1、第三章第三章基因的本质基因的本质第第1 1节节 DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1909年：摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于 上。19世纪中期：孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由 控制。1903年：萨顿通过对蝗虫细胞观察得出假说：基因位于 上。20世纪中期：科学家发现：染色体主要组成成分：。遗传因子染色体染色体DNA和蛋白质1.你认为遗传物质可能具有什么特点？遗传物质应能够储存大量的遗传信息，可以准确地复制，并传递给下一代，结构比较稳定，等等。2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些?例：将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。20世纪中叶，科学家发现染
2、色体主要是由蛋白质和DNA组成的。20世纪20年代，大多数科学家认为：蛋白质是生物体的遗传物质。蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子；氨基酸多种多样的排列组合方式可能蕴含着遗传信息。没发现其他大分子有类似的结构特点。一、对遗传物质的早期推测20世纪30年代，科学家发现：DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子；组成DNA的脱氧核苷酸有4种；每种脱氧核苷酸都有特定的碱基。1946年诺贝尔化学奖：证明酶的本质是蛋白质。在当时对蛋白质的研究很热门，蛋白质是遗传物质占主流观点！而由于对DNA的结构没有清晰的了解，核酸权威专家认为DNA是单调重复的分子，无特异性，缺乏信息携带能力。一、对遗传物质
3、的早期推测大多数科学家认为蛋白质是遗传物质“我们表示怀疑！我们表示怀疑！”艾弗里赫尔希格里菲思项目S型细菌R型细菌菌落菌体有无毒性表面光滑 Smooth表面粗糙 rough肺炎链球菌二二肺炎链球菌转化实验肺炎链球菌转化实验多糖类的荚膜 实验材料：实验材料：小鼠有无 荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。第一组不死亡说明R型细菌无毒第二组死亡说明S型细菌有毒第三组不死亡说明加热致死的S型细菌无毒第四组死亡说明R型细菌转化成了S型细菌注射R型活细菌注射S
4、型活细菌注射加热致死的S型细菌将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射1 1格里菲思体内转化实验格里菲思体内转化实验对比第一、二组的实验现象，这说明了什么？什么使活R型细菌转变成活的S型细菌？由于体内有活的S型细菌的作用。活的R型细菌转化成了活的S型细菌。格里菲思的实验：第四组小鼠为什么会死亡呢？第四组活的S型细菌如何出现？S型活细菌有毒性，R型细菌无毒性。R 型活细菌 +S 型死菌S 型活细菌转化某种物质S 型活细菌繁殖1.加热杀死的S型细菌含有某种促成R型活细菌转化成S型活细菌的转化因子。格里菲思的实验说明了:究竟是什么物质呢?转化因子2.这种性状的转化是可以遗传的。弗雷德里克格里菲斯（
5、Frederick Griffith）1 1格里菲思体内转化实验格里菲思体内转化实验这种转化因子究竟是什么物质呢？艾弗里体外转化多糖脂质 蛋白质RNA DNA多糖蛋白质RNADNA脂质S型细菌关键思路：把S型细菌的各种物质分开，单独的、直接的观察它们的作用。艾弗里（O.Avery,美国）20世纪40年代（体外转化实验）：将加热致死的S型菌破碎后，首先设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物，然后作用于R型细菌，观察它们的作用，才能确定DNA是不是遗传物质。但是当时的技术有限，并不能彻底提纯这些物质，因此，可以通过酶解法，将物质一个个的排除，通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子，
6、这就是实验设计的“减法原理”（P46）第一组有R型细菌的培养基S型细菌的细胞提取物+第二至四组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混合混合第五组有R型细菌的培养液S型细菌的细胞提取物+混合DNA酶蛋白酶（或RNA酶、酯酶）S型细菌R型细菌S型细菌R型细菌只长R型细菌对照原则、单一变量原则2 2肺炎链球菌体外转化实验肺炎链球菌体外转化实验 实验过程归纳结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质；2.被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数；注意：1.艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；S型菌荚膜控制
7、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型菌蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌知识拓展 R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组转化实验中，小鼠体内S型细菌和R型细菌的含量变化曲线如下图所示：（1）ab段：将加热致死的S型细菌与R型细菌混合后注射到小鼠体内，ab时间段内，小鼠体内还没形成大量的R型细菌的抗体，故该时间段内R型细菌数量增多。（2）bc段：小鼠体内形成大量的抗R型细菌
8、的抗体，致使R型细菌数量减少。（3）cd段：c点对应的时间点之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，导致R型细菌大量繁殖，所以cd段R型细菌数量增多。噬菌体结构模式图蛋白质的组成元素：DNA的组成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N、P（含S）（含P）用32P标记用35S标记T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。1.噬菌体的结构3 3噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验T2噬菌体的增殖增殖需要的条件内容模板 的DNA合成T2噬菌体DNA原料 提供的4种脱氧核苷酸合成T2噬菌体蛋白质原料_场所_T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌的氨基酸大肠杆菌的核糖体离心离心含3
9、5S或32P培养基含35S或32P细菌噬菌体侵染含35S或32P细菌含35S或32P噬菌体+培养培养含32P的_+培养培养培养培养35S标记的_32P标记的_含35S的_大肠杆菌T2噬菌体T2噬菌体含35S的细菌培养基+大肠杆菌含32P的细菌培养基培养培养T2噬菌体大肠杆菌大肠杆菌甲组乙组实验过程 培养带标记的噬菌体：能否在含放射性同位素的培养基中标记噬菌体？不能，噬菌体只能寄生在活细胞（大肠杆菌）中，不能在培养基上存活。35S标记的噬菌体35S标记噬菌体与大肠杆菌混合经短时间保温后用搅拌器搅拌离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性沉淀物放射性很低?子代噬菌体中无
10、35S。上清液放射性很高搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌上，随细菌离心到沉淀物中。说明：T2噬菌体中的蛋白质没有进入大肠杆菌。不能证明蛋白质不是遗传物质。32P标记的噬菌体沉淀物放射性很高。子代噬菌体中含32P32P标记噬菌体与大肠杆菌混合经短时间保温后用搅拌器搅拌离心检测上清液和沉淀物中的放射性物质细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性上清液放射性很低?保温时间过短，部分噬菌体还未侵染大肠杆菌；保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。说明：T2噬菌体中的DNA进入了大肠杆菌。说明DNA是真正的遗传物质三个经典实验对比肺炎双球菌体内转化实验肺炎双球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验
11、实验者思 路分离方式结 论格里菲思艾弗里赫尔希和蔡斯设法将DNA与蛋白质等分开，单独地研究它们遗传功能。酶解法:分别加入到R型菌中同位素标记法：标记DNA和蛋白质加热杀死的S型菌体内有“转化因子”证明DNA是遗传物质，蛋白质不是。DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质总结归纳 1、艾弗里与赫尔希等人选用细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？2、从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？（1）个体很小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳，易于观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。（2）繁殖快
12、，细菌2030min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。从控制自变量的角度，艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。最大的困难是，如何彻底去除细胞中含有的其它物质。思考 讨论 3、艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体的培养技术、同位素标记技术以及物质的提取和分离技术等。启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互
13、支持、相互促进的。目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。思考：RNA是遗传物质吗？流感病毒SARS病毒烟草花叶病毒新型冠状病毒4 4烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)侵染烟草实验侵染烟草实验蛋白质RNA 分别侵染健康烟草植株患病不患病得到全新病毒不能得到病毒实验：烟草花叶病毒组分单独侵染烟草实验烟草花叶病毒的遗传物质是RNA烟草花叶病毒（TMV）只含蛋白质和RNA实验结论：4 4烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)侵染烟草实验侵染烟草实验TMV 2RNA 2蛋白质 2蛋白质 1+RNA 2TMV 2TMV 1RNA 1 1蛋白质 1蛋白质 2+RNA 1TMV 12、烟草花叶病毒重建实验 ：3、实验结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA细胞生物真核生物原核生物DNA病毒RNA病毒非细胞生物（如新冠病毒、HIV、SARS、烟草花叶病毒）遗传物质是DNA遗传物质是RNA核酸是一切生物的遗传物质(含DNA和RNA)（只含DNA或RNA）课堂小结 项目核酸遗传物质类型核苷酸种类碱基种类类型核苷酸种类碱基种类细胞生物真核细胞 DNA和RNA_DNA44原核生物 DNA和RNA85_非细胞生物(病毒)DNA病毒DNA44_RNA病毒RNA_RNA4485DNA44DNA4444真核生物、原核生物及病毒的核酸类型DNA=遗传物质DNA是主要的遗传物质
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