高中生物必修二-第三章-基因的本质

高中生物必修二第三章基因的本质一、基因本质的证明过程1、艾弗里的肺炎双球菌的转化实验（1）肺炎双球菌的毒性S型细菌：菌体表面有多糖类的荚膜，形成的菌落表面光滑（smooth），有毒性R型细菌：菌体表面没有荚膜，形成的菌落表面粗糙（rough），无毒性（2）体内转化实验①R型活细菌注射活鼠→小鼠不死亡②S型活细菌注射活鼠→小鼠死亡，从体内分离出S型活细菌③加热后杀死的S型死细菌注射活鼠→小鼠不死亡④加热后杀死的S型死细菌和R型活细菌混合后注射活鼠→小鼠死亡，从体内分离出S型活细菌和R型细菌⑤得到推论：被加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，这种转化因子将无毒的R型活细菌转化为S型活细菌。（3）体外转化实验①往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的DNA→R型菌和S型菌②往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的蛋白质或荚膜多糖→R型菌③往含有R型活细菌的培养基中加入S型菌的DNA和DNA酶→R型菌④结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，而蛋白质不是。（即DNA是遗传物质）（4）转化的实质是基因重组而不是基因突变，R型细菌吸收了S型细菌的DNA，整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得新的遗传信息，表现出S型细菌的性状。（5）发生转化的只有少部分R型细菌2、艾弗里的2T噬菌体侵染大肠杆菌实验（1）2T噬菌体(高中所学唯一的DNA病毒)①结构:DNA(含有P)和蛋白质外壳(含有S)②增殖方式:侵染大肠杆菌后，利用大肠杆菌内的物质合成自身组成成分，进行大量增殖，达到一定数量后，大肠杆菌裂解释放大量噬菌体（2）方法:同位素标记法（3）实验过程:注意:①应先在含有放射性同位素S35或放射性同位素P32的培养基中培养大肠杆菌，再用该大肠杆菌培养2T噬菌体，从而得到蛋白质含有S35或DNA含有P32的2T噬菌体。②混合后要经过短时间的保温(保证DNA注入细菌且细菌不能裂解)并不断搅拌(使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离)③搅拌后离心(让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌)（4）实验结论:噬菌体侵染细胞时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的，DNA是真正的遗传物质。（不能证明蛋白质不是遗传物质）3、DNA是主要的遗传物质①绝大多数生物以DNA为遗传物质②RNA病毒以RNA为遗传物质(烟草花叶病毒、SARS病毒、HIV病毒、禽流感病毒等)二、DNA分子的结构（双螺旋结构）1、提出者：沃森和克里克2、基本单位:4种脱氧核苷酸（A、G、C、T）3、主要特点：（1）由两条脱氧核苷酸链构成，反向平行盘旋形成双螺旋结构（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，通过磷酸二酯键连接，排列在外侧，构成基本骨架；（3）碱基排列在内侧，通过氢键连接成碱基对（4）碱基配对的原则：碱基互补配对原则①腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧啶（T）配对，由2个氢键连接（轮廓为尖型）②鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）配对，由3个氢键连接（轮廓为圆形）【A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，组成的DNA分子具有稳定的直径】（5）G—C碱基对的比例越高，DNA分子越稳定（原因：有3个氢键）4、相关关系（1）每个DNA分子中，有2个游离磷酸基团；（2）脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数；（3）单链中相邻的碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接（4）碱基的计算规律①互补的两个碱基数量相等A=T、C=G②任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%A+G=A+C=G+T=C+T=(A+G+C+T)/21CGTCATGA③在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链中以及整个DNA分子中都相等在一条链中A+T或C+G所占比例为n%，则在另外一条链上以及整个DNA分子中，A+T或C+G所占比例都为n%④非互补碱基之和所占比例在两条链中互为倒数若一条链中：A1+G1/T1+C1=m；则在另一条链中A1+G1/T1+C1=1/m三、DNA的半保留复制1、提出者：沃森和克里克2、半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因而被称为半保留复制。3、主要场所：细胞核（细胞质中叶绿体、线粒体中也可以发生）4、时期：有丝分裂间期和减速第一次分裂前的间期5、特点：①边解旋边复制②半保留复制6、过程：（1）解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把双链解开（断开氢键）（2）合成子链：各自合成与母链互补的一段子链①模板：解开的每一段母链②原料：细胞中游离的4中脱氧核苷酸③原则：碱基互补配对原则④酶：DNA聚合酶（3）形成两个子代DNA分子：每条新链和与之对应的模板链盘绕成双螺旋结构。（4）结果：一个DNA分子经过复制形成了两个完全相同的DNA分子。7、意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。8、复制能够精确地进行，原因在于：①DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板②碱基互补配对原则保证了复制能够精确进行9、半保留复制的实验依据（大肠杆菌）（1）实验方法：同位素示踪法、离心技术（2）实验原理：两条链都含N15的DNA分子密度大；两条链都含N14的DNA分子密度小；一条链含N15、一条链含N14的DNA分子密度居中（3）实验预测：①重带（密度最大）：两条链都含N15的DNA分子②中带（密度居中）：一条链含N15、一条链含N14的DNA分子③轻带（密度最小）：两条链都含N14的DNA分子（4）结果分析：①未繁殖立即提取DNA，离心→全为重带②细胞分裂一次后提取DNA，离心→全为中带③细胞分裂两次后提取DNA，离心→一半中带，一半轻带④细胞分裂多次后提取DNA，离心→出现中带、轻带且轻带的比例更大（5）实验结论：DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。10、影响DNA复制的外界因素（1）温度、PH值→影响酶活性→影响DNA复制↓（2）氧气浓度→影响细胞呼吸→影响能量供给→影响DNA复制11、关于DNA分子复制的相关计算将一个被N15标记的DNA转移到含N14的培养基中培养复制若干代;（1）子代DNA分子数：n2个①无论复制多少次，含有N15的DNA分子始终都是2个②含有N14的DNA分子有n2个③只含有N14的DNA分子有）（2-2n个（2）子代DNA分子的脱氧核苷酸链总链数：1n2条①无论复制多少次，含有N15的脱氧核苷酸链总链数始终都是2条②含有N14的脱氧核苷酸链总链数有）（2-21n个（3）消耗的脱氧核苷酸数：亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸a个①经过n次复制，共消耗的该种脱氧核苷酸为）（1-2mn个②第n次复制，消耗的该种脱氧核苷酸为1-n2m个四、基因与DNA的关系1、遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。2、基因是具有遗传效应的DNA片段。3、DNA分子的多样性和特异性：①碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性。②碱基特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子的特异性。③DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。4、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：a：4种脱氧核苷酸b：基因c：DNAd：染色体5、人类基因组计划：（1）目的是测定人类基因组的全部DNA序列（2）测定24条染色体，包括22条常染色体+X+Y。（3）中国是参与这一计划唯一的发展中国家，承担其1%的测序任务。