【課件】3.1DNA是主要的遺傳物質課件高一下學期生物人教版必修2

1、第三章基因的本質第一節(jié)DNA是主要的遺傳物質 主線主線1 1：遺傳學：注重生物功能：遺傳學：注重生物功能 1866年Mendel開創(chuàng)遺傳學 1880年德國科學家Flemming發(fā)現染色體 1902年德國科學家Boveri獲得證據支持染色體為遺傳的物質基礎 1910 年美國科學家Morgan及學生豐富及發(fā)展染色體的遺傳學說主線主線2 2：生物化學：注重化學成分：生物化學：注重化學成分v1869年瑞士科學家Miescher在研究傷口膿細胞化學成分的過程中發(fā)現核素（DNA）；v1885-1901間Kossel首次分離得到核酸中的嘌呤和嘧啶；vLevene確定核苷酸連接為基礎的核酸一級結構，核酸由核糖

2、、堿基和磷酸構成，確定DNA有ATGC四種堿基，RNA有AUGC，另外五碳糖的組成也不同；提出“四核苷酸假說”；v瑞士科學家Caspersson證明染色體含有蛋白質和DNA；v但當時研究DNA生物化學和生物物理的專家以為DNA無特異性、缺乏信息攜帶能力遺傳物質是蛋白質還是核酸遺傳物質是蛋白質還是核酸？ 十九世紀提出酶為生物催化劑的概念，到二十世紀初爭論酶是蛋白質還是其他分子。因研究葉綠體而獲1915年諾貝爾化學獎的德國猶太科學家Richard Willsttter（1872-1942）認為酶是蛋白質制備中的其他污染物質； 其他科學家的工作，特別是1926年美國Cornell大學的JamesSu

3、mner（1887-1955）和1930年洛克菲勒醫(yī)學研究所的JohnNorthrop（1891-1987）分別獲得結晶純的尿素酶和胃蛋白酶，證明酶的分子本質是蛋白質； 在這樣的背景下，已知染色體有蛋白質和核酸時，很多人怕再次犯低估蛋白質重要性的錯誤（Judson，1979）； 1934年，英國的JDBernal（1901-1971）和DorothyHodgkin（1910-1994）第一次獲得蛋白質（胃蛋白酶）的晶體結構（Bernal and Crowfoot, 1934），顯示蛋白質的結構復雜性； 此前已知蛋白質的生化特性和功能多種多樣，人們易信蛋白質可以攜帶豐富的信息。一、對遺傳物質的早

4、期猜測 研究核酸的生物化學專家Levene認為核酸單調重復，最初以為就是四種核苷酸，曾以為核苷酸形成的鏈不長，但即使在Signer, Caspersson, Hammarsten（1938）確定DNA分子量很大、是很長的鏈以后，仍未及時改變核酸像淀粉一樣不太可能攜帶信息的錯誤觀念。問題探討 20世紀中葉，科學家發(fā)現染色體主要是由蛋白質和DNA組成的。在這兩種物質中，究竟哪一種是遺傳物質呢？你認為遺傳物質可能具有什么特點？儲存大量遺傳信息；準確復制并傳遞給下一代控制生物的性狀和新陳代謝結構比較穩(wěn)定，可發(fā)生突變，亦遺傳 給后代主線主線3 3：流行病學研究：流行病學研究v1928年，研究肺炎致病性細

5、菌的過程中，英國的Griffith分析不同類型病例分布后推測不同型的肺炎球菌可能會變化，之后設計實驗發(fā)現了轉化現象，提出了轉化因子。v1944年，美國洛克菲勒醫(yī)學研究所的Avery、MacLeod和McCarty研究轉化的物質基礎，提出脫氧核糖核酸（DNA）是改變細菌可遺傳特性的轉化因子。其后研究驗證DNA的轉化活性、證明DNA有特異性、發(fā)現轉化活性不局限于特定細菌的特定性狀。1953年Watson和Crick在Franklin和Wilkins對DNA進行X線衍射的基礎上提出DNA結構的雙螺旋模型，分子生物學隨之而誕生。格里菲斯1879-1941接種體外培養(yǎng)肺炎鏈球菌二、肺炎鏈球菌的轉化實驗1

6、、兩種肺炎鏈球菌二、肺炎鏈球菌的轉化實驗R型型S型型菌落表面粗糙粗糙，無無多糖類莢膜莢膜，無致病性無致病性菌落表面光滑光滑，有有多糖類莢膜莢膜，有致病性有致病性2、格里菲思肺炎雙球菌體內轉化實驗二、肺炎鏈球菌的轉化實驗組別實驗過程結果分析1234注射R型活菌小鼠不死亡注射S型活菌小鼠死亡分離出S型細菌注射加熱致死的S型細菌小鼠不死亡R型與加熱致死的S型混合注射小鼠死亡，且體內分離出S型活菌2.格里菲思肺炎雙球菌體內轉化實驗二、肺炎鏈球菌的轉化實驗除了有除了有R R型菌，型菌，還有還有S S型菌型菌二、肺炎鏈球菌的轉化實驗1.對比第一組合第二組實驗結果你能得到什么結論？2. 第三組加熱殺死的S型

7、細菌為何失去了毒性？3.第四組中無毒的R型菌與加熱殺死“失去毒性”的S型菌混合后為什么會導致小鼠死亡？猜想猜想：加熱殺死的：加熱殺死的S S型細菌中可能含有某種促使型細菌中可能含有某種促使R R型活細菌轉型活細菌轉化為化為S S型活細菌的活性物質型活細菌的活性物質“轉化因子轉化因子”加熱致死原理加熱致死原理：蛋白質和核酸對于高溫的耐受力是不同的蛋白質和核酸對于高溫的耐受力是不同的。在。在80-100 80-100 的溫的溫度范圍內，蛋白質失活，度范圍內，蛋白質失活，DNADNA雙鏈解開；當溫度恢復至室溫后，雙鏈解開；當溫度恢復至室溫后，DNADNA雙鏈能夠雙鏈能夠重新恢復，但蛋白質的活性無法恢

8、復重新恢復，但蛋白質的活性無法恢復。R R型細菌沒有毒性，型細菌沒有毒性，而而S S型細菌有毒性型細菌有毒性 格里菲思推論： 已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質。 -轉化因子 二、肺炎鏈球菌的轉化實驗 R型菌 S型菌 轉化因子轉化因子 S型菌 后代 轉化因子究竟是什么物質？是多糖、脂類、蛋白質、RNA還是DNA？2、艾弗里肺炎雙球菌體外轉化實驗二、肺炎鏈球菌的轉化實驗2、艾弗里肺炎雙球菌體外轉化實驗二、肺炎鏈球菌的轉化實驗該實驗設計遵循哪些原理該實驗設計遵循哪些原理？其巧妙之處是什么？其巧妙之處是什么？遵循單一變量原則和對照原則，其巧妙之處在于運用“減法原

9、理”，認為去除某個因素影響后，觀察實驗結果的變化。實驗結論：DNA很可能是轉化因子，同時說明蛋白質不是轉化因子。加法原理自變量控制中的自變量控制中的“加法原理加法原理” 和和“減法原理減法原理” （教材（教材P46）與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素如：如： “比較過氧化氫在不同條件下的分解比較過氧化氫在不同條件下的分解” ，與，與對照組對照組(H2O2常溫下就會分解常溫下就會分解)相比，實驗組分別相比，實驗組分別作作加溫加溫、滴、滴加加FeCl3溶液溶液、滴、滴加肝臟研磨液加肝臟研磨液（ H2O2酶）酶）減法原理與常態(tài)相比，人為去除某種影響與常態(tài)相比，人為去除某

10、種影響/物質因素物質因素如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗中，每個實驗組組用酶解法特異性地去除了某種物質用酶解法特異性地去除了某種物質，最終判斷，最終判斷出出DNA是轉化因子。是轉化因子。 還有一個典型的例子，還有一個典型的例子，遮光處理（去除光）遮光處理（去除光），探究光對光合作用的影響。探究光對光合作用的影響。S型菌莢膜控制莢膜形成的X基因加熱殺死被破壞的S型菌X基因吸附在R型菌表面X基因進入R型菌重組R型菌轉化成S型菌R型細菌轉化為S型細菌的本質：基因重組發(fā)生轉化的條件：S型細菌DNA+R型活菌小鼠致死的條件：S型細菌DNA+活細菌進一步分析細胞提取

11、物的理化性質：有轉化作用的細胞提取物的分子量很大、N/P比約為1.67，在260nm的紫外照射時有最大吸收峰。這些特性都與DNA極為相似。1946年，McCarty和Avery發(fā)表文章，表明DNA極有可能是轉化因子。1951年，Alexander和Leidy利用結晶純DNA酶可降解流感桿菌的轉化活性，基本上證明DNA就是轉化因子。1952年Hotkiss發(fā)表文章，其純化的轉化因子蛋白質含量低于0.02%。三、噬菌體侵染細菌的實驗1. 實驗者： 赫爾希和蔡斯2. 實驗材料：T2噬菌體（專門吞噬細菌的病毒）侵染大腸桿菌后利用宿主物質進行增殖，后將大腸桿菌裂解，釋放出大量噬菌體。三、噬菌體侵染細菌的

12、實驗分別用含35S和32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，再用該大腸桿菌去培養(yǎng)噬菌體。思考：如何給噬菌體標記35S和32P？DNA蛋白質蛋白質4.實驗方法：放射性同位素標記法C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P思考：分別用哪種放射性元素標記蛋白質和DNA？3.實驗目的：檢測蛋白質還是DNA入侵了大腸桿菌體內三、噬菌體侵染細菌的實驗5.實驗過程 標記大腸桿菌大腸桿菌+含35S的培養(yǎng)基含35S的大腸桿菌大腸桿菌+含32P的培養(yǎng)基含32P的大腸桿菌 標記T2噬菌體T2噬菌體T2噬菌體+含35S的大腸桿菌含32P的大腸桿菌含35S的T2噬菌體含32P的T2噬菌體三、噬菌體侵染細菌的實驗5.實驗過程

13、已標記的T2噬菌體侵染未標記的大腸桿菌含35S的T2噬菌體含32P的T2噬菌體大腸桿菌大腸桿菌+混合后，短時間保溫（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.實驗過程攪拌：使吸附在大腸桿菌上的 與 分離開。三、噬菌體侵染細菌的實驗大腸桿菌噬菌體檢測：離心：子代噬菌體中無子代噬菌體中無35S子代噬菌體中有子代噬菌體中有32PT2噬菌體顆粒大腸桿菌使上清液中析出質量較輕的 ，而離心管沉淀物中留下被侵染的 。說明：說明：T2噬菌噬菌體中的體中的蛋白質蛋白質沒有沒有進入大腸進入大腸桿菌桿菌。說明：說明：T2噬菌噬菌體中的體中的DNA進進入大腸桿菌入大腸桿菌。

14、三、噬菌體侵染細菌的實驗5.結論： 噬菌體侵染細菌時，DNA進入到細菌中而蛋白質外殼留在細胞外。DNA才是噬菌體的遺傳物質。三、噬菌體侵染細菌的實驗哪些操作步驟可能會導致標記分布發(fā)生變化呢？哪些操作步驟可能會導致標記分布發(fā)生變化呢？標記對象標記對象預期結果預期結果實驗結果實驗結果誤差原因誤差原因 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攪拌不充分攪拌不充分保溫時間過保溫時間過短或過長短或過長三個經典實驗對比肺炎雙球菌肺炎雙球菌體內轉化實驗體內轉化實驗肺炎雙球菌肺炎雙球菌體外轉化實驗體外轉化實驗噬菌體侵噬菌體侵染細菌實驗染細菌實驗實

15、驗者實驗者思思 路路分離方式分離方式結結 論論格里菲思格里菲思艾弗里艾弗里赫爾希和蔡斯赫爾希和蔡斯設法將設法將DNADNA與蛋白質等分開，單獨地研究與蛋白質等分開，單獨地研究它們遺傳功能。它們遺傳功能。酶解法酶解法: :分別加入到分別加入到R R型菌中型菌中同位素標記法：同位素標記法：標記標記DNADNA和蛋白質和蛋白質加熱殺死的加熱殺死的S S型菌體型菌體內有內有“轉化因子轉化因子”證明證明DNADNA是遺傳物是遺傳物質，蛋白質不是。質，蛋白質不是。DNADNA是遺傳物質是遺傳物質, ,但但不不能證明蛋白質不是遺能證明蛋白質不是遺傳物質傳物質總結歸納 伊凡諾夫斯基，俄羅斯科學家伊凡諾夫斯基，

16、俄羅斯科學家汁液感染汁液煙草花葉病葉細菌過濾器煙草正常葉問題：引起煙草花葉病的病原體是什么？問題：引起煙草花葉病的病原體是什么？四、煙草花葉病毒（TMV）四、煙草花葉病毒（TMV）問題：煙草花葉病的遺傳物質是什么？問題：煙草花葉病的遺傳物質是什么？四、煙草花葉病毒（TMV）蛋白質蛋白質RNA 分別侵染健康煙草植株分別侵染健康煙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實驗實驗1 1：將煙草花葉病毒的蛋白質和：將煙草花葉病毒的蛋白質和RNARNA分離，分別侵染健康的煙草植株，分離，分別侵染健康的煙草植株，實驗結果只有實驗結果只有RNARNA才能使煙草染病，而蛋白質

17、不能。才能使煙草染病，而蛋白質不能。TMVTMV四、煙草花葉病毒（TMV）HRVHRVHRVHRVHRVHRVTMVTMVTMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV結合實驗結合實驗1 1和和2 2可得結論：可得結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是煙草花葉病毒的遺傳物質是RNARNA實驗實驗2 2：將煙草花葉病毒：將煙草花葉病毒(TMV)(TMV)的的RNARNA與車前草病毒（與車前草病毒（HRVHRV）的蛋白質進行重組，）的蛋白質進行重組，將重組病毒侵染健康的煙草植株，煙草葉染病，分離得到將重組病毒侵染健康的煙草植株，煙草葉染病，分離得到TMVTMV病毒。病毒。生物類型生物類型