【课件】3.1DNA是主要的遗传物质课件高一下学期生物人教版必修2

1、第三章基因的本质第一节DNA是主要的遗传物质 主线主线1 1：遗传学：注重生物功能：遗传学：注重生物功能 1866年Mendel开创遗传学 1880年德国科学家Flemming发现染色体 1902年德国科学家Boveri获得证据支持染色体为遗传的物质基础 1910 年美国科学家Morgan及学生丰富及发展染色体的遗传学说主线主线2 2：生物化学：注重化学成分：生物化学：注重化学成分v1869年瑞士科学家Miescher在研究伤口脓细胞化学成分的过程中发现核素（DNA）；v1885-1901间Kossel首次分离得到核酸中的嘌呤和嘧啶；vLevene确定核苷酸连接为基础的核酸一级结构，核酸由核糖

2、、碱基和磷酸构成，确定DNA有ATGC四种碱基，RNA有AUGC，另外五碳糖的组成也不同；提出“四核苷酸假说”；v瑞士科学家Caspersson证明染色体含有蛋白质和DNA；v但当时研究DNA生物化学和生物物理的专家以为DNA无特异性、缺乏信息携带能力遗传物质是蛋白质还是核酸遗传物质是蛋白质还是核酸？ 十九世纪提出酶为生物催化剂的概念，到二十世纪初争论酶是蛋白质还是其他分子。因研究叶绿体而获1915年诺贝尔化学奖的德国犹太科学家Richard Willsttter（1872-1942）认为酶是蛋白质制备中的其他污染物质； 其他科学家的工作，特别是1926年美国Cornell大学的JamesSu

3、mner（1887-1955）和1930年洛克菲勒医学研究所的JohnNorthrop（1891-1987）分别获得结晶纯的尿素酶和胃蛋白酶，证明酶的分子本质是蛋白质； 在这样的背景下，已知染色体有蛋白质和核酸时，很多人怕再次犯低估蛋白质重要性的错误（Judson，1979）； 1934年，英国的JDBernal（1901-1971）和DorothyHodgkin（1910-1994）第一次获得蛋白质（胃蛋白酶）的晶体结构（Bernal and Crowfoot, 1934），显示蛋白质的结构复杂性； 此前已知蛋白质的生化特性和功能多种多样，人们易信蛋白质可以携带丰富的信息。一、对遗传物质的早

4、期猜测 研究核酸的生物化学专家Levene认为核酸单调重复，最初以为就是四种核苷酸，曾以为核苷酸形成的链不长，但即使在Signer, Caspersson, Hammarsten（1938）确定DNA分子量很大、是很长的链以后，仍未及时改变核酸像淀粉一样不太可能携带信息的错误观念。问题探讨 20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？你认为遗传物质可能具有什么特点？储存大量遗传信息；准确复制并传递给下一代控制生物的性状和新陈代谢结构比较稳定，可发生突变，亦遗传 给后代主线主线3 3：流行病学研究：流行病学研究v1928年，研究肺炎致病性细

5、菌的过程中，英国的Griffith分析不同类型病例分布后推测不同型的肺炎球菌可能会变化，之后设计实验发现了转化现象，提出了转化因子。v1944年，美国洛克菲勒医学研究所的Avery、MacLeod和McCarty研究转化的物质基础，提出脱氧核糖核酸（DNA）是改变细菌可遗传特性的转化因子。其后研究验证DNA的转化活性、证明DNA有特异性、发现转化活性不局限于特定细菌的特定性状。1953年Watson和Crick在Franklin和Wilkins对DNA进行X线衍射的基础上提出DNA结构的双螺旋模型，分子生物学随之而诞生。格里菲斯1879-1941接种体外培养肺炎链球菌二、肺炎链球菌的转化实验1

6、、两种肺炎链球菌二、肺炎链球菌的转化实验R型型S型型菌落表面粗糙粗糙，无无多糖类荚膜荚膜，无致病性无致病性菌落表面光滑光滑，有有多糖类荚膜荚膜，有致病性有致病性2、格里菲思肺炎双球菌体内转化实验二、肺炎链球菌的转化实验组别实验过程结果分析1234注射R型活菌小鼠不死亡注射S型活菌小鼠死亡分离出S型细菌注射加热致死的S型细菌小鼠不死亡R型与加热致死的S型混合注射小鼠死亡，且体内分离出S型活菌2.格里菲思肺炎双球菌体内转化实验二、肺炎链球菌的转化实验除了有除了有R R型菌，型菌，还有还有S S型菌型菌二、肺炎链球菌的转化实验1.对比第一组合第二组实验结果你能得到什么结论？2. 第三组加热杀死的S型

7、细菌为何失去了毒性？3.第四组中无毒的R型菌与加热杀死“失去毒性”的S型菌混合后为什么会导致小鼠死亡？猜想猜想：加热杀死的：加热杀死的S S型细菌中可能含有某种促使型细菌中可能含有某种促使R R型活细菌转型活细菌转化为化为S S型活细菌的活性物质型活细菌的活性物质“转化因子转化因子”加热致死原理加热致死原理：蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在。在80-100 80-100 的温的温度范围内，蛋白质失活，度范围内，蛋白质失活，DNADNA双链解开；当温度恢复至室温后，双链解开；当温度恢复至室温后，DNADNA双链能够双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢

8、复重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。R R型细菌没有毒性，型细菌没有毒性，而而S S型细菌有毒性型细菌有毒性 格里菲思推论： 已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质。 -转化因子 二、肺炎链球菌的转化实验 R型菌 S型菌 转化因子转化因子 S型菌 后代 转化因子究竟是什么物质？是多糖、脂类、蛋白质、RNA还是DNA？2、艾弗里肺炎双球菌体外转化实验二、肺炎链球菌的转化实验2、艾弗里肺炎双球菌体外转化实验二、肺炎链球菌的转化实验该实验设计遵循哪些原理该实验设计遵循哪些原理？其巧妙之处是什么？其巧妙之处是什么？遵循单一变量原则和对照原则，其巧妙之处在于运用“减法原

9、理”，认为去除某个因素影响后，观察实验结果的变化。实验结论：DNA很可能是转化因子，同时说明蛋白质不是转化因子。加法原理自变量控制中的自变量控制中的“加法原理加法原理” 和和“减法原理减法原理” （教材（教材P46）与常态比较，人为增加某种影响因素与常态比较，人为增加某种影响因素如：如： “比较过氧化氢在不同条件下的分解比较过氧化氢在不同条件下的分解” ，与，与对照组对照组(H2O2常温下就会分解常温下就会分解)相比，实验组分别相比，实验组分别作作加温加温、滴、滴加加FeCl3溶液溶液、滴、滴加肝脏研磨液加肝脏研磨液（ H2O2酶）酶）减法原理与常态相比，人为去除某种影响与常态相比，人为去除某

10、种影响/物质因素物质因素如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验如：艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组组用酶解法特异性地去除了某种物质用酶解法特异性地去除了某种物质，最终判断，最终判断出出DNA是转化因子。是转化因子。 还有一个典型的例子，还有一个典型的例子，遮光处理（去除光）遮光处理（去除光），探究光对光合作用的影响。探究光对光合作用的影响。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R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组发生转化的条件：S型细菌DNA+R型活菌小鼠致死的条件：S型细菌DNA+活细菌进一步分析细胞提取

11、物的理化性质：有转化作用的细胞提取物的分子量很大、N/P比约为1.67，在260nm的紫外照射时有最大吸收峰。这些特性都与DNA极为相似。1946年，McCarty和Avery发表文章，表明DNA极有可能是转化因子。1951年，Alexander和Leidy利用结晶纯DNA酶可降解流感杆菌的转化活性，基本上证明DNA就是转化因子。1952年Hotkiss发表文章，其纯化的转化因子蛋白质含量低于0.02%。三、噬菌体侵染细菌的实验1. 实验者： 赫尔希和蔡斯2. 实验材料：T2噬菌体（专门吞噬细菌的病毒）侵染大肠杆菌后利用宿主物质进行增殖，后将大肠杆菌裂解，释放出大量噬菌体。三、噬菌体侵染细菌的

12、实验分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌去培养噬菌体。思考：如何给噬菌体标记35S和32P？DNA蛋白质蛋白质4.实验方法：放射性同位素标记法C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P思考：分别用哪种放射性元素标记蛋白质和DNA？3.实验目的：检测蛋白质还是DNA入侵了大肠杆菌体内三、噬菌体侵染细菌的实验5.实验过程 标记大肠杆菌大肠杆菌+含35S的培养基含35S的大肠杆菌大肠杆菌+含32P的培养基含32P的大肠杆菌 标记T2噬菌体T2噬菌体T2噬菌体+含35S的大肠杆菌含32P的大肠杆菌含35S的T2噬菌体含32P的T2噬菌体三、噬菌体侵染细菌的实验5.实验过程

13、已标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌含35S的T2噬菌体含32P的T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌+混合后，短时间保温（37。C）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5.实验过程搅拌：使吸附在大肠杆菌上的 与 分离开。三、噬菌体侵染细菌的实验大肠杆菌噬菌体检测：离心：子代噬菌体中无子代噬菌体中无35S子代噬菌体中有子代噬菌体中有32PT2噬菌体颗粒大肠杆菌使上清液中析出质量较轻的 ，而离心管沉淀物中留下被侵染的 。说明：说明：T2噬菌噬菌体中的体中的蛋白质蛋白质没有没有进入大肠进入大肠杆菌杆菌。说明：说明：T2噬菌噬菌体中的体中的DNA进进入大肠杆菌入大肠杆菌。

14、三、噬菌体侵染细菌的实验5.结论： 噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌中而蛋白质外壳留在细胞外。DNA才是噬菌体的遗传物质。三、噬菌体侵染细菌的实验哪些操作步骤可能会导致标记分布发生变化呢？哪些操作步骤可能会导致标记分布发生变化呢？标记对象标记对象预期结果预期结果实验结果实验结果误差原因误差原因 低放射性低放射性高放射性高放射性放射性偏高放射性偏高高放射性高放射性低放射性低放射性放射性偏高放射性偏高搅拌不充分搅拌不充分保温时间过保温时间过短或过长短或过长三个经典实验对比肺炎双球菌肺炎双球菌体内转化实验体内转化实验肺炎双球菌肺炎双球菌体外转化实验体外转化实验噬菌体侵噬菌体侵染细菌实验染细菌实验实

15、验者实验者思思 路路分离方式分离方式结结 论论格里菲思格里菲思艾弗里艾弗里赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯设法将设法将DNADNA与蛋白质等分开，单独地研究与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。它们遗传功能。酶解法酶解法: :分别加入到分别加入到R R型菌中型菌中同位素标记法：同位素标记法：标记标记DNADNA和蛋白质和蛋白质加热杀死的加热杀死的S S型菌体型菌体内有内有“转化因子转化因子”证明证明DNADNA是遗传物是遗传物质，蛋白质不是。质，蛋白质不是。DNADNA是遗传物质是遗传物质, ,但但不不能证明蛋白质不是遗能证明蛋白质不是遗传物质传物质总结归纳 伊凡诺夫斯基，俄罗斯科学家伊凡诺夫斯基，

16、俄罗斯科学家汁液感染汁液烟草花叶病叶细菌过滤器烟草正常叶问题：引起烟草花叶病的病原体是什么？问题：引起烟草花叶病的病原体是什么？四、烟草花叶病毒（TMV）四、烟草花叶病毒（TMV）问题：烟草花叶病的遗传物质是什么？问题：烟草花叶病的遗传物质是什么？四、烟草花叶病毒（TMV）蛋白质蛋白质RNA 分别侵染健康烟草植株分别侵染健康烟草植株患病患病不患病不患病得到全新病毒得到全新病毒不能得到病毒不能得到病毒实验实验1 1：将烟草花叶病毒的蛋白质和：将烟草花叶病毒的蛋白质和RNARNA分离，分别侵染健康的烟草植株，分离，分别侵染健康的烟草植株，实验结果只有实验结果只有RNARNA才能使烟草染病，而蛋白质

17、不能。才能使烟草染病，而蛋白质不能。TMVTMV四、烟草花叶病毒（TMV）HRVHRVHRVHRVHRVHRVTMVTMVTMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV结合实验结合实验1 1和和2 2可得结论：可得结论：烟草花叶病毒的遗传物质是烟草花叶病毒的遗传物质是RNARNA实验实验2 2：将烟草花叶病毒：将烟草花叶病毒(TMV)(TMV)的的RNARNA与车前草病毒（与车前草病毒（HRVHRV）的蛋白质进行重组，）的蛋白质进行重组，将重组病毒侵染健康的烟草植株，烟草叶染病，分离得到将重组病毒侵染健康的烟草植株，烟草叶染病，分离得到TMVTMV病毒。病毒。生物类型生物类型