DNA貯存遺傳信息

1、第二章第二章遺傳信息傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)遺傳信息傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 第第2節(jié)節(jié)DNA貯存遺傳信息貯存遺傳信息 生物親代與子代之間，在生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常相似，這就是相似，這就是遺傳現(xiàn)象遺傳現(xiàn)象。 生物的遺傳特性，使生物生物的遺傳特性，使生物界的物種能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。界的物種能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。 生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)都有生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？單擊畫(huà)面繼續(xù)金絲猴的后代仍然是金金絲猴的后代仍然是金絲猴絲猴牛的后代仍然是牛牛的后代仍然是牛1 1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性2 2、連續(xù)性連續(xù)性3

2、 3、與蛋白質(zhì)合成有關(guān)與蛋白質(zhì)合成有關(guān) 4 4、變異性變異性單擊畫(huà)面繼續(xù) 什么結(jié)構(gòu)或物質(zhì)具備這些條件呢？單擊畫(huà)面繼續(xù) 通過(guò)對(duì)細(xì)胞通過(guò)對(duì)細(xì)胞有絲分有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過(guò)裂、減數(shù)分裂和受精過(guò)程程的研究，人們了解到的研究，人們了解到染色體在生物的傳宗接染色體在生物的傳宗接代過(guò)程中，能夠保持一代過(guò)程中，能夠保持一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性。定的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們認(rèn)為因此，人們認(rèn)為染色體染色體在遺傳上起著主要作用。在遺傳上起著主要作用。 染色體的化學(xué)成分染色體的化學(xué)成分主要是主要是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)和和 DNA。那么在這兩種物質(zhì)中，那么在這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？呢？ 為什

3、么染色體能在遺傳上起作用為什么染色體能在遺傳上起作用？ 1869年，瑞士化學(xué)家米歇爾發(fā)現(xiàn)年，瑞士化學(xué)家米歇爾發(fā)現(xiàn)含磷豐富的酸性物質(zhì)，存在于細(xì)胞核含磷豐富的酸性物質(zhì)，存在于細(xì)胞核中，稱為中，稱為“核素核素”，由于核素表現(xiàn)為，由于核素表現(xiàn)為酸性，又改稱酸性，又改稱“核酸核酸”。R型菌型菌（粗糙、（粗糙、無(wú)莢膜、無(wú)莢膜、無(wú)毒性）無(wú)毒性）S型菌型菌（光滑、（光滑、有莢膜、有莢膜、有毒性）有毒性）多糖類(lèi)莢膜多糖類(lèi)莢膜二二.DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索是主要遺傳物質(zhì)的探索肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)型細(xì)胞型細(xì)胞型細(xì)胞型細(xì)胞光滑光滑Smooth粗糙粗糙rough有多糖類(lèi)的莢膜有多糖類(lèi)的莢膜無(wú)多糖類(lèi)

4、的莢膜無(wú)多糖類(lèi)的莢膜有毒性，可致死有毒性，可致死無(wú)毒性無(wú)毒性菌落菌落菌體菌體毒性毒性將將R型活菌注入小鼠體內(nèi)型活菌注入小鼠體內(nèi)一段時(shí)間后一段時(shí)間后單擊畫(huà)面繼續(xù)將將S型活菌注入小鼠體內(nèi)型活菌注入小鼠體內(nèi)一段時(shí)間后一段時(shí)間后單擊畫(huà)面繼續(xù)將殺死的將殺死的S型菌注入小鼠體內(nèi)型菌注入小鼠體內(nèi)一段時(shí)間后一段時(shí)間后單擊畫(huà)面繼續(xù)將將R型活菌與殺死的型活菌與殺死的S型菌注入小鼠體內(nèi)型菌注入小鼠體內(nèi)一段時(shí)間后一段時(shí)間后細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，性狀的轉(zhuǎn)化可以遺傳性狀的轉(zhuǎn)化可以遺傳。單擊畫(huà)面繼續(xù)使小鼠患敗血癥而死亡使小鼠患敗血癥而死亡.R型細(xì)菌型細(xì)菌因?yàn)橐驗(yàn)? 為什么第四組實(shí)驗(yàn)將R型活細(xì)菌和加熱殺死后的S型細(xì)菌混

5、合后注射到小鼠體內(nèi)，導(dǎo)致小鼠死亡？S型細(xì)菌型細(xì)菌轉(zhuǎn)化小鼠死亡小鼠死亡S型加熱型加熱R型活菌型活菌混合混合思考思考S型活菌型活菌S型活菌型活菌S型加熱型加熱R型活菌型活菌混合混合后代后代轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：已經(jīng)被加熱殺死的已經(jīng)被加熱殺死的S S型細(xì)菌型細(xì)菌中，必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性中，必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子在殺死的在殺死的S S型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？型細(xì)菌中含有哪些物質(zhì)？多糖多糖 脂類(lèi)脂類(lèi) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) RNA DNARNA DNA加熱殺死的加熱殺死的S S型細(xì)菌型細(xì)菌但究竟哪一個(gè)才是轉(zhuǎn)化因子呢？但究竟哪一個(gè)才是轉(zhuǎn)化因子呢？ 討論討論: 提出問(wèn)題實(shí)

6、驗(yàn)方案：?作出假設(shè):預(yù)期效果：分析結(jié)論實(shí)驗(yàn)材料： R R R R R S R R SR SD練習(xí)練習(xí):A19521952年赫爾希（年赫爾希（A.HersheyA.Hershey) )和蔡斯和蔡斯（M.ChaseM.Chase) )（病毒） T4 噬菌體.jpgT2-噬菌體噬菌體（1）噬菌體的結(jié)構(gòu)模式圖）噬菌體的結(jié)構(gòu)模式圖 三、三、 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)噬菌體中60%是蛋白質(zhì),40%是DNA.蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)外殼外殼DNA單擊畫(huà)面繼續(xù)（1） 在噬菌體的化學(xué)分析中, 對(duì)蛋白質(zhì)和DNA的進(jìn)一步分析表明: 硫硫僅存在于蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子分子中, 99%的磷都存在于DNA分子中.（2）蛋白

7、質(zhì)的組成元素：蛋白質(zhì)的組成元素：DNADNA的組成元素：的組成元素：C、H、O、N、SC、H、O、N 、P （3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：蛋白質(zhì)含蛋白質(zhì)含35S的噬菌體的噬菌體+細(xì)菌細(xì)菌(未標(biāo)記未標(biāo)記)上清液上清液(含含T2噬菌體顆噬菌體顆粒粒)沉淀沉淀(被感染的細(xì)菌被感染的細(xì)菌和新形成的噬菌體和新形成的噬菌體)說(shuō)明蛋白質(zhì)外殼并沒(méi)有進(jìn)入到細(xì)菌內(nèi)說(shuō)明蛋白質(zhì)外殼并沒(méi)有進(jìn)入到細(xì)菌內(nèi)離心離心用放射性同位素用放射性同位素35S標(biāo)記噬菌體外殼蛋白質(zhì)標(biāo)記噬菌體外殼蛋白質(zhì)-含放射性物質(zhì)含放射性物質(zhì)35S-未檢測(cè)到未檢測(cè)到35S用放射性同位素用放射性同位素32P標(biāo)記內(nèi)部標(biāo)記內(nèi)部DNADNA含含32P的噬菌體的噬菌

8、體+細(xì)菌細(xì)菌(未標(biāo)記未標(biāo)記)(T2噬菌體顆粒噬菌體顆粒)新形成的噬菌體中新形成的噬菌體中說(shuō)明說(shuō)明DNA進(jìn)入到細(xì)菌內(nèi)去了進(jìn)入到細(xì)菌內(nèi)去了離心離心-未檢測(cè)到未檢測(cè)到32P-檢測(cè)到檢測(cè)到32P噬菌體侵染細(xì)菌的動(dòng)態(tài)過(guò)程：噬菌體侵染細(xì)菌的動(dòng)態(tài)過(guò)程：侵入別的細(xì)菌侵入別的細(xì)菌侵入侵入合成合成吸附吸附組裝組裝釋放釋放吸附吸附侵入侵入合成合成組裝組裝 釋放釋放實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果：實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果：無(wú)無(wú)35S標(biāo)標(biāo)記蛋白質(zhì)記蛋白質(zhì)有有32P標(biāo)標(biāo)記記DNA外殼蛋白外殼蛋白質(zhì)無(wú)質(zhì)無(wú)35SDNA有有32P標(biāo)記標(biāo)記DNA分分子具有子具有連續(xù)性，連續(xù)性，是遺傳是遺傳物質(zhì)物質(zhì) 子代噬菌體的蛋白質(zhì)和子代噬菌體的蛋白質(zhì)和DNADNA分別

9、是分別是怎樣形成的？怎樣形成的？ 在噬菌體中在噬菌體中,親代和子代之間具有親代和子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是連續(xù)性的物質(zhì)是DNA, 也就是說(shuō)也就是說(shuō),子代子代噬菌體的各種性狀是通過(guò)親代的噬菌體的各種性狀是通過(guò)親代的DNA遺傳給后代的遺傳給后代的,因此因此DNA才是真正的才是真正的遺傳物質(zhì)。遺傳物質(zhì)。噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)表明噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)表明: DNADNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？遺傳物質(zhì)的類(lèi)型遺傳物質(zhì)的類(lèi)型RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)感染感染RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)感染感染RNA蛋白質(zhì)蛋

10、白質(zhì)不感染不感染煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)感染感染不感染不感染煙草花葉病毒煙草花葉病毒S型型 HR型型RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)雜合病毒雜合病毒雜合病毒雜合病毒感染感染HR型病斑型病斑感染感染S型病斑型病斑例：病毒的遺傳物質(zhì)是（例：病毒的遺傳物質(zhì)是（ ） 人的遺傳物質(zhì)是（人的遺傳物質(zhì)是（ ）A、DNA B、RNA C、DNA和和RNA D、DNA或或RNADA 核酸核酸是生物的遺傳物質(zhì)，核酸是生物的遺傳物質(zhì)，核酸包括脫氧核糖核酸（包括脫氧核糖核酸（DNADNA）和核糖）和核糖核酸（核酸（RNARNA），絕大多數(shù)生物都是），絕大多數(shù)生物都是以

11、以DNADNA作為遺傳物質(zhì)的。作為遺傳物質(zhì)的。 因此因此DNA是主要的遺傳物質(zhì)。是主要的遺傳物質(zhì)。 總結(jié)總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)分子的結(jié)構(gòu)19531953年月日，英年月日，英國(guó)的國(guó)的自然自然雜志刊登了美雜志刊登了美國(guó)的沃森和英國(guó)的克里克在國(guó)的沃森和英國(guó)的克里克在英國(guó)劍橋大學(xué)合作的成果，英國(guó)劍橋大學(xué)合作的成果，雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，這一成就后來(lái)被譽(yù)為型，這一成就后來(lái)被譽(yù)為世紀(jì)以來(lái)生物學(xué)方面最偉世紀(jì)以來(lái)生物學(xué)方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，也被認(rèn)為是分子大的發(fā)現(xiàn)，也被認(rèn)為是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志生物學(xué)誕生的標(biāo)志年，沃森、克里克和威爾年，沃森、克里克和威爾金斯三人共同獲得了諾貝爾金斯三人共同獲得了諾貝

12、爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)思考：這一成果為何在思考：這一成果為何在當(dāng)時(shí)引起極大的關(guān)注？當(dāng)時(shí)引起極大的關(guān)注？早凋的早凋的“科學(xué)玫瑰科學(xué)玫瑰” 富蘭克林富蘭克林（ R.E.Franklin） 她和同事威爾金斯她和同事威爾金斯在在1951年率先采用年率先采用X射線衍射線衍射技術(shù)拍攝到射技術(shù)拍攝到D晶體照晶體照片，為推算出片，為推算出DNA分子呈螺分子呈螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論，旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論，提供了決定提供了決定性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 但但“科學(xué)玫瑰科學(xué)玫瑰”沒(méi)等到?jīng)]等到分享榮耀，在研究成果被分享榮耀，在研究成果被承認(rèn)之前就已凋謝。承認(rèn)之前就已凋謝。（英，（英，R.E.Franklin, 1920195

13、8） X衍射技術(shù)是用衍射技術(shù)是用X光透光透過(guò)物質(zhì)的結(jié)晶體，使其在過(guò)物質(zhì)的結(jié)晶體，使其在照片底片上衍射出晶體圖照片底片上衍射出晶體圖案的技術(shù)。這個(gè)方法可以案的技術(shù)。這個(gè)方法可以用來(lái)推測(cè)晶體的分子排列用來(lái)推測(cè)晶體的分子排列。DNA的的X射線衍射圖射線衍射圖富蘭克林拍攝的富蘭克林拍攝的DNA的的X射線衍射圖射線衍射圖問(wèn)題：沃森和克里克問(wèn)題：沃森和克里克從衍射圖譜中受到什從衍射圖譜中受到什么啟示？么啟示？v早在早在1919世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了DNA的化學(xué)的化學(xué)成分：成分：脫氧脫氧核糖核糖堿基堿基磷酸磷酸A G C TAGCT腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷

14、酸胞嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸脫氧核苷酸的種類(lèi)DNA的空間結(jié)構(gòu) 以超高分辨率掃以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到描式電子顯微鏡拍到的的DNADNA照片。照片。DNA的結(jié)構(gòu)模式圖從圖中可見(jiàn)DNA具有規(guī)則的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)放大DNADNA的空間結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)AAATTTGGGGCCCATC磷酸脫氧核糖含氮堿基堿基對(duì)堿基對(duì)另一堿基對(duì)另一堿基對(duì) 嘌呤和嘧啶之間通過(guò)氫鍵配對(duì)，形成堿基對(duì)，且A只和T配對(duì)、C只和G配對(duì)，這種堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系就叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。ATGC氫鍵氫鍵AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由兩條分子是由兩條反向平行的脫氧核

15、苷酸反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤(pán)旋成長(zhǎng)鏈盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子中的脫氧分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成排列在外側(cè)，構(gòu)成基本基本骨架骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。堿基在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通）兩條鏈上的堿基通過(guò)過(guò)氫鍵氫鍵連結(jié)起來(lái)，形成連結(jié)起來(lái)，形成堿基對(duì)堿基對(duì)，且遵循，且遵循堿堿基互基互補(bǔ)配對(duì)原則補(bǔ)配對(duì)原則。DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AAATTTGGGGCCCATC 你知道右圖結(jié)構(gòu)中的哪個(gè)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的哪個(gè)結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的？?jī)蓷l長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。DNA分子的特性：分子

16、的特性：多樣性多樣性：DNA分子堿基對(duì)的排列順序千變?nèi)f化。分子堿基對(duì)的排列順序千變?nèi)f化。一個(gè)最短的DNA分子也有4000個(gè)堿基對(duì)，可能的排列方式就有44000種。特異性特異性：特定的：特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序。分子具有特定的堿基排列順序。不同的生物，堿基對(duì)的數(shù)目可能不同，堿基對(duì)的排列順序肯定不同。穩(wěn)定性穩(wěn)定性：DNA分子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定設(shè)設(shè)DNADNA一條鏈為一條鏈為1 1鏈，互補(bǔ)鏈為鏈，互補(bǔ)鏈為2 2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， GG2 2

17、=C =C1 1。則在則在DNADNA雙鏈中：雙鏈中： A = T A = T ， G = CG = C可引申為：可引申為：嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)A+G=T+C A+G=T+C 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1雙鏈雙鏈DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其等于其中任何一條鏈的中任何一條鏈的A+T/G+CA+T/G+C。A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1GG1 1+C+C1 1A A2 2 +T+T2 2GG2 2 +C +C2 2= = =A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2

18、 2C C 1 1GG 2 2DNADNA雙雙鏈鏈雙鏈雙鏈DNADNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+CA+G/T+C互為倒數(shù)?；榈箶?shù)。A A1 1+ +GG1 1T T1 1+ +C C1 1T T2 2 + +C C2 2A A2 2 + +G G2 2= =A A1 1+ +C C1 1T T1 1+ +G G1 1T T2 2 + +G G2 2A A2 2 + +C C2 2=雙鏈雙鏈DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整個(gè)占整個(gè)DNADNA分子分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中A+TA+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈條鏈A+TA+T是整個(gè)是整個(gè)DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。A+TA+TA+T+G+CA+T+G+CA A1 1 +T +T1 1 +G +G1 1 +C+C1 1A A1 1 +T +T1 1= = =A A2 2 +T +T2 2 +G +G2 2 +C +C2 2A A2 2 +T +T2 2= =A A1 1 +T +T1 1（A+TA+T）1 12 2= = =A A2 2 +T+T2 2同理：同理：G+CG+CA+T+G+CA+T+G+C= = =A A1 1 + +T T1 1 + +G G1 1 + +