第五講遺傳物質(zhì)的探索歷程

1、第五講遺傳物質(zhì)的探索歷程2018高考考綱及熱點預(yù)測人類對遺傳物質(zhì)的探索過程【考綱要求】1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗設(shè)計思路及所體現(xiàn)的對照原則2、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗設(shè)計思路、結(jié)論【熱點預(yù)測】 探索遺傳物質(zhì)過程中的經(jīng)典實驗仍是重點，主要以實驗分析題形式出現(xiàn)。1866年，孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀由 遺傳因子控制。1910年，摩爾根通過果蠅實驗證明了基因位于染色體上?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：染色體主要組成成分 蛋白質(zhì)和DNADNA染色體在遺傳上的連續(xù)性和穩(wěn)定性? 蛋白質(zhì)背景了解：歷史的步伐一、遺傳物質(zhì)必須具備的特點1、具有存儲巨大數(shù)量信息的可能2、在生長和繁殖過程中能精確的自我復(fù)制3、能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成從

2、而控制生物的性 狀和新陳代謝4、分子結(jié)構(gòu)相對相對穩(wěn)定問題：兩種不同的推測如何求證呢？考點一 遺傳物質(zhì)早期認(rèn)識二、DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)1間接證據(jù)(早期推測)A:蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)(20世紀(jì)20年代)各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的 。氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊(yùn)含著 。 蛋白質(zhì)遺傳信息結(jié)論： 是遺傳物質(zhì)。蛋白質(zhì)穩(wěn)定DNA蛋白質(zhì)DNADNA連續(xù)B:DNA是遺傳物質(zhì)【典例1】探索遺傳物質(zhì)的過程是漫長的，直到20世紀(jì)初期，人們?nèi)云毡檎J(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。當(dāng)時人們作出判斷的理由不包括 A.不同生物的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上存在差異 B.蛋白質(zhì)與生物的性狀密切相關(guān) C.蛋白質(zhì)比DNA具有更高的熱穩(wěn)定

3、性，并且 能夠自我復(fù)制 D.蛋白質(zhì)中氨基酸的不同排列組臺可以貯存 大量遺傳信息C1、實驗材料：兩種肺炎雙球菌 多糖類莢膜R型菌菌落:粗糙 無莢膜，無毒S型菌菌落:光滑(Smooth) 有莢膜有毒，可致死一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗(Rough)考點二 探索遺傳物質(zhì)經(jīng)典實驗（1）將無毒性的R型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，不死亡。（2）將有毒性S型活細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，患敗血癥死亡。（3）將加熱殺死后的S型細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，不死亡。（4）將無毒性R型活細(xì)菌與加熱殺死后的S型細(xì)菌混合 后注射到小鼠體內(nèi)，小鼠患敗血癥死亡。？2、實驗過程及結(jié)果： “轉(zhuǎn)化因子”是什么？3、實驗結(jié)論： 已經(jīng)被加熱殺死的S型細(xì)菌中，

4、必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化因子 問題思考： 在證明DNA還是蛋白質(zhì)或其他物質(zhì)是遺傳物質(zhì)的實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？ 必須將蛋白質(zhì)、其他物質(zhì)與DNA分開，單獨(dú)、直接地觀察它們的作用，才能確定究竟誰是遺傳物質(zhì)。多糖 脂類 蛋白質(zhì) RNA DNA加熱殺死的S型細(xì)菌在殺死的S型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？尋找轉(zhuǎn)化因子： 但究竟哪一個才是轉(zhuǎn)化因子呢？ 1、 實驗過程： 多糖 脂類 蛋白質(zhì) RNA DNA DNA+DNA酶 分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng) R R R R R S R S型活細(xì)菌 R S 多數(shù)少數(shù)DNA艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗 1944年2、實驗結(jié)果： 只有加入DNA才轉(zhuǎn)化；DNA越純，轉(zhuǎn)化越

5、有效；用DNA酶處理DNA，不再轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化因子是DNA。DNA才是遺傳物質(zhì)。而蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。（糾正了一個生物界的錯誤的普遍共識）3、實驗結(jié)論: 1、艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗有何妙處？思考： 2、這個實驗結(jié)論足以讓所有科學(xué)家信服嗎？把DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)地、直接地觀察DNA的作用；設(shè)計對照實驗，用DNA酶處理，觀察DNA的作用。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的評價1、遵循了嚴(yán)格的對照原則和單一變量原則2、科學(xué)的思路：發(fā)現(xiàn)問題提出假設(shè)設(shè)計實驗驗證得出結(jié)論體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗體外轉(zhuǎn)化實驗探究實驗的基本步驟格里菲思，體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗艾弗里，體外轉(zhuǎn)化實驗 艾弗里的實驗引起了人們的注意，但是，由于艾弗里實驗中提取

6、出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質(zhì)，因此，仍有人對實驗結(jié)論表示懷疑。有沒有比細(xì)菌更為簡單的實驗材料？ 1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標(biāo)記的新技術(shù)，完成了另一個更具有說服力的實驗.二、噬菌體侵染細(xì)菌（大腸桿菌）實驗考點二 探索遺傳物質(zhì)經(jīng)典實驗1、實驗材料：T2噬菌體、大腸桿菌T2噬菌體中60%是蛋白質(zhì),40%是DNA.T2 噬菌體的特點 是一種專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)的DNA病毒 頭部和尾部的外殼是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部內(nèi)含有DNA在自身遺傳物質(zhì)的指導(dǎo)下進(jìn)行繁殖,原料來自大腸桿菌子代噬菌體從宿主細(xì)胞裂解釋放。 噬菌體大腸桿菌噬菌體侵染細(xì)菌的動態(tài)過程：侵入別

7、的細(xì)菌合成組裝釋放吸附侵入合成組裝釋放吸附動畫 首先，噬菌體的尾端吸附在細(xì)菌的表面侵入 然后， 噬菌體通過尾軸把DNA全部注進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)，而蛋白質(zhì)外殼則留在細(xì)菌體外，不起作用。 噬菌體的 DNA 在細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)胞本身的 DNA 解體，同時利用細(xì)菌的化學(xué)成分合成噬菌體自身的 DNA和蛋白質(zhì)， 這些新合成的 DNA 和蛋白質(zhì)外殼組裝出很多個與親代一模一樣的子代噬菌體。 最后，這些噬菌體由于細(xì)菌的解體而被釋放出來，再去侵染其他的細(xì)菌。 T2噬菌體模式圖選擇噬菌體優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單。侵入細(xì)菌后，蛋白質(zhì)外殼與DNA分離，在自身遺傳物質(zhì)的作用下，以細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)為原料進(jìn)行增殖的病毒。DNA（主要元素是C、H、O

8、、N、P）蛋白質(zhì)（主要元素是C、H、O、N、S）思考：為什么要用35S和32P標(biāo)記？ 用14C和18O等標(biāo)記行嗎？2、實驗設(shè)計思路： 用同位素標(biāo)記親代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，分別去感染無任何標(biāo)記的宿主，觀察子代噬菌體的放射性，分析哪種物質(zhì)能在親子代之間遺傳。3、實驗過程：（1）標(biāo)記宿主細(xì)菌：分別用35S和32P培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，獲得分別含有35S和32P的大腸桿菌。（2）標(biāo)記噬菌體：分別用35S和32P的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體，獲得分別含有35S和32P的親代噬菌體。細(xì)菌+含35S的培養(yǎng)基細(xì)菌+含32P的培養(yǎng)基含35S的細(xì)菌含32P的細(xì)菌（3）侵染細(xì)菌：用含35S的噬菌體大腸桿菌混合培養(yǎng)用含32

9、P的噬菌體大腸桿菌混合培養(yǎng)（4）攪拌、離心噬菌體+含35S的細(xì)菌噬菌體+含32P的細(xì)菌含35S的噬菌體含32P的噬菌體上清液放射性低用含32P的噬菌體大腸桿菌混合培養(yǎng)沉淀物放射性高用含35S的噬菌體大腸桿菌混合培養(yǎng)上清液放射性高沉淀物放射性低沉淀物（大腸桿菌）中含有大量的子代噬菌體個體。（5）實驗結(jié)論：DNA才是遺傳物質(zhì)分離不完全(噬菌體蛋白質(zhì)外殼)釋放出來的、未侵染的噬菌體1、為什么35S標(biāo)記組，沉淀物也有放射性？32P標(biāo)記組上清液也存在放射性？討論：2、赫爾希和蔡斯實驗?zāi)苷f明蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)嗎？實驗步驟標(biāo)記細(xì)菌標(biāo)記噬菌體噬菌體侵染細(xì)菌（短時間保溫）攪拌離心觀察放射性的分布“短時間”：保證子

10、代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)在大腸桿菌中正處于合成階段，子代噬菌體還沒有組裝好，或雖已經(jīng)組裝但并未使細(xì)菌發(fā)生裂解 “保溫”：為噬菌體培養(yǎng)提供適宜的恒定的溫度，以保證酶的活性。 攪拌的目的：使吸附在細(xì)菌上的噬菌體顆粒與細(xì)菌分離離心的目的：讓上清液中析出重量較輕的噬菌體顆粒，而離心管的沉淀物中留下被感染的大腸桿菌。 內(nèi)部DNA不存在了的噬菌體外殼【典例2】根據(jù)蔡斯和赫爾希的實驗回答下列問題： 上清液和沉淀物中的成分分別是 和 ，原因是：。 進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的是噬菌體的 ,依據(jù)是： 。 該實驗?zāi)芊褡C明DNA是遺傳物質(zhì)？能否證明蛋白質(zhì)不是物質(zhì)？噬菌體外殼細(xì)菌兩者密度不同DNA放射性32P只存在于沉淀物中只能證

11、明DNA是遺傳物質(zhì)，不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，因為蛋白質(zhì)外殼未進(jìn)入細(xì)菌。C【典例3】根據(jù)蔡斯和赫爾希的實驗回答下列問題： T2噬菌體復(fù)制所需原料來自 ，子代T2噬菌體蛋白質(zhì)外殼合成場所是 。大腸桿菌大腸桿菌的核糖體【典例4】 噬菌體侵染細(xì)菌實驗不能證明（）DNA能自我復(fù)制，使前后代保持一定的連續(xù)性、穩(wěn)定性DNA分子結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性DNA能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成DNA能產(chǎn)生可遺傳變異DNA是遺傳物質(zhì)DNA是主要的遺傳物質(zhì)A B C D返回DNA是遺傳物質(zhì)1928年 格里菲思 體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗1944年 艾弗里體外轉(zhuǎn)化實驗1952年 赫爾希、蔡斯噬菌體侵染細(xì)菌實驗經(jīng)典實驗DNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？流感病毒

12、SARS病毒煙草花葉病毒下面這些生物的遺傳物質(zhì)是什么？敢于質(zhì)疑 如果你是科學(xué)家，請設(shè)計實驗證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是什么？背景知識：煙草花葉病毒TMV是由RNA和蛋白質(zhì)組成的，在感染煙草時，會出現(xiàn)致病斑。知識拓展煙草花葉病毒不含DNA，只有RNA和蛋白質(zhì)，其遺傳物質(zhì)是什么？煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA思路:煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開，直接地、單獨(dú)地去觀察他們各自的作用，從而判斷誰才是遺傳物質(zhì)僅RNA能使煙草產(chǎn)生原樣病斑僅蛋白質(zhì)能使煙草產(chǎn)生原樣病斑RNA和蛋白質(zhì)都能使煙草產(chǎn)生原樣病斑若出現(xiàn)結(jié)果則僅RNA是遺傳物質(zhì)； 若出現(xiàn)結(jié)果則僅蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)； 若出現(xiàn)結(jié)果則RNA和蛋白質(zhì)都是遺傳

13、物質(zhì)預(yù)測結(jié)果：（現(xiàn)象）提出問題：作出假設(shè)：設(shè)計實驗：探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)？得出結(jié)論：實驗探究蛋白質(zhì)RNA分離感染煙草感染煙草實驗結(jié)果出現(xiàn)病斑不出現(xiàn)病斑實驗結(jié)果結(jié)論：RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)分離分離重組重組感染新的病毒產(chǎn)生哪種病毒？ RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA煙草花葉病毒重建實驗細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物原核生物真核生物遺傳物質(zhì)是DNA非細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物遺傳物質(zhì)是RNA只含DNA的病毒：只含RNA的病毒：生物總結(jié)4、由于大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。但肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細(xì)菌的實驗只能證明DNA是遺傳物質(zhì)。3、在只含RNA的少數(shù)病毒（煙草花葉病毒、HIV、S

14、ARS、流感、禽流感）中，RNA才作為遺傳物質(zhì)。2、凡是具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物，既有DNA，又有RNA，遺傳物質(zhì)是DNA1、一切生物的遺傳物質(zhì)是核酸DNA是生物界的主要遺傳物質(zhì) 格里菲斯、艾佛里、赫爾希和蔡斯等探索、假設(shè)、證明，所以：4、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中，在細(xì)菌內(nèi)合成子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼DNA可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。 1、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，對S菌加熱處理，DNA仍具有生物活性DNA分子結(jié)構(gòu)具有相對穩(wěn)定性。2、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，R型細(xì)菌可以轉(zhuǎn)化生成S型細(xì)菌DNA可以發(fā)生可遺傳的變異。3、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中，DNA在親代與子代噬菌體中具有連續(xù)性DNA可以發(fā)生復(fù)制，由親代傳遞給子代。能產(chǎn)

15、生可遺傳變異具有相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能自我復(fù)制,使親子代具有一定的連續(xù)性能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生物的性狀能貯存大量的遺傳信息作為遺傳物質(zhì)所必須具備的特點:S型細(xì)菌體內(nèi)的DNA熱穩(wěn)定性較高，把DNA溶液加熱至沸點，可使其氫鍵斷裂，雙螺旋解體，但若將其緩慢冷卻，分離的單鏈又可部分地得以重聚，恢復(fù)其雙螺旋結(jié)構(gòu)。因此，在一定溫度范圍內(nèi)，加熱不會導(dǎo)致DNA變性。當(dāng)與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)時，S型細(xì)菌DNA進(jìn)入R型細(xì)菌體內(nèi)，這叫DNA的轉(zhuǎn)化。1.肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗教材拓展延伸2噬菌體侵染細(xì)菌的實驗(1)用放射性元素?zé)o法直接標(biāo)記無自主代謝能力的噬菌體，只有用相關(guān)元素標(biāo)記其宿主，再讓噬菌體侵染宿主，才能使其增殖，子代被

16、標(biāo)記。(2)噬菌體在宿主細(xì)胞中的增殖過程包括：吸附注入合成裝配釋放。(3)從組成化合物的元素可知，S只存在于某些蛋白質(zhì)中，P主要分布于DNA(核酸)中，故可用其同位素標(biāo)記兩種成分。教材拓展延伸(4)雖然細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細(xì)菌的實驗方法不同(前者為直接分離培養(yǎng)法，后者為放射性同位素示蹤法)，但思路基本一致且都遵循了對照原則。(5)兩個實驗的結(jié)論都是DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。2噬菌體侵染細(xì)菌的實驗教材拓展延伸3、實驗過程中排除干擾因素的常用方法將各種物質(zhì)分開來分別實驗。用同位素進(jìn)行示蹤(如在噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中用32P和35S分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì))。利用酶的專一性除去某些干擾物質(zhì)(如在肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗中選用DNA酶降解DNA作對照實驗)。教材拓展延伸選擇題 1、關(guān)于病毒的遺傳物質(zhì)的敘述正確的是A. 核糖核酸B. 脫氧核糖核酸或核糖核酸C. 脫氧核糖核酸D. 脫氧核糖核酸和核糖核酸B 2.生物的遺傳物質(zhì)是：( ) A.DNA B.RNA C.核酸 D. 蛋白質(zhì)C3注射后能使小白鼠因患敗血病而死亡的是（ ） AR型肺炎雙球菌 B加熱殺死后的R型肺炎雙球菌 C加熱殺死后的S型肺炎雙球菌 D加熱殺死后的S型肺炎雙球菌與R型細(xì)菌混合D4、用噬菌體去侵染內(nèi)含有32P的細(xì)菌，在細(xì)菌解體后，含32P的