第三章 基因的本质
第一节 DNA是主要的遗传物质
一、证明DNA是遗传物质的证据
DNA是遗传物质的证据是_____________________实验和_________________实验。
（一）、肺炎双球菌的转化试验：
1、 时间、人物：1928年_____________，1944年____________
2、实验材料： S型细菌、R型细菌 。
菌落
菌体
毒性
S型细菌
R型细菌
3、体内转化实验：（格里菲思）
（1）过程、结果
① ___型活细菌注入小鼠体内小鼠不死亡。
② __ 型活细菌注入小鼠体内小鼠死亡。
③杀死后的____型细菌注入小鼠体内小鼠不死亡。
④无毒性的____型细菌与加热杀死的____型细菌混合后注入小鼠体内，小鼠死亡。
（2）结论：_____________________________________________________________
4、体外转化实验：（艾弗里）
（1）过程、结果
从S型活细菌中提取______、蛋白质和多糖等物质，分别加入R型活细菌中培养，发现只有加入_________，R型细菌才能转化为S型细菌。
（2）结论：转化因子是_________。
结论： DNA 是遗传物质。
（二）、噬菌体侵染细菌的实验：
1、时间、人物： ______年_______________。
2、实验材料： T2噬菌体 。(是一种专门_______在大肠杆菌体内的________)
3、过程：① T2噬菌体的________被35S标记，侵染细菌。
② T2噬菌体内部的 _____ 被32P标记，侵染细菌。
4、实验表明：噬菌体侵染细菌时， ______进入细菌细胞中，而________留在外面。说明只有亲代噬菌体的 进入细胞。子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的 遗传的。 才是真正的遗传物质。
二、证明DNA是主要遗传物质的证据
1、RNA是遗传物质的证据：
（1）提取烟草花叶病毒的 不能使烟草感染病毒。
（2）提取烟草花叶病毒的 _____ 能使烟草感染病毒。
2、结论 ：绝大多数生物的遗传物质是 ， 是主要的遗传物质 。极少数的病毒的遗传物质不是 ，而是 。
第二节 DNA分子的结构
1、DNA是一种 高分子 化合物，基本单位：_____________________。共4种，分别是
__________________、___________________、__________________、_________________每个分子都是由成千上百个 __种脱氧核苷酸聚合而成的长链。
2、结构特点：①由______脱氧核苷酸链______平行盘旋而成的_________结构。
②外侧：由_______和_______交替连接构成基本骨架。
③内侧：两条链上的碱基通过__________形成碱基对。碱基对的形式遵循___________，即A一定要和____配对(氢键有 2 个)，G一定和____配对(氢键有 3 个)
3、双链DNA中腺嘌呤(A)的量总是等于____________的量、鸟嘌呤(G)的量总是等于____________的量。
第三节 DNA的复制
1、DNA的复制概念：是以 ___________ 为模板合成 _________ 的过程。
2、时间：DNA分子复制是在细胞有丝分裂的 _____ 和减数第一次分裂的____ ，是随着 ___________ 的复制来完成的。
3、场所： ___________ 。
4、过程：
（1）解旋：DNA首先利用线粒体提供的 ___ ，在 ______ 的作用下，把两条螺旋的双链解开。
（2）合成子链：以解开的每一段母链为 _____ ，以游离的____________为原料 ，遵循 ___________ 原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链。
（3）形成子代DNA：每一条子链与其对应的 _____ 盘旋成双螺旋结构，从而形成 ___个与亲代DNA完全相同的子代DNA。
5、特点：
（1）DNA复制是一个 __________ 的过程。
（2）由于新合成的DNA分子中，都保留了原DNA的一条链，因此，这种复制叫 ____ 。
6、条件：__________、_________、__________、_________。
7、准确复制的原因：
（1）DNA分子独特的 ___________ 提供精确的模板。
（2）通过 ___________ 保证了复制准确无误。
8、功能：传递 遗传信息 。DNA分子通过复制，使亲代的遗传信息传给子代，从而保证了 ____________ 的连续性。
第四节 基因是有遗传效应的DNA片段
1、一条染色体上有 ____个DNA分子，一个DNA分子上有_______个基因，基因在染色体上呈现________排列。每一个基因都是特定的 片段，有着特定的 遗传效应 ，这说明DNA中蕴涵了大量的 。
2、概念：DNA分子上分布着多个基因，基因是具有__________________片段。
3、DNA能够储存足够量的遗传信息，遗传信息蕴藏在________________之中，构成了DNA分子的 _______ ，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的 _________ 。
DNA分子的多样性和特异性是__________多样性和特异性的物质基础。
第一节DNA是主要遗传物质
1、遗传物质所必须具备的四个特点
1.分子结构具有相对的稳定性,第一是指遗传物质在化学组成和结构方面是相对稳定的,不象糖类脂质和蛋白质等物质那样经常处于变化的状态;第二,DNA分子是由成百上千个脱氧核苷酸组成的规则的双螺旋结构,碱基配对是严格的,碱基的配对方式是稳定不变的
2.能够进行自我复制,使前后代保持一定的连续性,是指遗传物质可以将自身复制出一份传递给子代,使亲子代间遗传物质结构一定,保证前后代相应性状的稳定
3.能够指导蛋白质的合成,从而控制新陈代谢过程和性状,这是遗传物质特点在生物个体发育中的表现.遗传物质将遗传信息传递到子代,只有在子代个体发育中控制合成特定结构的蛋白质,才能体现与亲代一致的生物性状
4.产生可遗传的变异,是指遗传物质的分子结构发生变化,引起遗传信息的改变;相应性状随之改变,变化的分子结构又具有相对稳定性,不断传递下去,使变异的性状在后代连续出现,即出现可遗传的变异
2、人类对遗传物质的探索过程
肺炎双球菌的转化实验是遗传物质。
菌落
菌体
毒性
S型细菌
表面光滑
有荚膜
有
R型细菌
表面粗糙
无荚膜
无
格里菲斯实验过程： ① R 型活细菌注入小鼠体内小鼠不死亡。
② S 型活细菌注入小鼠体内小鼠死亡。
③杀死后的 S 型细菌注入小鼠体内小鼠不死亡。
④无毒性的 R 型细菌与加热杀死的 S 型细菌混合后注入小鼠体内，小鼠死亡。
结果分析：①→④过程证明：加热杀死的S型细菌中含有一种“转化因子”
说明：S型细菌加热杀死后,蛋白质变性失活,DNA氢键破坏双链打开，但降温后变性的DNA可复性恢复正常（类似于PCR扩增中变性复性过程）
艾弗里实验过程：⑤从S型活细菌中提取 DNA 、蛋白质和多糖等物质，分别加入R型活细菌中培养，发现只有加入 DNA ，R型细菌才能转化为S型细菌。
⑤过程证明：转化因子是 DNA 。
结论：DNA才是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质。
肺炎双球菌转化试验：有毒的S菌的遗传物质指导无毒的R菌转化成S菌。且DNA纯度越高，转化越有效。
2、噬菌体侵染细菌实验
噬菌体的结构：蛋白质外壳（C、H、O、N、S）＋DNA（C、H、O、N、P）
过程：吸附→注入（注入噬菌体的DNA）→合成（控制者：噬菌体的DNA；原料：细菌的化学成分）→组装→释放
结论：DNA是遗传物质。
亲代噬菌体
寄主细胞
子代噬菌体
实验结论
32P标记DNA
有32P标记DNA?
DNA 有32P标记
DNA分子是遗传物质
35S标记蛋白质?
无35S标记蛋白质?
外壳蛋白无35S标记
3、噬菌体的复制式增殖
(1)模板：噬菌体DNA。
(2)合成子代噬菌体的DNA 原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 场所：大肠杆菌的细胞质
(3)合成子代噬菌体的蛋白质 原料：大肠杆菌的氨基酸?场所：大肠杆菌核糖体
4、遗传物质案例
5、RNA在病毒繁殖和遗传上的作用?
早在1957年,格勒(Girer)和施拉姆(Schramm)用石炭酸处理烟草花叶病毒,把蛋白质去掉,只留下RNA,再将RNA接种到正常烟草上,结果发生了花叶病；如果用蛋白质部分侵染正常烟草,则不发生花叶病。由此证明,RNA起着遗传物质的作用。
注：凡是有细胞结构的生物体遗传物质都是DNA ，病毒的遗传物质是DNA或RNA
结论 ：绝大多数生物的遗传物质是 DNA ， DNA 是主要的遗传物质 。病毒的遗传物质是DNA ，或RNA 。
组成核酸的化学元素为C、H、O、N、P，核酸是一切生物的遗传物质。核酸的基本组成单位是核苷酸，核苷酸由一分子五碳糖，一分子含氮碱基，一分子磷酸。（若五碳糖是核糖时则合成的核苷酸为核糖核苷酸，若五碳糖是脱氧核酸时，则合成的核苷酸为脱氧核糖核苷酸。）
第三节DNA的复制
1、DNA分子的复制
（一）概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（二）发生时期：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。
（三）.场所：主要在细胞核中，但在拟核、线粒体、叶绿体中也进行。
（四）过程：1、解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。
2、合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。
3、形成子代DNA分子：延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。
（五）特点：1、复制方式：半保留复制。2、边解旋边复制，复制可以朝一个方向，也可以向两个方向进行，后者更为常见。真核生物有多个复制起始点。
（六）条件：1、模板：亲代DNA分子的两条链。
2、原料：脱氧核苷酸。
3、能量：ATP。
4、酶：解旋酶、DNA聚合酶。
（七）准确复制的原因：1、DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。2、通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。
（八）DNA分子的复制的实质和意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
（九）准确复制的原因：
1、DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板。
2、通过碱基互补配对保证了复制准确无误。
2、DNA分子复制问题的有关计算
若取一个全部N原子被15N标记的DNA分子（0代），转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下表：
世
代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸的特点
分
子
总
数
细胞中的DNA分子离
心后在管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链总
数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含15N
的分子
含14N、15N的杂
种分子
只含14N的
分子
含15N的
链
含14N的
链
0
1
全在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部，1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部，3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中部，1－2/2n上部
0
2/2n（或1/2n－1）
1－2/2n
2n＋1
1/2n
1－1/2n
若一个DNA分子复制n次
DNA分子数
DNA链数
子代DNA数
2n
子代DNA链总数
2n+1
杂交DNA数
2
亲代DNA链数
2
不含亲代链DNA数
2n-2
新合成的DNA链数
2n+1-2
若一个DNA分子中有m个ad，则复制n次后共消耗ad数m（2n-1）个
第二节DNA分子的结构
1、DNA分子结构的主要特点
DNA的空间结构： 是一个规则的双螺旋结构
特点：（一）两条链按反向平行盘旋成双螺旋结构。
（二）脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（三）两条链内侧是碱基对（A－T；C－G）通过氢键连接。在DNA复制和转录时，碱基对中的氢键断裂。双链DNA中腺嘌呤(A)的量总是等于 胸腺嘧啶（T） 的量．鸟嘌呤(G)的量总是等于 胞嘧啶（C） 的量。
碱基互补配对原则：
两条链上的碱基通过氢键（教师对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也能确定。
2、DNA分子的多样性和特异性稳定性
①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与Pi交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DAN分子的稳定性。
②多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有 种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。
③特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。
3、规律计算法
规律一：互补碱基两两相等，即A＝T，C＝G
规律二：两不互补的碱基之和比值相等，即（A+G）/（T+C）＝（A+C）/（T+G）=1
规律三：任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50％，即：（A+C）％=（T+G）%=50%
规律四：DNA分子的一条链上（A+ T）／（C+ G）= a，（A+ C）/（T+ G）＝b，则该链的互补链上相应比例应分别为a和1／b
规律五：双链DNA中互补的碱基之和相等，即A+T（或C+G）＝A+T（或 C+G）
第四节 基因是有遗传效应的DNA片段
1、基因是有遗传效应的DNA片段：
（一）一个DNA上有许多个基因。构成基因的碱基数小于（填“大于”、“小于”“等于”）DNA分子的碱基总数。
（二）基因是有遗传效应的DNA片段。
（三）遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。（四）DNA分子具有多样性和特异性，这是生物体多样性和特异性的物质基础。
2基因概念的理解：
（一）从结构上看：1、基因是DNA上一个个特定的片段，一个DNA分子上有许多个基因。2、基因与DNA结构一样，也是由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的，也是双螺旋结构。3、每个基因的脱氧核苷酸数目及排序是特定的。4、基因中的碱基排列顺序（或脱氧核苷酸的排列顺序）代表遗传信息。
（二）从功能上看：基因具有遗传效应，即基因能控制生物的性状，基因是控制生物性状的基本单位，特定的基因决定特定的性状。
3、基因的结构( 编码区 非编码区)
4、基因与DNA分子、染色体、核苷酸、蛋白质、性状的关系
基因 ：是具有遗传效应的DNA片段。DNA分子中有足够多的遗传信息。遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。组成DNA分子的碱基虽然只有4种，但是，碱基对的排列顺序却是千变万化的，如有n个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有4n种
基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。基因在染色体上呈线性排列；DNA和基因的基本组成单位都是：脱氧核苷酸。
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