专题八遗传的分子基础

1、专题八 遗传的分子基础考点分布1.遗传物质的探索过程2.DNA分子的结构与复制3.基因控制蛋白质的合成4.基因、遗传信息及性状的关系考纲内容1.人类对遗传物质的探索过程2.DNA分子结构的主要特点3.DNA分子的复制4.基因的概念5.遗传信息的转录和翻译备考指南对照法比较肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验；模型辅助法深刻理解DNA分子的结构与中心法则；表格比较法理解DNA复制、转录和翻译的不同遗传物质的探索过程一肺炎双球菌的转化实验1.体内转化实验格里菲斯目的肺炎双球菌使人患肺炎的原因过程与结果A无毒的R型活菌（注射）小鼠不死亡B有毒的S型活菌（注射）小鼠死亡C有毒的S型活菌（加热）无毒的

2、S 型死菌（注射）小鼠不死亡D无毒的R型活菌+加热杀死的S型细菌（注射）小鼠死亡（分离）S型活细菌分析D组小鼠死亡，证明R型细菌转化为S型细菌，说明S型细菌含有促使R型细菌转化的物质结论S型死菌中含有一种“转化因子”，能使R型细菌转化为S型细菌2.体外转化实验艾弗里过程与结果分析S型菌的DNA能促使R型菌转化，S型菌的其他物质不能促使R型菌转化结论S型菌的DNA是“转化因子”，即DNA是肺炎双球菌的遗传物质，蛋白质不是遗传物质注意格里菲斯的D组小鼠内分离出来的细菌和艾弗里S型菌的DNA+R型活菌培养基上生存的细菌都包含R型和S型，但是R型多。加热杀死的S型细菌，其蛋白质变性失活，但DNA氢键断

3、裂变性失活后随温度降低又恢复活性。二噬菌体侵染细菌的实验1.材料 寄生，宿主细胞为大肠杆菌2.方法同位素失踪法和离心法3.实验过程及结果A标记细菌 细菌+含35S的培养基含35S的细菌 细菌+含32P的培养基含32P的细菌B标记噬菌体 含35S的细菌+噬菌体35S标记的噬菌体 含32P的细菌+噬菌体32P标记的噬菌体C用35S标记噬菌体(侵染)未标记的细菌(培养)搅拌离心 上清液（蛋白质外壳），放射性很高 沉淀物（细菌），放射性很低 (培养)子代噬菌体（无放射性）D用32P标记噬菌体(侵染)未标记的细菌(培养)搅拌离心 上清液（蛋白质外壳），放射性很低 沉淀物（细菌），放射性很高 (培养)子代

4、噬菌体（有放射性）4.结论噬菌体的遗传物质是DNA5.噬菌体侵染细菌实验的误差分析（1）32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌a培养时间短部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞离心后未吸附 至大肠杆菌细胞的噬菌体分布在上清液32P标记的一组上清液中放射性也 较高b培养时间过长噬菌体在大肠杆菌内大量繁殖大肠杆菌裂解死亡，释放 出噬菌体离心后噬菌体将分布在上清液32P标记的一组上清液中放射 性也较高（2）搅拌离心，将吸附在大肠杆菌表面的噬菌体蛋白质外壳与大肠杆菌细胞分 离a搅拌不充分留在大肠杆菌细胞表面的噬菌体蛋白质外壳随大肠杆菌细胞 分布在沉淀物中35S标记的一组沉淀物放射性较高b搅拌过于剧烈大肠杆

5、菌细胞被破坏释放出其中的噬菌体32P标记 的一组上清液中放射性较高注意因检测放射性时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，所以35S和32P不能同时标记在一组噬菌体上，应分两组标记。三烟草花叶病毒感染烟草的实验1.过程A完整的烟草花叶病毒(感染烟草)烟草叶出现病斑 蛋白质(感染烟草)无病斑B烟草花叶病毒(分离) RNA(感染烟草)出现病斑(分离)新的烟草花叶病毒2.结果分析与结论烟草花叶病毒的RNA能够自我复制，并控制其遗传性状，因此RNA是它的遗传物质。注意绝大多数生物的遗传物质都是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。四生物的遗传物质细胞生物（真核、原核）非细胞生物（病毒）核酸DNA

6、、RNA仅有DNA仅有RNA遗传物质DNADNARNA举例动物、植物、真菌、细菌、放线菌、蓝藻T2噬菌体烟草花叶病毒、艾滋病毒DNA分子的结构与复制一DNA的分子结构和特性1.DNA分子的结构特点ADNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构BDNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧C两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A、T配对，G、C配对（A、T之间有两个氢键，G、C之间有三个氢键，因此，GC比越大，DNA越稳定）注意（1）每个DNA片段中有2个游离的磷酸基团，各在两条链的其中一端（2）氢键数目计算：若碱

7、基对为n，则氢键数为2n-3n，若已知A有m个，则氢键数位3n-m（3）氢键：可用解旋酶和加热的方法将其断裂（4）磷酸二酯键：断开（限制性核酸内切酶）；连接（DNA连接酶或DNA聚合酶）2.DNA分子的特性（1）多样性（2）特异性：每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序，蕴含着特定的遗传信息（3）稳定性DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接方式不变；两条链间碱基互补配对方式不变二、DNA复制方式的探究实验材料：大肠杆菌实验方法：同位素标记法和密度梯度离心法实验假设：DNA分子以半保留的方式复制亲代DNA位于下部（15N/15N）用同位素15N标记大肠杆菌的DNA分子提取DNA，离心。观察试管中DNA

8、的位置第一代DNA位于中部（15N/14N）将15N的大肠杆菌方在14N的培养基中培养第二代DNA一半位于中部，一半位于上部实验结果：与预期一致实验结论：DNA分子以半保留的方式复制代数分子数子代DNA分子子代DNA中重、轻链比例重带比例中带比例轻带比例重链比例轻链比例亲代110010120101/21/22401/21/21/43/43801/43/41/87/8n2n01/(2n-1)(2n-1-1)/2n-11/2n(2n-1)/2n三、DNA分子的复制时间细胞分裂间期条件A.模板：解旋后的两条DNA分子单链B.原料：四种脱氧核苷酸C.能量：细胞提供的能量（ATP）D.酶：解旋酶、DNA

9、聚合酶等复制过程解旋：在解旋酶作用下，氢键断裂，双螺旋逐渐解开合成：以两条母链为模板，以游离的脱氧核糖核苷酸为原料，在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则，合成子链复旋：子链与对应的母链扭成螺旋状，构成子代DNA分子复制特点过程特点：边解旋边复制复制方式：半保留复制复制基础DNA的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板碱基互补配对，保证复制能准确进行意义遗传：DNA分子复制，使遗传信息从亲代传递给子代，从而确保了遗传信息的连续性变异：复制出现差错，基因突变三、DNA分子的相关计算1.DNA分子结构中的碱基计算根据碱基互补配对原则（1）在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A=T,C=G,A+

10、G=C+T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。（2）在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如A+T或G+C）占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基占该单链中碱基数的比例。（3）在双链DNA分子一条链中（A+G）/(C+T)的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA分子中该比值等于1.（不配对的碱基之和的比值在你两条单链中互为倒数）（4）DNA分子一条链中(A+T)/(G+C)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。（配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等）（5）不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A+T)/(G+C)的值不同，该比值体现

11、了不同生物DNA分子的特异性。（6）若已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为02.DNA分子复制中的相关计算。DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：（1）DNA分子数子代DNA分子数= 2n个含有亲代DNA链的子代DNA分子数= 2个不含亲代DNA链的子代DNA分子数=（2n - 2）个（2）脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2·2n = 2n+1亲代脱氧核苷酸链数= 2条新合成的脱氧核苷酸链数=（2n+1 - 2）（3）消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该

12、脱氧核苷酸数为m·（2n - 1）第n次复制需该脱氧核苷酸=2n个DNA分子中该脱氧核苷酸数-2n-1个DNA分子中该脱氧核苷酸=2n·m - 2n-1·m = m（2n - 2n-1）= m·2n-1基因控制蛋白质的合成一.基因的转录与翻译1.转录（1）概念：以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。（2）过程解旋RNA聚合酶，双链解开，暴露碱基配对原则：碱基互补配对原则；模板：解开的DNA双链中的一条链；原料：游离的核糖核苷酸连接RNA聚合酶释放合成的mRNA从模板上释放，DNA双链恢复成双螺旋结构注意A转录不是转录整个DNA，是转

13、录其中的基因，不同种类的细胞转录不同的基因，从而产生不同的mRNA，将来合成不同的蛋白质，这就是基因的选择性表达。B细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜2.翻译（1）概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。（2）过程mRNA进入细胞质，与核糖体结合携带氨基酸的tRNA进入核糖体结合mRNA的位点氨基酸之间形成肽键核糖体读取下一个密码子注意AmRNA相同，指导合成的蛋白质不一定相同，因为对于肽链的加工过程可能会有差异B翻译是一个快速的过程。表现在两个方面，一方面，核糖体合成蛋白质的速度很快；另一方面，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时翻

14、译。二.DNA复制、转录、翻译的比较DNA的功能传递遗传信息复制表达遗传信息转录翻译时间有丝分裂间期、减1期生长发育的连续过程中（分裂期不进行）场所真核细胞主要在细胞核，部分在线粒体和叶绿体，原核细胞在细胞质或拟核真核细胞主要在细胞核，原核细胞在细胞质或拟核细胞质原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特点的酶和ATP模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样分解成单个核苷酸特点边解旋边复制边解旋边转录一个mRNA上可连续结合多个核糖体，依次合成多条肽链产物两个双链DNA分子一条单链mRNA多肽链意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达

15、遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状三.遗传信息、密码子和反密码子的区别存在位置含义生理作用遗传信息DNA脱氧核苷酸的排列顺序直接决定mRNA中碱基排雷顺序，间接决定氨基酸排列顺序密码子mRNAmRNA上3个相邻的碱基直接决定氨基酸排列顺序反密码子tRNA与密码子互补的三个碱基识别密码子一种氨基酸可以对应多种密码子或反密码子，但是一种密码子或反密码子只能对应一种氨基酸。tRNA不是只含有3个核糖核苷酸，而是一条RNA链。四.基因表达过程中有关数量变化（不考虑内含子和非编码区）转录、翻译过程中DNA碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6:3:1注意基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目=参加转移的tRNA数目=1/3mRNA=1/6基因中的碱基数目。这个比例关系都是最大值，原因如下：ADNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNAB在基因片段中，有的片段起调控作用，不转录C转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸，所以基因或DNA上的碱基数比蛋白质中氨基酸数目的6倍多。五.中心法则的内容与各种生物的信息传递1.内容基因、遗传信息及性状的关系一基因与性状的关系1.蛋白质是生命活动的主要承担者，基因通过控制蛋白质的合成控制生物的性状，基因表达受环境影响，所以