第22节：DNA储存遗传信息

1、第第2节：节：DNA储存遗传信息储存遗传信息一切生物的遗传物质一切生物的遗传物质核酸核酸核核酸酸脱氧核糖脱氧核糖核酸核酸（DNA）核糖核酸核糖核酸（RNA）基本组成单位基本组成单位主要在细胞核的染主要在细胞核的染色体上，少数在线色体上，少数在线粒体和叶绿体粒体和叶绿体主要在细胞质中主要在细胞质中基本组成单位基本组成单位脱氧核糖脱氧核糖核苷酸核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸五碳糖：脱氧核糖五碳糖：脱氧核糖碱基：碱基：磷酸磷酸A、G、C 、T脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸C胞嘧啶胞嘧啶T胸腺嘧啶胸腺嘧啶五碳糖：核糖五碳糖：核糖碱基：碱基：磷酸磷

2、酸A、G、C 、U核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤核糖核苷酸核糖核苷酸C胞嘧啶胞嘧啶U尿嘧啶尿嘧啶染色体在世代传递中的稳定性和连续性染色体在世代传递中的稳定性和连续性一、一、遗传信息大分子遗传信息大分子核酸的发现核酸的发现时间、科学家时间、科学家研究对象研究对象研究成果研究成果1869年、瑞士化年、瑞士化学家米歇尔学家米歇尔脓血细胞做分离蛋脓血细胞做分离蛋白质的研究白质的研究细胞内含磷丰富的酸性物质，细胞内含磷丰富的酸性物质，存在于细胞核中，称之为存在于细胞核中，称之为“核素核素”，由于其呈酸性，由于其呈酸性，故有改称为故有改称为“核酸核酸”。 二、二、DNA是主要的遗传物

3、质的证据是主要的遗传物质的证据格里菲思的肺炎双球菌转化实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验艾弗里确定转化因子的实验艾弗里确定转化因子的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验实验目的：实验目的：研究研究DNA和蛋白质谁是遗传物质？和蛋白质谁是遗传物质？ 实验材料：实验材料：两种肺炎双球菌：两种肺炎双球菌：R与与S型型 实验者：实验者：格里菲斯格里菲斯实验原理：实验原理：S型细菌能使人患肺炎，型细菌能使人患肺炎， 使小鼠患败血症而死亡。使小鼠患败血症而死亡。实验过程：实验过程：R型菌（型菌（ 无荚膜、无荚膜、 菌落小且粗糙）菌落小且粗糙）不

4、致病不致病S型菌（有型菌（有荚膜、菌落大且光滑）荚膜、菌落大且光滑） 致病致病格里菲思的肺炎双球菌转化实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验实验过程：实验过程：S型型活活细菌细菌R型型活活细菌细菌S型型死死细菌细菌S型型死死细菌与细菌与R型型活活细菌细菌结论结论：加热杀死的加热杀死的S型细菌中，含有某种促成型细菌中，含有某种促成R型细菌型细菌转化为转化为S型细菌的型细菌的“转化因子转化因子”S型活细菌型活细菌 小鼠小鼠注射注射R型活细菌型活细菌 小鼠小鼠注射注射加热杀死的加热杀死的S型活细菌型活细菌 小鼠小鼠注射注射加热杀死的加热杀死的S型活细菌型活细菌 +R型活细菌型活细菌 小鼠小鼠混合注射混合注

5、射 二、二、DNA是主要的遗传物质的证据是主要的遗传物质的证据格里菲思的肺炎双球菌转化实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验艾弗里确定转化因子的实验艾弗里确定转化因子的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验加热杀死的加热杀死的S型细菌中，含有某种促成型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为型细菌转化为S型细菌的型细菌的“转化因子转化因子”在在S S型细菌中含有哪些物质？型细菌中含有哪些物质？但究竟哪一个才是转化因子呢？但究竟哪一个才是转化因子呢？多糖多糖 脂类脂类 蛋白质蛋白质 RNA DNARNA DNAS S型细菌型细菌v实验材料：肺炎双球菌：实验材料：肺炎双球菌：S型（有毒性）型（有毒性）

6、培养基培养基 R型（无毒性）型（无毒性） v实验方法：成分分离实验方法：成分分离v过程过程思路：用思路：用S型球菌的不同成分与型球菌的不同成分与R型球菌一起培养，型球菌一起培养， 观察转化效果。观察转化效果。DNA + DNA酶酶 + R型活细菌型活细菌分离分离蛋白质蛋白质多糖多糖DNAS型型细细菌菌艾弗里确定转化因子的实验艾弗里确定转化因子的实验+ R型活细菌型活细菌+ R型活细菌型活细菌+ R型活细菌型活细菌v 结论：结论：DNA是转化因子、其他成分不是是转化因子、其他成分不是v 缺陷：未能将缺陷：未能将DNA与蛋白质完全分离与蛋白质完全分离 二、二、DNA是主要的遗传物质的证据是主要的遗

7、传物质的证据格里菲思的肺炎双球菌转化实验格里菲思的肺炎双球菌转化实验艾弗里确定转化因子的实验艾弗里确定转化因子的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验加热杀死的加热杀死的S型细菌中，含有某种促成型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为型细菌转化为S型细菌的型细菌的“转化因子转化因子”DNA是转化因子、其他成分不是是转化因子、其他成分不是。即：。即：DNA是遗传物质是遗传物质噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验实验材料实验材料：T2噬菌体噬菌体噬菌体中噬菌体中，60%是蛋白质是蛋白质,40%是是DNA.（细菌病毒）（细菌病毒）噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验实验材料实验材料：T2噬

8、菌体噬菌体噬菌体中噬菌体中，60%是蛋白质是蛋白质,40%是是DNA.（细菌病毒）（细菌病毒）病毒侵染细菌的过程：病毒侵染细菌的过程：吸附吸附注入注入合成合成组装组装释放释放噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验实验材料实验材料：T2噬菌体噬菌体（细菌病毒）（细菌病毒）实验方法实验方法：放射性同位素标记法放射性同位素标记法T T2 2噬菌体噬菌体DNA蛋白质蛋白质（元素：（元素：C.H.O.N.P）（元素：（元素：C.H.O.N.S）放射性同位素放射性同位素32P和和35S；分组对照分组对照DNA含大量的含大量的P，而，而S仅存在于蛋白质，通过标记仅存在于蛋白质，通过标记P与与S，可以追踪其

9、去向。，可以追踪其去向。过程过程：标记噬菌体：标记噬菌体：噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌：噬菌体侵染细菌：过程过程：标记噬菌体：标记噬菌体：A组组结论：噬菌体的蛋白质没有进入大肠杆菌结论：噬菌体的蛋白质没有进入大肠杆菌噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌：噬菌体侵染细菌：过程过程：标记噬菌体：标记噬菌体：B组组结论：结论：噬菌体的噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞内进入大肠杆菌细胞内。噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌：噬菌体侵染细菌：过程过程：标记噬菌体：标记噬菌体：B组组结论：结论：噬菌体的噬菌体的DNA进入大肠杆菌细胞内进入大肠杆

10、菌细胞内。A组组结论：噬菌体的蛋白质没有进入大肠杆菌结论：噬菌体的蛋白质没有进入大肠杆菌。结论结论： 目前，已有充分的科学研究资料证明，目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物绝大多数生物都是以都是以DNA作为遗传物质的。作为遗传物质的。DNADNA是唯一的遗传物质吗？是唯一的遗传物质吗？2 2、烟草花叶病毒的结构、英文简写为？、烟草花叶病毒的结构、英文简写为？1 1、时间、科学家、研究材料、时间、科学家、研究材料3 3、实验过程、实验过程：烟草花叶病毒拆合实验烟草花叶病毒拆合实验1957年、富兰克林年、富兰克林.科瑞特科瑞特、烟草花叶病毒烟草花叶病毒(S型和型和HR型型)结构：结构：由

11、蛋白质外壳和内部的由蛋白质外壳和内部的RNA构成构成；缩写：缩写：TMV4 4、实验、实验结论：结论：烟草病斑与烟草病斑与RNA的类型有关的类型有关,与蛋白质无关与蛋白质无关；上述四个实验证明的问题上述四个实验证明的问题？遗传物质遗传物质应具备应具备的特点的特点：(4)(4)能够产生可遗传的变异能够产生可遗传的变异。(1)(1)分子结构具有相对的稳定性分子结构具有相对的稳定性; ;(2)(2)能够自我复制能够自我复制, ,保持亲子代遗传信息的连续性保持亲子代遗传信息的连续性; ;(3)(3)决定生物的性状决定生物的性状, ,控制生命的新陈代谢过程控制生命的新陈代谢过程; ;2 2）DNADNA

12、溶溶于于NaClNaCl溶液中，可用溶液中，可用NaClNaCl提取提取DNADNA 。3 3）DNADNA不溶于酒精，细胞中某些蛋白质则溶于酒精。不溶于酒精，细胞中某些蛋白质则溶于酒精。1 1）洗涤剂能够细胞膜）洗涤剂能够细胞膜破裂。破裂。4 4）沸水浴条件下，）沸水浴条件下，DNADNA遇二苯胺被染成蓝色。遇二苯胺被染成蓝色。讨论：为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？ 对于动物细胞我们可以利用细胞的渗透压来破碎细胞，对于动物细胞我们可以利用细胞的渗透压来破碎细胞，但是很多情况下，人们不得不面对植物材料，那么我们但是很多情况下，人们不得不面对植物材料，那么我们是不是还可以通过加入一定量的蒸馏水

13、来涨破细胞呢？是不是还可以通过加入一定量的蒸馏水来涨破细胞呢？ 洗涤剂可以瓦解细胞膜洗涤剂可以瓦解细胞膜的原因是：洗涤液中含有十二的原因是：洗涤液中含有十二烷基硫酸钠和碱，烷基硫酸钠和碱，它们可使细胞膜破裂，蛋白质变性，它们可使细胞膜破裂，蛋白质变性，使蛋白质与使蛋白质与DNADNA分离开来。分离开来。1 1、将、将30g30g香蕉或菜花切碎，放入研钵中。向研香蕉或菜花切碎，放入研钵中。向研钵中加入钵中加入2g2g氯化钠氯化钠，研磨直至成半流体状。，研磨直至成半流体状。3 3、将混合液用两层纱布过滤，向滤液中、将混合液用两层纱布过滤，向滤液中加入加入预冷预冷的的10ml10ml乙醇乙醇溶液，静

14、置，可产生溶液，静置，可产生絮状的絮状的DNADNA。4 4、取两支试管，分别加入、取两支试管，分别加入5ml5ml生理盐水，将生理盐水，将DNADNA挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。2 2、向研钵中加入、向研钵中加入10ml10ml蒸馏水或凉开水，搅蒸馏水或凉开水，搅拌。然后加入拌。然后加入10ml10ml洗涤剂洗涤剂，轻轻搅拌。，轻轻搅拌。6 6、待试管冷却后，观察冰比较两支试管中待试管冷却后，观察冰比较两支试管中溶液颜色的变化溶液颜色的变化。5 5、向、向两支试管中各加入两支试管中各加入4ml4ml二苯胺，混匀二苯胺，混匀后，放入沸水中加热后，

15、放入沸水中加热5min5min。4 4、取两支试管，分别加入、取两支试管，分别加入5ml5ml生理盐水，将生理盐水，将DNADNA挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。自变量方法步骤方法步骤 加入物质加入物质 目的目的 1 1.制备鸡血细胞液制备鸡血细胞液 柠檬酸钠溶液柠檬酸钠溶液 2 2.提取鸡血细胞细胞核物质提取鸡血细胞细胞核物质 20 m120 m1蒸馏水蒸馏水 3 3.溶解细胞核内的溶解细胞核内的 DNADNA 2 m12 m1L L 的的NaCINaCI溶液溶液4040mLmL 4 4.析出含析出含DNADNA的黏稠物的黏稠物 5 5.滤取含滤取

16、含DNADNA的黏稠物的黏稠物 6 6.将将DNADNA的黏稠物再溶解的黏稠物再溶解 2 mol2 mol L L 的的NaClNaCl溶液溶液20 mL20 mL 7 7.过滤含过滤含DNADNA的的NaCNaCl l溶液溶液 8 8.提取含有杂质较少的提取含有杂质较少的 DNADNA 冷却的冷却的9595的酒精的酒精50 mL50 mL A A:(1)1)向试管中加入向试管中加入 0 0.015 mol015 mol L L的的NaClNaCl溶液溶液5 5mLmL (2)2)加入加入DNADNA (3)43)4 mLmL二苯胺试剂二苯胺试剂 9 9.DNADNA的鉴定的鉴定 B B:(1

17、)(1)向试管中加入向试管中加入 0 0.015mol015mol L L 的的NaClNaCl溶液溶液5 5mLmL (2)4 m2)4 m L二苯胺试剂二苯胺试剂 是防止血凝固是防止血凝固加速血细胞破裂加速血细胞破裂溶解溶解DNA将将NaCl溶液稀释至溶液稀释至0.14mol/L使得使得DNA最大限度地释出最大限度地释出使含使含DNA的黏稠物被留在纱布上的黏稠物被留在纱布上使含使含DNA的黏稠物尽可能多的溶解于溶液中的黏稠物尽可能多的溶解于溶液中除去含除去含DNA的滤液中的杂质的滤液中的杂质提取提取DNA A出现蓝色出现蓝色 B无变化无变化蒸馏水蒸馏水1.DNA的分子结构的分子结构基本组成

18、元素：基本组成元素：C H O N P基本组成物质：基本组成物质：基本结构单位：基本结构单位：4种脱氧核糖核苷酸种脱氧核糖核苷酸磷酸磷酸 +脱氧核糖脱氧核糖 + 含氮碱基含氮碱基 一级结构：一级结构：脱氧核苷酸链脱氧核苷酸链空间结构：空间结构：DNA双双螺旋结构结构脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸C胞嘧啶胞嘧啶T胸腺嘧啶胸腺嘧啶A、G、C 、T保存于纽约科学博物馆的模型保存于纽约科学博物馆的模型1953年年2月月28日，第一个日，第一个DNA双双螺旋结构的分子模型终于诞生了螺旋结构的分子模型终于诞生了DNA空间结构模型的诞生空间结构模型

19、的诞生 19531953年年4 4月月2525日，英国著名日，英国著名的科学期刊的科学期刊NaturalNatural杂志杂志发表了沃森、克里克的一篇发表了沃森、克里克的一篇优美精炼的短文优美精炼的短文核酸的分核酸的分子结构子结构脱氧核糖核酸的一脱氧核糖核酸的一个结构模型个结构模型，宣告了，宣告了DNADNA分分子双螺旋结构模型的诞生。子双螺旋结构模型的诞生。这一期杂志还发表了富兰克这一期杂志还发表了富兰克琳和威尔金斯的两篇论文，琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持以实验报告和数据分析支持了沃森、克里克的论文。了沃森、克里克的论文。这这一年，沃森年仅一年，沃森年仅2525岁，克里岁

20、，克里克也只有克也只有3737岁，尚未获得博岁，尚未获得博士学位。士学位。1953年年2月月28日，第一个日，第一个DNA双双螺旋结构的分子模型终于诞生了螺旋结构的分子模型终于诞生了磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基AAATTTGGGGCCCATC 氢键氢键磷酸二酯键磷酸二酯键2.DNA双螺旋结构双螺旋结构反向平反向平行行双螺旋双螺旋脱氧核糖和磷酸脱氧核糖和磷酸碱基对碱基对氢键氢键碱基互补配对碱基互补配对22.DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型AT配对配对，GC配对配对AT之间之间2个氢键个氢键，GC之间之间3个氢键个氢键3.DNA分子的特性分子的特性（1）多样性）多样性碱基对的碱基对的

21、排列顺序千变万化排列顺序千变万化，构成，构成DNA分子的多样性分子的多样性思考：思考：在生物体内，一个最短在生物体内，一个最短DNADNA分子也大约有分子也大约有40004000个碱基对，个碱基对，碱基对有：碱基对有：ATAT、TATA、GCGC、CGCG。请同学们计算。请同学们计算DNADNA分子分子有多少种？有多少种？4 种4000思考：思考：DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿中的遗传信息蕴藏在哪儿?碱基对的排列顺序中碱基对的排列顺序中基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的DNA片段。片段。3.DNA分子的特性分子的特性（3）稳定性）稳定性通过通过氢键氢键形成碱基对，双螺旋结构形成碱基对，双螺

22、旋结构（1）多样性）多样性（2）特异性）特异性碱基对的碱基对的排列顺序千变万化排列顺序千变万化，构成，构成DNA分子的多样性分子的多样性碱基对的碱基对的特定排列顺序特定排列顺序，又构成了，又构成了每一个每一个DNA分子的特异性分子的特异性设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， G G1 1 = C = C2 2 ， G G2 2 =C =C1 1。则在DNA双链中： A = T A = T ， G = CG = C可引申为：可引申为：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A+G=T+C=50%4.碱基互补配对原则应用碱基

23、互补配对原则应用（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=11两条链两条链不互补的碱基不互补的碱基之和相等。之和相等。（A+G）/（A+T+G+C）= 1 / 2两链中不互补的碱基和与两链碱基总数之比两链中不互补的碱基和与两链碱基总数之比等于等于50%（1/2）。）。4.碱基互补配对原则应用碱基互补配对原则应用（A1+T1）/（A2+T2）=（G1+C1）/（G2+C2）=11一条链中一条链中互补碱基互补碱基的和等于另一条链中互补的和等于另一条链中互补碱基的和。碱基的和。 （A1+G1）/（T1+C1）=a，则（则（A2+G2）/（T2+C2）=1 / a一条链中一条链中不互补碱基不互补

24、碱基的和之比等于另一条链的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。中这种比值的倒数。（A+T）/（A+T+G+C）=a，则（则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=a两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。与任意一条链的这种比值相等。4.碱基互补配对原则应用碱基互补配对原则应用1 1、某双链、某双链DNADNA分子的碱基中，鸟嘌呤占分子的碱基中，鸟嘌呤占30%30%，则，则 胸腺嘧啶为胸腺嘧啶为_2 2、一个、一个DNADNA分子的碱基中，腺嘌呤占分子的碱基中，腺嘌呤占20%20%，那么在含，那么在含有有100100个碱基对

25、的个碱基对的DNADNA分子中，胞嘧啶应是分子中，胞嘧啶应是_3 3、 DNADNA分子的一条单链中，分子的一条单链中，A=20%A=20%，T=22%T=22%，求，求整个整个DNADNA分子中分子中G= _G= _ 20% 60个个29%4 4、（、（20002000上海）由上海）由120120个碱基组成的个碱基组成的DNADNA分子片段，分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多可达（信息，其种类数最多可达（ ） A A、4 4120 120 B B、1201204 4 C C、4 460 60 D D、60604

26、 4C C1.RNA的分子结构的分子结构基本组成元素：基本组成元素：C H O N P基本组成物质：基本组成物质：基本结构单位：基本结构单位：4种核糖核苷酸种核糖核苷酸磷酸磷酸 +核糖核糖 + 含氮碱基含氮碱基 核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A腺嘌呤腺嘌呤G鸟嘌呤鸟嘌呤 核糖核苷酸核糖核苷酸C胞嘧啶胞嘧啶U尿嘧啶尿嘧啶结构：结构：一条核糖核苷酸链一条核糖核苷酸链1 1、人类遗传信息的携带者是、人类遗传信息的携带者是( )( ) A.DNA A.DNA和和RNA B.DNARNA B.DNA或或RNA RNA C.DNA D.RNA C.DNA D.RNA 2 2DNADNA分子结构多样性的原因是（分子结构多样性的原因是（ ） A. A.碱基配对方式的多样性碱基配对方式的多样性 B. B.碱基对排列次序的多样性碱基对排列次序的多样性 C. C.螺旋方向的多样性螺旋方向的多样性 D. D.磷酸和脱氧核糖排列顺序的多样性磷酸和脱氧核糖排列顺序的多样性3.3.有关有关DNADNA的结构的叙述中，不正确的一项是（的结构的叙述中，不正确的一项是（ ） A. A.每个每个DNADNA分子都含有分子都含有4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 B. B.每个每个DNADNA分子中核糖上连结一个磷酸和一个碱基分子中核糖上连结一个磷酸和一个碱基 C. C.DNADNA分子两条链中的碱基通过氢键连接起来，