專題八遺傳的分子基礎(chǔ)

1、專題八 遺傳的分子基礎(chǔ)考點分布1.遺傳物質(zhì)的探索過程2.DNA分子的結(jié)構(gòu)與復(fù)制3.基因控制蛋白質(zhì)的合成4.基因、遺傳信息及性狀的關(guān)系考綱內(nèi)容1.人類對遺傳物質(zhì)的探索過程2.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點3.DNA分子的復(fù)制4.基因的概念5.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯備考指南對照法比較肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細(xì)菌實驗；模型輔助法深刻理解DNA分子的結(jié)構(gòu)與中心法則；表格比較法理解DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的不同遺傳物質(zhì)的探索過程一肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗1.體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗格里菲斯目的肺炎雙球菌使人患肺炎的原因過程與結(jié)果A無毒的R型活菌（注射）小鼠不死亡B有毒的S型活菌（注射）小鼠死亡C有毒的S型活菌（加熱）無毒的

2、S 型死菌（注射）小鼠不死亡D無毒的R型活菌+加熱殺死的S型細(xì)菌（注射）小鼠死亡（分離）S型活細(xì)菌分析D組小鼠死亡，證明R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，說明S型細(xì)菌含有促使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的物質(zhì)結(jié)論S型死菌中含有一種“轉(zhuǎn)化因子”，能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌2.體外轉(zhuǎn)化實驗艾弗里過程與結(jié)果分析S型菌的DNA能促使R型菌轉(zhuǎn)化，S型菌的其他物質(zhì)不能促使R型菌轉(zhuǎn)化結(jié)論S型菌的DNA是“轉(zhuǎn)化因子”，即DNA是肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)注意格里菲斯的D組小鼠內(nèi)分離出來的細(xì)菌和艾弗里S型菌的DNA+R型活菌培養(yǎng)基上生存的細(xì)菌都包含R型和S型，但是R型多。加熱殺死的S型細(xì)菌，其蛋白質(zhì)變性失活，但DNA氫鍵斷

3、裂變性失活后隨溫度降低又恢復(fù)活性。二噬菌體侵染細(xì)菌的實驗1.材料 寄生，宿主細(xì)胞為大腸桿菌2.方法同位素失蹤法和離心法3.實驗過程及結(jié)果A標(biāo)記細(xì)菌 細(xì)菌+含35S的培養(yǎng)基含35S的細(xì)菌 細(xì)菌+含32P的培養(yǎng)基含32P的細(xì)菌B標(biāo)記噬菌體 含35S的細(xì)菌+噬菌體35S標(biāo)記的噬菌體 含32P的細(xì)菌+噬菌體32P標(biāo)記的噬菌體C用35S標(biāo)記噬菌體(侵染)未標(biāo)記的細(xì)菌(培養(yǎng))攪拌離心 上清液（蛋白質(zhì)外殼），放射性很高 沉淀物（細(xì)菌），放射性很低 (培養(yǎng))子代噬菌體（無放射性）D用32P標(biāo)記噬菌體(侵染)未標(biāo)記的細(xì)菌(培養(yǎng))攪拌離心 上清液（蛋白質(zhì)外殼），放射性很低 沉淀物（細(xì)菌），放射性很高 (培養(yǎng))子代

4、噬菌體（有放射性）4.結(jié)論噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA5.噬菌體侵染細(xì)菌實驗的誤差分析（1）32P標(biāo)記的噬菌體侵染未標(biāo)記的細(xì)菌a培養(yǎng)時間短部分噬菌體還未吸附、侵染至大腸桿菌細(xì)胞離心后未吸附 至大腸桿菌細(xì)胞的噬菌體分布在上清液32P標(biāo)記的一組上清液中放射性也 較高b培養(yǎng)時間過長噬菌體在大腸桿菌內(nèi)大量繁殖大腸桿菌裂解死亡，釋放 出噬菌體離心后噬菌體將分布在上清液32P標(biāo)記的一組上清液中放射 性也較高（2）攪拌離心，將吸附在大腸桿菌表面的噬菌體蛋白質(zhì)外殼與大腸桿菌細(xì)胞分 離a攪拌不充分留在大腸桿菌細(xì)胞表面的噬菌體蛋白質(zhì)外殼隨大腸桿菌細(xì)胞 分布在沉淀物中35S標(biāo)記的一組沉淀物放射性較高b攪拌過于劇烈大腸桿

5、菌細(xì)胞被破壞釋放出其中的噬菌體32P標(biāo)記 的一組上清液中放射性較高注意因檢測放射性時只能檢測到部位，不能確定是何種元素的放射性，所以35S和32P不能同時標(biāo)記在一組噬菌體上，應(yīng)分兩組標(biāo)記。三煙草花葉病毒感染煙草的實驗1.過程A完整的煙草花葉病毒(感染煙草)煙草葉出現(xiàn)病斑 蛋白質(zhì)(感染煙草)無病斑B煙草花葉病毒(分離) RNA(感染煙草)出現(xiàn)病斑(分離)新的煙草花葉病毒2.結(jié)果分析與結(jié)論煙草花葉病毒的RNA能夠自我復(fù)制，并控制其遺傳性狀，因此RNA是它的遺傳物質(zhì)。注意絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)都是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。四生物的遺傳物質(zhì)細(xì)胞生物（真核、原核）非細(xì)胞生物（病毒）核酸DNA

6、、RNA僅有DNA僅有RNA遺傳物質(zhì)DNADNARNA舉例動物、植物、真菌、細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻T2噬菌體煙草花葉病毒、艾滋病毒DNA分子的結(jié)構(gòu)與復(fù)制一DNA的分子結(jié)構(gòu)和特性1.DNA分子的結(jié)構(gòu)特點ADNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)BDNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)C兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對有一定的規(guī)律：A、T配對，G、C配對（A、T之間有兩個氫鍵，G、C之間有三個氫鍵，因此，GC比越大，DNA越穩(wěn)定）注意（1）每個DNA片段中有2個游離的磷酸基團(tuán)，各在兩條鏈的其中一端（2）氫鍵數(shù)目計算：若堿

7、基對為n，則氫鍵數(shù)為2n-3n，若已知A有m個，則氫鍵數(shù)位3n-m（3）氫鍵：可用解旋酶和加熱的方法將其斷裂（4）磷酸二酯鍵：斷開（限制性核酸內(nèi)切酶）；連接（DNA連接酶或DNA聚合酶）2.DNA分子的特性（1）多樣性（2）特異性：每個DNA分子都有特定的堿基排列順序，蘊(yùn)含著特定的遺傳信息（3）穩(wěn)定性DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替連接方式不變；兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對方式不變二、DNA復(fù)制方式的探究實驗材料：大腸桿菌實驗方法：同位素標(biāo)記法和密度梯度離心法實驗假設(shè)：DNA分子以半保留的方式復(fù)制親代DNA位于下部（15N/15N）用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌的DNA分子提取DNA，離心。觀察試管中DNA

8、的位置第一代DNA位于中部（15N/14N）將15N的大腸桿菌方在14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)第二代DNA一半位于中部，一半位于上部實驗結(jié)果：與預(yù)期一致實驗結(jié)論：DNA分子以半保留的方式復(fù)制代數(shù)分子數(shù)子代DNA分子子代DNA中重、輕鏈比例重帶比例中帶比例輕帶比例重鏈比例輕鏈比例親代110010120101/21/22401/21/21/43/43801/43/41/87/8n2n01/(2n-1)(2n-1-1)/2n-11/2n(2n-1)/2n三、DNA分子的復(fù)制時間細(xì)胞分裂間期條件A.模板：解旋后的兩條DNA分子單鏈B.原料：四種脫氧核苷酸C.能量：細(xì)胞提供的能量（ATP）D.酶：解旋酶、DNA

9、聚合酶等復(fù)制過程解旋：在解旋酶作用下，氫鍵斷裂，雙螺旋逐漸解開合成：以兩條母鏈為模板，以游離的脫氧核糖核苷酸為原料，在DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，合成子鏈復(fù)旋：子鏈與對應(yīng)的母鏈扭成螺旋狀，構(gòu)成子代DNA分子復(fù)制特點過程特點：邊解旋邊復(fù)制復(fù)制方式：半保留復(fù)制復(fù)制基礎(chǔ)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板堿基互補(bǔ)配對，保證復(fù)制能準(zhǔn)確進(jìn)行意義遺傳：DNA分子復(fù)制，使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而確保了遺傳信息的連續(xù)性變異：復(fù)制出現(xiàn)差錯，基因突變?nèi)?、DNA分子的相關(guān)計算1.DNA分子結(jié)構(gòu)中的堿基計算根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則（1）在雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)堿基兩兩相等，A=T,C=G,A+

10、G=C+T，即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。（2）在雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩堿基之和（如A+T或G+C）占全部堿基的比例等于其任何一條單鏈中這兩種堿基占該單鏈中堿基數(shù)的比例。（3）在雙鏈DNA分子一條鏈中（A+G）/(C+T)的比值的倒數(shù)等于互補(bǔ)鏈中該種堿基的比值，在整個DNA分子中該比值等于1.（不配對的堿基之和的比值在你兩條單鏈中互為倒數(shù)）（4）DNA分子一條鏈中(A+T)/(G+C)的比值等于其互補(bǔ)鏈和整個DNA分子中該種比例的比值。（配對的堿基之和的比值在兩條單鏈和雙鏈中比值都相等）（5）不同生物的DNA分子中互補(bǔ)配對的堿基之和的比值不同，即(A+T)/(G+C)的值不同，該比值體現(xiàn)

11、了不同生物DNA分子的特異性。（6）若已知A占雙鏈的比例為c%，則A1/單鏈的比例無法確定，但最大值可求出為2c%，最小值為02.DNA分子復(fù)制中的相關(guān)計算。DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個DNA分子復(fù)制n次，則有：（1）DNA分子數(shù)子代DNA分子數(shù)= 2n個含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)= 2個不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)=（2n - 2）個（2）脫氧核苷酸鏈數(shù)子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)=2·2n = 2n+1親代脫氧核苷酸鏈數(shù)= 2條新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)=（2n+1 - 2）（3）消耗的脫氧核苷酸數(shù)若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該

12、脫氧核苷酸數(shù)為m·（2n - 1）第n次復(fù)制需該脫氧核苷酸=2n個DNA分子中該脫氧核苷酸數(shù)-2n-1個DNA分子中該脫氧核苷酸=2n·m - 2n-1·m = m（2n - 2n-1）= m·2n-1基因控制蛋白質(zhì)的合成一.基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯1.轉(zhuǎn)錄（1）概念：以DNA的一條鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對原則合成RNA的過程。（2）過程解旋RNA聚合酶，雙鏈解開，暴露堿基配對原則：堿基互補(bǔ)配對原則；模板：解開的DNA雙鏈中的一條鏈；原料：游離的核糖核苷酸連接RNA聚合酶釋放合成的mRNA從模板上釋放，DNA雙鏈恢復(fù)成雙螺旋結(jié)構(gòu)注意A轉(zhuǎn)錄不是轉(zhuǎn)錄整個DNA，是轉(zhuǎn)

13、錄其中的基因，不同種類的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄不同的基因，從而產(chǎn)生不同的mRNA，將來合成不同的蛋白質(zhì)，這就是基因的選擇性表達(dá)。B細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成的RNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，穿過0層膜2.翻譯（1）概念：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板，合成蛋白質(zhì)的過程。（2）過程mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入核糖體結(jié)合mRNA的位點氨基酸之間形成肽鍵核糖體讀取下一個密碼子注意AmRNA相同，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)不一定相同，因為對于肽鏈的加工過程可能會有差異B翻譯是一個快速的過程。表現(xiàn)在兩個方面，一方面，核糖體合成蛋白質(zhì)的速度很快；另一方面，一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時翻

14、譯。二.DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較DNA的功能傳遞遺傳信息復(fù)制表達(dá)遺傳信息轉(zhuǎn)錄翻譯時間有絲分裂間期、減1期生長發(fā)育的連續(xù)過程中（分裂期不進(jìn)行）場所真核細(xì)胞主要在細(xì)胞核，部分在線粒體和葉綠體，原核細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)或擬核真核細(xì)胞主要在細(xì)胞核，原核細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)或擬核細(xì)胞質(zhì)原料四種脫氧核苷酸四種核糖核苷酸20種氨基酸模板DNA的兩條鏈DNA中的一條鏈mRNA條件特點的酶和ATP模板去向分別進(jìn)入兩個子代DNA分子中恢復(fù)原樣分解成單個核苷酸特點邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄一個mRNA上可連續(xù)結(jié)合多個核糖體，依次合成多條肽鏈產(chǎn)物兩個雙鏈DNA分子一條單鏈mRNA多肽鏈意義復(fù)制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代表達(dá)

15、遺傳信息，使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀三.遺傳信息、密碼子和反密碼子的區(qū)別存在位置含義生理作用遺傳信息DNA脫氧核苷酸的排列順序直接決定mRNA中堿基排雷順序，間接決定氨基酸排列順序密碼子mRNAmRNA上3個相鄰的堿基直接決定氨基酸排列順序反密碼子tRNA與密碼子互補(bǔ)的三個堿基識別密碼子一種氨基酸可以對應(yīng)多種密碼子或反密碼子，但是一種密碼子或反密碼子只能對應(yīng)一種氨基酸。tRNA不是只含有3個核糖核苷酸，而是一條RNA鏈。四.基因表達(dá)過程中有關(guān)數(shù)量變化（不考慮內(nèi)含子和非編碼區(qū)）轉(zhuǎn)錄、翻譯過程中DNA堿基數(shù)：mRNA堿基數(shù)：多肽鏈氨基酸數(shù)=6:3:1注意基因表達(dá)過程中，蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)目=參加轉(zhuǎn)移的tRNA數(shù)目=1/3mRNA=1/6基因中的堿基數(shù)目。這個比例關(guān)系都是最大值，原因如下：ADNA中有的片段無遺傳效應(yīng)，不能轉(zhuǎn)錄出mRNAB在基因片段中，有的片段起調(diào)控作用，不轉(zhuǎn)錄C轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子，終止密碼子不對應(yīng)氨基酸，并且合成的肽鏈在加工過程中可能會被剪切掉部分氨基酸，所以基因或DNA上的堿基數(shù)比蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍多。五.中心法則的內(nèi)容與各種生物的信息傳遞1.內(nèi)容基因、遺傳信息及性狀的關(guān)系一基因與性狀的關(guān)系1.蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者，基因通過控制蛋白質(zhì)的合成控制生物的性狀，基因表達(dá)受環(huán)境影響，所以