菌体。1 1、先、先培养标记细菌培养标记细菌2 2、再、再培养标记噬菌体培养标记噬菌体不能,噬菌体只能寄生在活细胞中,不能在培养基上存活。三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验(1952年)制备含有放射性
20、标记噬菌体过程示意图离心含35S培养基含35S细菌噬菌体侵染含35S细菌含35S噬菌体含32P培养基含32P细菌噬菌体侵染含32P细菌含32P噬菌体三、赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验(1952年)甲组乙组35S标记的噬菌体标记的噬菌体32P标记的噬菌体标记的噬菌体侵染噬菌体将噬菌体将遗传物物质注入大注入大肠杆菌杆菌3 3、35S或或32P标记噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌亲代噬菌体大肠杆菌子代噬菌体离心搅拌 使吸附在大肠杆菌外的亲代噬菌体与细菌分离使中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌(含有子代噬菌体的大肠杆菌)4、经短时间保温后用搅拌器搅拌、离心细菌裂解
21、后检测子代噬菌体的放射性35S标记的噬菌体35S标记噬菌体与大肠杆菌混合经短时间保温后用搅拌器搅拌离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质沉淀物放射性很低?子代噬菌体中无35S。上清液放射性很高搅拌不充分,有少量含35S的亲代噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上,离心到沉淀物中。说明:T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。不能证明蛋白质不是遗传物质。5、检测上清液和沉淀物中的放射性物质搅拌不充分搅拌不充分理论上理论上上清液上清液沉淀物沉淀物其中一个其中一个大肠杆菌大肠杆菌实际上实际上35S标记的一组,为什么沉淀中出现了放射性?搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上,随细菌离心到沉淀物中。
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