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1、第3章基因的本质 孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状由控制 遗传因子 染色体 摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于上 科学家发现 染色体主要组成成分 蛋白质和DNA 历史的步伐 DNA 染色体在遗传上的连续性和稳定性 蛋白质 1 稳定性2 连续性3 与蛋白质合成有关4 变异性 什么结构或物质具备这些条件呢 遗传物质应具备的特点 背景 对遗传物质的早期推测 蛋白质的基本组成单位 氨基酸氨基酸多种多样的排列可能蕴含遗传信息蛋白质是生物体主要的遗传物质 挑战 实验材料 两种肺炎双球菌 R型菌菌落 粗糙无荚膜 无毒 S型菌菌落 光滑 Smooth 有荚膜 有毒 可致死 肺炎双球菌的转化实验 Rough 1
2、 将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内 不死亡 2 将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内 患败血症死亡 3 将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内 不死亡 4 将无毒性R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内 小鼠患败血症死亡 一 格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验 1 R型活菌 小鼠不死亡 说明R型细菌无毒性 2 S型活菌 小鼠死亡 说明S型细菌毒性 3 S型活菌 加热杀死 小鼠不死亡 说明加热杀死S型细菌失去毒性 4 加热杀死S型细菌 R型活菌 老鼠死亡 从中分离出了S型活菌 实验过程 注射 注射 注射 注射 思考 1 对比分析 1 2 说明什么 S型细菌有毒使小鼠致死 R型细菌无毒不能
3、使小鼠致死 3 在 4 中是谁导致小鼠死亡 4 在 4 中小鼠体内能分离出S型活细菌 它是开始注射进去的 还是混合后重新出现的 S型活细菌 混合后重新出现的 2 对比分析 2 3 组说明什么 加热杀死S型细菌 就会使其失去毒性 7 实验先进行 1 2 与 3 4 相比 起 作用 对照 6 对比分析 3 4 又说明什么 R型活菌与S型死细菌混合后 S型死细菌可以利用R型活细菌体内的物质产生S型活细菌 使小鼠致死 8 S型活细菌的后代也具有毒性 又说明了什么 由R型细菌转化成了S型细菌 且这种转化是可以遗传的 已经被加热杀死的S型细菌中 必然含有某种促成这一转化的活性物质 转化因子 格里菲思实验的
4、结论是什么 实验结论 转化因子 是什么 在证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么 必须将蛋白质 其他物质与DNA分开 单独 直接地观察它们的作用 才能确定究竟谁是遗传物质 在杀死的S型细菌中含有哪些物质 寻找转化因子 但究竟哪一个才是转化因子呢 二 艾弗里确定转化因子的实验 R型细菌 R型细菌 只长R型菌 只长R型菌 R型细菌 实验过程 实验过程 多糖脂类蛋白质RNADNADNA DNA酶 分别与R型活细菌混合培养 RRRRRSR S型活细菌 RS 多数 少数 二 艾弗里确定转化因子的实验1944年 DNA 转化因子 是DNA DNA才是遗传物质 DNA纯度越高
5、 转化越有效 实验结论 转化因子 是DNA DNA才是遗传物质 而蛋白质等其他物质不是遗传物质 纠正了一个生物界的错误的普遍共识 这个实验结论足以让所有科学家信服吗 思考 1 加入DNA酶的组意图何在 2 分析实验结果 能得出什么结论 艾弗里的实验引起了人们的注意 但是 由于艾弗里实验中提取出的DNA 纯度最高时也还有0 02 的蛋白质 因此 仍有人对实验结论表示怀疑 有没有比细菌更为简单的实验材料 1952年 赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料 利用放射性同位素标记的新技术 完成了另一个更具有说服力的实验 思维碰撞 实验材料 T2噬菌体 大肠杆菌 噬菌体的结构模式图 T2噬菌体中60 是蛋白
6、质 40 是DNA T2噬菌体的结构 1 成分只有蛋白质 DNA 2 仅能在大肠杆菌内繁殖 3 繁殖时 仅将遗传物质导入大肠杆菌 其他物质保留在体外 三 噬菌体侵染细菌的实验 所以 要证明噬菌体里面蛋白质和DNA谁是遗传物质 只需证明 噬菌体要将谁导入细菌体内 噬菌体侵染细胞的过程 噬菌体侵染细胞的过程 吸附 噬菌体侵染细胞的过程 注入 噬菌体侵染细胞的过程 合成 噬菌体侵染细胞的过程 噬菌体侵染细胞的过程 组装 噬菌体侵染细胞的过程 释放 噬菌体侵染细菌过程 吸附 注入 合成 组装 释放 1 实验设计思路 3 实验过程 把蛋白质和DNA区分开 直接地 单独地观察DNA和蛋白质的作用 1 标记
7、细菌 细菌 含35S的培养基细菌 含32P的培养基 含35S的细菌 含32P的细菌 2 标记噬菌体 噬菌体 含35S的细菌噬菌体 含32P的细菌 含35S的噬菌体含32P的噬菌体 3 噬菌体侵染细菌 含35S的噬菌体 细菌含32P的噬菌体 细菌 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 2 实验方法 放射性同位素标记法 三 噬菌体侵染细菌的实验 被35S标记的噬菌体 被32P标记的噬菌体 被35S标记的噬菌体与细菌混合 3 噬菌体侵染细菌 噬菌体比大肠杆菌轻 上清液 沉淀物 噬菌体 细菌 外壳 被注入的DNA 蛋白质 DNA 有放射性 无 无 有放射性 上清液 放
8、射性很高 沉淀物 放射性很高 沉淀物也有放射性 上清液也有放射性 分离不完全 噬菌体蛋白质外壳 释放出来的 未侵染的噬菌体 释放的 未侵染的 用放射性同位素35S标记噬菌体蛋白质外壳 子代噬菌体 35S 噬菌体侵染细菌时 蛋白质外壳留在外面 没有进入到细菌中 无35S 亲代噬菌体 想一想 这一结果说明了什么 4 噬菌体侵染细菌实验的检测结果分析 用放射性同位素32P标记噬菌体内部DNA 32P 子代噬菌体 实验表明 噬菌体侵染细菌时 DNA进入到细菌中 亲代噬菌体 有32P 想一想 这一结果又说明了什么 DNA是遗传物质 DNA是唯一的遗传物质吗 流感病毒 SARS病毒 烟草花叶病毒 下面这些
9、生物的遗传物质是什么 敢于质疑 如果你是科学家 请设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是什么 背景知识 烟草花叶病毒TMV是由RNA和蛋白质组成的 在感染烟草时 会出现致病斑 课堂延伸 实验探究 结论 RNA是烟草花叶病毒的遗传物质 细胞结构生物 原核生物真核生物 遗传物质是DNA 非细胞结构生物 遗传物质是RNA 只含DNA的病毒 只含RNA的病毒 生物 总结 4 由于大多数生物的遗传物质是DNA 所以说DNA是主要的遗传物质 但肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验只能证明DNA是遗传物质 3 在只含RNA的少数病毒 烟草花叶病毒 HIV SARS 流感 禽流感 中 RNA才作为遗传物质
10、 2 凡是具有细胞结构的生物 既有DNA 又有RNA 遗传物质是DNA 1 一切生物的遗传物质是核酸 4 噬菌体侵染细菌的实验中 在细菌内合成子代噬菌体蛋白质外壳 DNA可以指导蛋白质的合成 1 肺炎双球菌转化实验中 对S菌加热处理 DNA仍具有生物活性 DNA分子结构具有相对稳定性 2 肺炎双球菌转化实验中 R型细菌可以转化生成S型细菌 DNA可以发生可遗传的变异 3 噬菌体侵染细菌的实验中 DNA在亲代与子代噬菌体中具有连续性 DNA可以发生复制 由亲代传递给子代 能产生可遗传变异 具有相对稳定的结构 能自我复制 使亲子代具有一定的连续性 能指导蛋白质合成 从而控制生物的性状 作为遗传物质
11、所必须具备的特点 能贮存大量的遗传信息 选择题 1 关于病毒的遗传物质的叙述正确的是 A 核糖核酸 B 脱氧核糖核酸或核糖核酸 C 脱氧核糖核酸 D 脱氧核糖核酸和核糖核酸 B 2 生物的遗传物质是 A DNAB RNAC 核酸D 蛋白质 C 3 注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是 A R型肺炎双球菌B 加热杀死后的R型肺炎双球菌C 加热杀死后的S型肺炎双球菌D 加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合 D 4 用噬菌体去侵染内含有32P的细菌 在细菌解体后 含32P的应是 A 子代噬菌体DNAB 子代噬菌体蛋白质外壳C 子代噬菌体所有部分D 子代噬菌体不含32P 5 用噬菌体去感染内含大量
12、3H的细菌 待细菌解体后 3H应 A 随细菌的解体而消失B 发现于噬菌体外壳和DNA中C 仅发现于噬菌体的DNA中D 仅发现于噬菌体的外壳中 A B 6 噬菌体侵染细菌的实验中 子代噬菌体的蛋白质外壳是 A 在噬菌体DNA的指导下 用细菌的物质合成的B 在细菌DNA的指导下 用细菌的物质合成的C 在噬菌体DNA的指导下 用噬菌体的物质合成的D 在细菌DNA的指导下 用噬菌体的物质合成的 解析 当噬菌体侵染细菌时 注入到细菌细胞内的只有噬菌体DNA 子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA都是在噬菌体DNA的指导下 用细菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成的 答案 A 7 某科学家做 噬菌体侵染细菌实验 时 分别用
13、同位素32P和35S做了标记 见下表 此实验所得结果是子噬菌体和母噬菌体的外形及侵染细菌的特性均相同 请分析 1 子噬菌体的DNA分子中含有的上述元素是 2 子噬菌体的蛋白质分子中含有的上述元素是 3 此实验说明了 答案 1 32P 31P 2 35S 3 DNA是遗传物质 肺炎双球菌实验的评价 1 遵循了严格的对照原则和单因子变量原则 2 科学的思路 发现问题 提出假设 设计实验验证 得出结论 体内转化实验 体外转化实验 探究实验的基本步骤 实验原理和方法 蛋白质的组成元素 DNA的组成元素 标记32p 标记35s 标记噬菌体方法 在分别含有放射性同位素32p和35s的培养基中培养细菌 分别
14、用上述细菌培养T2噬菌体 制备含32p的噬菌体和含35s的噬菌体 C H O N S C H O N P 培养大肠杆菌 培养T2噬菌体 噬菌体 蛋白质 35S 32P 35S 培养大肠杆菌 培养T2噬菌体 噬菌体 DNA 32P 标记噬菌体的方法 实验步骤 标记细菌 标记噬菌体 噬菌体侵染细菌 短时间保温 搅拌离心 观察放射性的分布 短时间 保证子代噬菌体的DNA和蛋白质在大肠杆菌中正处于合成阶段 子代噬菌体还没有组装好 或虽已经组装但并未使细菌发生裂解 保温 为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度 以保证酶的活性 搅拌的目的 使吸附在细菌上的噬菌体颗粒与细菌分离 离心的目的 让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒 而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌 内部DNA不存在了的噬菌体外壳 同位素用于追踪物质运行和变化过程时 叫做示踪元素 用示踪元素标记的化合物 化学性质不变 人们可以根据这种化合物的性质 对有关的一系列化学反应进行追踪 这种科学研究方法叫做同位素标记法
