【課件】3.1DNA是主要的遺傳物質(zhì)課件高一下學(xué)期生物人教版必修2

1、第三章基因的本質(zhì)第一節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì) 主線(xiàn)主線(xiàn)1 1：遺傳學(xué)：注重生物功能：遺傳學(xué)：注重生物功能 1866年Mendel開(kāi)創(chuàng)遺傳學(xué) 1880年德國(guó)科學(xué)家Flemming發(fā)現(xiàn)染色體 1902年德國(guó)科學(xué)家Boveri獲得證據(jù)支持染色體為遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 1910 年美國(guó)科學(xué)家Morgan及學(xué)生豐富及發(fā)展染色體的遺傳學(xué)說(shuō)主線(xiàn)主線(xiàn)2 2：生物化學(xué)：注重化學(xué)成分：生物化學(xué)：注重化學(xué)成分v1869年瑞士科學(xué)家Miescher在研究傷口膿細(xì)胞化學(xué)成分的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)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(chǔ)的核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)，核酸由核糖

2、、堿基和磷酸構(gòu)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(shuō)”；v瑞士科學(xué)家Caspersson證明染色體含有蛋白質(zhì)和DNA；v但當(dāng)時(shí)研究DNA生物化學(xué)和生物物理的專(zhuān)家以為DNA無(wú)特異性、缺乏信息攜帶能力遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是核酸遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是核酸？ 十九世紀(jì)提出酶為生物催化劑的概念，到二十世紀(jì)初爭(zhēng)論酶是蛋白質(zhì)還是其他分子。因研究葉綠體而獲1915年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的德國(guó)猶太科學(xué)家Richard Willsttter（1872-1942）認(rèn)為酶是蛋白質(zhì)制備中的其他污染物質(zhì)； 其他科學(xué)家的工作，特別是1926年美國(guó)Cornell大學(xué)的JamesSu

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

4、期猜測(cè) 研究核酸的生物化學(xué)專(zhuān)家Levene認(rèn)為核酸單調(diào)重復(fù)，最初以為就是四種核苷酸，曾以為核苷酸形成的鏈不長(zhǎng)，但即使在Signer, Caspersson, Hammarsten（1938）確定DNA分子量很大、是很長(zhǎng)的鏈以后，仍未及時(shí)改變核酸像淀粉一樣不太可能攜帶信息的錯(cuò)誤觀念。問(wèn)題探討 20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成的。在這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？你認(rèn)為遺傳物質(zhì)可能具有什么特點(diǎn)？?jī)?chǔ)存大量遺傳信息；準(zhǔn)確復(fù)制并傳遞給下一代控制生物的性狀和新陳代謝結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可發(fā)生突變，亦遺傳 給后代主線(xiàn)主線(xiàn)3 3：流行病學(xué)研究：流行病學(xué)研究v1928年，研究肺炎致病性細(xì)

5、菌的過(guò)程中，英國(guó)的Griffith分析不同類(lèi)型病例分布后推測(cè)不同型的肺炎球菌可能會(huì)變化，之后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，提出了轉(zhuǎn)化因子。v1944年，美國(guó)洛克菲勒醫(yī)學(xué)研究所的Avery、MacLeod和McCarty研究轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，提出脫氧核糖核酸（DNA）是改變細(xì)菌可遺傳特性的轉(zhuǎn)化因子。其后研究驗(yàn)證DNA的轉(zhuǎn)化活性、證明DNA有特異性、發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化活性不局限于特定細(xì)菌的特定性狀。1953年Watson和Crick在Franklin和Wilkins對(duì)DNA進(jìn)行X線(xiàn)衍射的基礎(chǔ)上提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，分子生物學(xué)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(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1

6、、兩種肺炎鏈球菌二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)R型型S型型菌落表面粗糙粗糙，無(wú)無(wú)多糖類(lèi)莢膜莢膜，無(wú)致病性無(wú)致病性菌落表面光滑光滑，有有多糖類(lèi)莢膜莢膜，有致病性有致病性2、格里菲思肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)組別實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)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(xì)菌注射加熱致死的S型細(xì)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(nèi)分離出S型活菌2.格里菲思肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1.對(duì)比第一組合第二組實(shí)驗(yàn)結(jié)果你能得到什么結(jié)論？2. 第三組加熱殺死的S型

7、細(xì)菌為何失去了毒性？3.第四組中無(wú)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(huì)導(dǎo)致小鼠死亡？猜想猜想：加熱殺死的：加熱殺死的S S型細(xì)菌中可能含有某種促使型細(xì)菌中可能含有某種促使R R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為化為S S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)型活細(xì)菌的活性物質(zhì)“轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子”加熱致死原理加熱致死原理：蛋白質(zhì)和核酸對(duì)于高溫的耐受力是不同的蛋白質(zhì)和核酸對(duì)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(nèi)，蛋白質(zhì)失活，度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)失活，DNADNA雙鏈解開(kāi)；當(dāng)溫度恢復(fù)至室溫后，雙鏈解開(kāi)；當(dāng)溫度恢復(fù)至室溫后，DNADNA雙鏈能夠雙鏈能夠重新恢復(fù)，但蛋白質(zhì)的活性無(wú)法恢

8、復(fù)重新恢復(fù)，但蛋白質(zhì)的活性無(wú)法恢復(fù)。R R型細(xì)菌沒(méi)有毒性，型細(xì)菌沒(méi)有毒性，而而S S型細(xì)菌有毒性型細(xì)菌有毒性 格里菲思推論： 已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌，含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)。 -轉(zhuǎn)化因子 二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) R型菌 S型菌 轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子 S型菌 后代 轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)？是多糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、RNA還是DNA？2、艾弗里肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2、艾弗里肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循哪些原理該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)照原則，其巧妙之處在于運(yùn)用“減法原

9、理”，認(rèn)為去除某個(gè)因素影響后，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA很可能是轉(zhuǎn)化因子，同時(shí)說(shuō)明蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)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(guò)氧化氫在不同條件下的分解比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解” ，與，與對(duì)照組對(duì)照組(H2O2常溫下就會(huì)分解常溫下就會(huì)分解)相比，實(shí)驗(yàn)組分別相比，實(shí)驗(yàn)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(zhì)因素物質(zhì)因素如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)如：艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組組用酶解法特異性地去除了某種物質(zhì)用酶解法特異性地去除了某種物質(zhì)，最終判斷，最終判斷出出DNA是轉(zhuǎn)化因子。是轉(zhuǎn)化因子。 還有一個(gè)典型的例子，還有一個(gè)典型的例子，遮光處理（去除光）遮光處理（去除光），探究光對(duì)光合作用的影響。探究光對(duì)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(jìn)入R型菌重組R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌的本質(zhì)：基因重組發(fā)生轉(zhuǎn)化的條件：S型細(xì)菌DNA+R型活菌小鼠致死的條件：S型細(xì)菌DNA+活細(xì)菌進(jìn)一步分析細(xì)胞提取

11、物的理化性質(zhì)：有轉(zhuǎn)化作用的細(xì)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(shí)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(zhuǎn)化因子。1951年，Alexander和Leidy利用結(jié)晶純DNA酶可降解流感桿菌的轉(zhuǎn)化活性，基本上證明DNA就是轉(zhuǎn)化因子。1952年Hotkiss發(fā)表文章，其純化的轉(zhuǎn)化因子蛋白質(zhì)含量低于0.02%。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)者： 赫爾希和蔡斯2. 實(shí)驗(yàn)材料：T2噬菌體（專(zhuān)門(mén)吞噬細(xì)菌的病毒）侵染大腸桿菌后利用宿主物質(zhì)進(jìn)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(xì)菌的

12、實(shí)驗(yàn)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(biāo)記35S和32P？DNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)4.實(shí)驗(yàn)方法：放射性同位素標(biāo)記法C、H、O、N、SC、H、O、N、P35S32P思考：分別用哪種放射性元素標(biāo)記蛋白質(zhì)和DNA？3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z測(cè)蛋白質(zhì)還是DNA入侵了大腸桿菌體內(nèi)三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)5.實(shí)驗(yàn)過(guò)程 標(biāo)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(biāo)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(xì)菌的實(shí)驗(yàn)5.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

13、已標(biāo)記的T2噬菌體侵染未標(biāo)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(shí)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(shí)驗(yàn)過(guò)程攪拌：使吸附在大腸桿菌上的 與 分離開(kāi)。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)大腸桿菌噬菌體檢測(cè)：離心：子代噬菌體中無(wú)子代噬菌體中無(wú)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(zhì)量較輕的 ，而離心管沉淀物中留下被侵染的 。說(shuō)明：說(shuō)明：T2噬菌噬菌體中的體中的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)沒(méi)有沒(méi)有進(jìn)入大腸進(jìn)入大腸桿菌桿菌。說(shuō)明：說(shuō)明：T2噬菌噬菌體中的體中的DNA進(jìn)進(jìn)入大腸桿菌入大腸桿菌。

14、三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)5.結(jié)論： 噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入到細(xì)菌中而蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外。DNA才是噬菌體的遺傳物質(zhì)。三、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)?zāi)男┎僮鞑襟E可能會(huì)導(dǎo)致標(biāo)記分布發(fā)生變化呢？哪些操作步驟可能會(huì)導(dǎo)致標(biāo)記分布發(fā)生變化呢？標(biāo)記對(duì)象標(biāo)記對(duì)象預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)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?jǐn)嚢璨怀浞直貢r(shí)間過(guò)保溫時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)短或過(guò)長(zhǎng)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)對(duì)比肺炎雙球菌肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體侵噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)實(shí)

15、驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)者思思 路路分離方式分離方式結(jié)結(jié) 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(shè)法將設(shè)法將DNADNA與蛋白質(zhì)等分開(kāi)，單獨(dú)地研究與蛋白質(zhì)等分開(kāi)，單獨(dú)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(biāo)記法：同位素標(biāo)記法：標(biāo)記標(biāo)記DNADNA和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)加熱殺死的加熱殺死的S S型菌體型菌體內(nèi)有內(nèi)有“轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子”證明證明DNADNA是遺傳物是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。DNADNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì), ,但但不不能證明蛋白質(zhì)不是遺能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)傳物質(zhì)總結(jié)歸納 伊凡諾夫斯基，俄羅斯科學(xué)家伊凡諾夫斯基，

16、俄羅斯科學(xué)家汁液感染汁液煙草花葉病葉細(xì)菌過(guò)濾器煙草正常葉問(wèn)題：引起煙草花葉病的病原體是什么？問(wèn)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(wèn)題：煙草花葉病的遺傳物質(zhì)是什么？問(wèn)題：煙草花葉病的遺傳物質(zhì)是什么？四、煙草花葉病毒（TMV）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)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(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 1：將煙草花葉病毒的蛋白質(zhì)和：將煙草花葉病毒的蛋白質(zhì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果只有實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有RNARNA才能使煙草染病，而蛋白質(zhì)

17、不能。才能使煙草染病，而蛋白質(zhì)不能。TMVTMV四、煙草花葉病毒（TMV）HRVHRVHRVHRVHRVHRVTMVTMVTMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV RNARNATMVTMV結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)驗(yàn)1 1和和2 2可得結(jié)論：可得結(jié)論：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNARNA實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2：將煙草花葉病毒：將煙草花葉病毒(TMV)(TMV)的的RNARNA與車(chē)前草病毒（與車(chē)前草病毒（HRVHRV）的蛋白質(zhì)進(jìn)行重組，）的蛋白質(zhì)進(jìn)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(lèi)型生物類(lèi)型