【2012优化方案 精品课件】北师大版 生物 必修2 第2章第2节 DNA贮存遗传信息

(共77张PPT)
第2节　DNA贮存遗传信息
课标领航
1．明确DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质。
2．了解科学家探索遗传物质的过程。
3．理解科学家探索DNA遗传作用的原理和思想方法。
4．理解DNA分子结构的多样性、特异性及其与遗传信息的关系。
情景导引
手足口病是婴儿和儿童的一种常
见疾病，曾蔓延至山东、河南、
安徽、江苏、广东等地。
国家卫生部有关部门统计的结果显示，该病已使大量儿童感染患病，甚至有的儿童因此失去了生命。该病的病原体是一类肠道病毒；由于其类型较多，且无有效的疫苗，故对该病的防治仍存在很大的困难，加强监测、提高监测敏感性是控制本病流行的关键。
思考：肠道病毒为何会出现这么多的类型？
提示：该病毒类型较多，主要是由其遗传物质多次发生基因突变造成的。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
第2节
基础自主梳理
一、DNA是主要遗传物质的探索
1．两种肺炎双球菌的比较
种类
比较
项目　　　 S型细菌 R型细菌
菌落 _________ 粗糙
菌体 有多糖类荚膜 无多糖类荚膜
毒性 有毒性，使小鼠患败血症死亡 无毒性
光滑
2．格里菲斯转化实验(肺炎双球菌转化现象)
(1)实验过程及结果
(2)结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“_____________”。
3．艾弗里转化实验(转化因子的探究)
(1)设计思路：设法将________与其他物质分开，单独研究它们各自的功能。
(2)实验过程及结果
转化因子
DNA
(3)结论：使R型细菌产生稳定遗传变化的物质是________。
4．噬菌体侵染细菌的实验
(1)实验方法：放射性同位素标记法。
(2)T2噬菌体的特点
①结构：外壳由___________构成，头部内含有__________。
②生活方式：寄生
DNA
蛋白质
DNA
③增殖特点：在自身DNA的作用下，利用___________体内的物质合成自身成分，进行增殖。
(3)实验过程及结果
①标记细菌
细菌＋含35S的培养基→含35S的细菌。
细菌＋含32P的培养基→含________的细菌。
大肠杆菌
32P
②标记噬菌体
噬菌体＋含35S的细菌→含______的噬菌体。
噬菌体＋含______的细菌→含32P的噬菌体。
③噬菌体侵染细菌
a．被35S标记的噬菌体＋细菌培养,子代噬菌体中________35S。
b．被___________的噬菌体＋细菌培养,子代噬菌体中有32P。
35S
32P
没有
32P标记
(4)结果分析
①噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
②子代噬菌体的各种性状是通过亲代______来遗传的。
(5)结论：________是遗传物质。
二、RNA也是遗传物质的实验
1．材料：烟草花叶病毒。
2．过程及结果
DNA
DNA
3．结论：_________是遗传物质
三、DNA的粗提取与鉴定
1．实验原理
(1)十二烷基硫酸钠和碱可以使细胞膜破裂，蛋白质变性，使蛋白质和DNA分离开来。
(2)DNA溶于氯化钠溶液中，不溶于________，加入酒精可以使DNA析出。
RNA
酒精
2．实验流程
(1)研碎细胞(细胞释放DNA)：将30 g香蕉切碎，放入研钵中，加入2 g NaCl研磨直至成半流体状。
(2)蛋白质与DNA分离：向研钵中加入10 mL蒸馏水或凉开水搅拌，然后加入10 mL洗涤剂，轻轻搅拌。
(3)过滤、析出DNA：将混合液用两层纱布过滤，向滤液中加入预冷的10 mL乙醇溶液，静置即可产生絮状DNA。
(4)获取DNA：取两支试管，分别加入5 mL生理盐水，将DNA挑至其中一支试管中，轻轻搅拌使其溶解。
(5)鉴定DNA：向两支试管中各加入4 mL的二苯胺，混匀后，放入沸水中加热5 min。
(6)观察现象：待试管冷却后观察并比较两支试管中溶液颜色的变化。
四、DNA双螺旋结构模型的构建
1．构建者：沃森和克里克。
2．当时对DNA分子的认识
(1)DNA分子是以__________________为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
(2)腺嘌呤(A)的量总是等于
___________________的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于_____________________的量。
4种脱氧核苷酸
胸腺嘧啶(T)
胞嘧啶(C)
3．模型特点
磷酸—脱氧核糖在外，碱基在内的双链螺旋；碱基配对方式是________________。
五、DNA分子结构
1．两条链反向平行盘旋成___________结构。
2．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，__________排列在内侧。
A—T、G—C
双螺旋
碱基
3．两条链上的碱基通过________连接成碱基对。
六、RNA的组成及分类
1．基本单位：_____________。
2．组成成分
氢键
核糖核苷酸
3．结构：一般是单链，长度比DNA短；能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
4．分类：在翻译过程中起模板作用的是
____________；起转运作用的是_________；参与构成核糖体的是rRNA。
七、DNA分子遗传信息的多样性
1．含义：DNA分子中__________的排列顺序。
2．特点
mRNA
tRNA
4种碱基
(1)多样性：________________的千变万化。
(2)特异性：每一个DNA分子有
___________________________。
3．与生物体多样性和特异性的关系
DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的______________。
碱基排列顺序
特定的碱基排列顺序
物质基础
核心要点突破
DNA是主要遗传物质的探索
1．肺炎双球菌的转化现象
研究人 格里菲斯
分析 a组结果说明R型活细菌无毒性；
b组结果说明S型活细菌有毒性；
c组结果说明加热杀死的S型细菌已失活；
d组小鼠死亡，证明有R型无毒细菌已转化为S型有毒细菌，说明S型细菌内含有使R型细菌转化为S型细菌的物质
结论 d组实验中，已加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌(主要通过d组证实)
特别提醒
加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的DNA在加热结束后随温度的降低又逐渐恢复其活性。
2．转化因子的探究实验
研究人 艾弗里
过程及
结果
研究人 艾弗里
分析 S型细菌的DNA使R型细菌发生转化；S型细菌的其他物质不能使R型细菌发生转化
结论 S型细菌体内只有DNA才是“转化因子”，即DNA是遗传物质
特别提醒
(1)本实验体现了一个完整的科学发现过程，即发现问题→提出假说→实验验证→得出结论。格里菲斯的工作相当于前两步，艾弗里的工作相当于后两步。
(2)体内转化与体外转化实验的关系：体内转化实验说明S型细菌体内有转化因子，体外转化实验进一步证明转化因子是DNA。
(3)本实验还遵循了实验设计的对照原则，增强了结果的科学性和可信度。
例如，体内转化实验中，注射R型活细菌与注射S型活细菌相对照，说明S型活细菌有毒性；再如，体外转化实验中，各组互为对照，说明只有DNA才是遗传物质。
3．噬菌体侵染细菌的实验分析
(1)噬菌体侵染细菌的过程
①吸附：用尾部的末端吸附在细菌表面。
②注入：释放溶菌酶，向细菌内注入DNA，蛋白质外壳留在外面。
③复制、合成：以细菌体内的脱氧核苷酸为原料合成噬菌体DNA，以细菌细胞内的氨基酸为原料合成噬菌体的蛋白质外壳。
④组装：一个蛋白质外壳装入一个DNA分子，组成一个新的噬菌体。
⑤释放：细菌细胞破裂，释放出几个至几十个子代噬菌体。
(2)同位素标记的基本原理
S是蛋白质特有的元素，P是DNA特有的元素，用放射性同位素35S、32P分别标记蛋白质和DNA，单独地去观察它们的作用。
(3)实验结论
①DNA是遗传物质；
②DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性；
③DNA能控制蛋白质的合成。
将分离后的S型有荚膜肺炎双球菌的蛋白质外壳与R型无荚膜的肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，小白鼠不死亡，从其体内分离出来的仍是R型肺炎双球菌。将分离后的S型肺炎双球菌的DNA与R型肺炎双球菌混合注入小白鼠体内，则小白鼠死亡，并从体内分离出来了S型有荚膜的肺炎双球菌。以上实验说明(　　)
例1
A．R型和S型肺炎双球菌可以互相转化
B．S型的蛋白质外壳可诱导R型转化为S型
C．S型的DNA可诱导R型转化为S型，说明了DNA是遗传物质
D．S型的DNA可使小白鼠致死
【尝试解答】　C
【解析】　题干中的实验以DNA与蛋白质作对照，分别与R型细菌放在一起，共同注射，观察能否引起小白鼠的死亡，其目的是证明DNA和蛋白质哪种能使R型菌发生转化即哪种物质可作为遗传物质。小白鼠的死亡与否只是实验现象，以此体现实验结论，并不是实验的主要目的。
跟踪训练　(2011年高考广东卷)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知(　　)
实验
组号 接种
菌型 加入S型
菌物质 培养皿长
菌情况
① R 蛋白质 R型
② R 荚膜多糖 R型
③ R DNA R型、S型
④ R DNA(经DNA
酶处理) R型
A．①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B．②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C．③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D．①～④说明DNA是主要的遗传物质
解析：选C。第①②组实验说明蛋白质和荚膜多糖与R型菌转化为S型菌无关，A、B项错误。第③组实验说明DNA与R型菌转化为S型菌有关。第④组实验说明DNA被水解后的产物不能使R型菌转化为S型菌，C项正确。①～④只能说明DNA是遗传物质，而不能说明DNA是主要的遗传物质，D项错误。
在证明DNA是遗传物质的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中，正确的技术手段是(　　)
A．用化学方法把DNA和蛋白质分开
B．用32P和35S分别标记T2噬菌体和大肠杆菌
C．用32P和35S同时标记T2噬菌体
D．用标记过的大肠杆菌去培养T2噬菌体
【尝试解答】　D
例2
【解析】　T2噬菌体是专门寄生在细胞中的病毒，无独立的代谢能力，其结构是只由蛋白质外壳和中心的核酸组成，应利用其侵染性，分别在含放射性的32P和35S的培养基中培养若干代的大肠杆菌中培养。
跟踪训练　用噬菌体去感染体内含有大量3H的细菌，待细菌解体后，3H将会(　　)
A．随细菌的解体而消失
B．发现于噬菌体的外壳及DNA中
C．仅发现于噬菌体的DNA中
D．仅发现于噬菌体的外壳中
解析：选B。因蛋白质分子和DNA分子中都含有H元素，噬菌体利用大肠杆菌的氨基酸和脱氧核苷酸合成自身的外壳和DNA。所以，噬菌体的外壳和DNA中都含有3H。
1．遗传物质是DNA的生物
(1)细胞生物：无论是真核生物还是原核生物，无论在细胞核内，还是在细胞质内，遗传物质均为DNA。
(2)某些病毒：含DNA的病毒，遗传物质是DNA，如T2噬菌体等。
生物体内的遗传物质
2．遗传物质是RNA的生物
含RNA的病毒，其遗传物质是RNA，如流感病毒、SARS病毒、烟草花叶病毒、艾滋病病毒等。
特别提醒
(1)细胞内既有DNA，又有RNA，只有DNA是遗传物质。
(2)病毒只含有一种核酸，DNA或RNA。
下列叙述正确的是(　　)
A．含有RNA的生物，其遗传物质一定是RNA
B．只含有DNA的生物 ，其遗传物质不一定是DNA
C．既含有DNA又含有RNA的生物，其遗传物质是DNA和RNA
D．既含有DNA又含有RNA的生物，其遗传物质是DNA，不是RNA
【尝试解答】　D
例3
【解析】　由细胞构成的生物含有两种核酸：DNA和RNA，DNA是遗传物质；没有细胞结构的病毒只含有一种核酸，含有DNA的，DNA是遗传物质，含有RNA的，RNA是遗传物质。
跟踪训练　SARS病原体是一种冠状病毒，其遗传物质是一条单链RNA，下列关于SARS病毒的叙述中正确的是(　　)
A．可以独立生活
B．DNA和RNA同时存在
C．能在宿主细胞内合成多种蛋白质
D．含有简单的细胞器
解析：选C。病毒均营寄生生活，故A项错；RNA病毒不含DNA，故B项错；RNA病毒含多种蛋白质，这些蛋白质均是在RNA的控制下合成的，故C项正确；病毒不具细胞器，故D项错。
DNA分子的粗提取与鉴定
1．实验材料选择
实验材料选择富含DNA的材料，哺乳动物成熟红细胞没有细胞核，DNA含量低，因而不宜作实验材料。
2．加入洗涤剂目的
洗涤剂可破坏细胞膜，有利于核内物质释放，有利于DNA和蛋白质的分离。
3．两次使用NaCl
(1)书中步骤(1)加入2 g NaCl目的使研磨充分，破坏细胞结构，有利于DNA释放。
(2)书中步骤(4)中加入5 mL的生理盐水，因DNA易溶于NaCl溶液中。
4．在DNA鉴定时，运用了对照实验的实验思想
5．获取较纯净DNA的关键步骤
(1)研磨要充分，获取较多DNA。
(2)加入洗涤剂，使DNA和蛋白质分开。
(3)沉淀DNA时必须使用冷酒精。
(4)正确搅拌：沿一个方向轻轻搅拌，以便获取较完整的DNA分子。
提取DNA的原理之一是DNA在(　　)
【尝试解答】　A
【解析】　DNA能溶于氯化钠溶液，而不溶于酒精。
例4
A B C D
氯化钠溶液中 溶 不溶 溶 不溶
预冷的乙醇溶液中 不溶 溶 溶 不溶
跟踪训练　鉴定DNA所用的试剂、条件及所产生的颜色依次是(　　)
A．斐林试剂、沸水浴加热、蓝色
B．二苯胺、沸水浴加热、砖红色
C．斐林试剂、不加热、砖红色
D．二苯胺、沸水浴加热、蓝色
解析：选D。二苯胺是鉴定DNA的试剂，在鉴定时需进行沸水浴加热，发生的颜色反应为蓝色。
1．DNA双螺旋结构模型的构建依据
(1)DNA由6种小分子组成：脱氧核糖、磷酸和四种碱基(A、G、T、C)，这些小分子组成了四种脱氧核苷酸，再由四种脱氧核苷酸组成DNA。
(2)威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱表明DNA呈螺旋结构。
DNA双螺旋结构模型的构建
(3)埃尔文·查哥夫测定DNA的分子组成，发现在不同物种中四种碱基的含量不同，但是A和T的含量总是相等，G和C的含量也相等。
2．方法探讨
模型构建是自然科学中的一种常用的方法。当研究对象难以直接操作或研究时，可以考虑使用模型构建的方法。该方法用模型来模拟研究对象，被模拟的对象称为原型。模型的构建是否正确，还需要通过与原型的比较来验证。
沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型最终被认可。就是因为这一模型与原型——DNA结晶的X射线衍射图相符，并能解释DNA作为遗传物质所具备的多种功能。
下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述，错误的是(　　)
A．沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这四种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱
例5
基基础上的
B．威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析，得出DNA分子呈螺旋结构
C．沃森和克里克曾尝试构建了多种模型
D．沃森和克里克最后受腺嘌呤(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)的量的启发，构建出科学的模型
【尝试解答】　B
【解析】　沃森和克里克依据威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱及有关数据，推算出DNA分子呈螺旋结构。
跟踪训练　下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是(　　)
解析：选B。DNA各组成部分的连接有下列三点规律：①在一个脱氧核苷酸中，脱氧核糖位于中心；②DNA分子一条链中，磷酸与脱氧核糖交替排列；③相同的部分之间都不直接相连。
1．DNA分子的结构
(1)基本单位——脱氧核苷酸，如图所示
DNA分子的结构
其中，○表示一分子磷酸；?表示一分子脱氧核糖； 表示含氮碱基，构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示
(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下
(4)DNA分子形成规则的
双螺旋结构
特别提醒
碱基A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。含氢键越多，结构越稳定，即含G—C比例越大，结构越稳定。
2．DNA分子中各种碱基的数量关系
(1)碱基互补配对原则：A—T，G—C，即
(2)各类碱基的数量关系
项目 双链DNA分子 1链 2链 归纳
A、G、T、C的关系 A＝T G＝C A1＝T2
G1＝C2 A2＝T1 G2＝C1 双链DNA分子中，A总等于T，G总等于C，且一条链上的A等于另一条链上的T，一条链上的G等于另一条链上的C
特别提醒
碱基比例与DNA分子共性及特异性
(1)共性：不因生物种类的不同而不同。
在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过什么结构连接起来的(　　)
A．氢键
B．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
C．—磷酸—脱氧核糖—磷酸—
D．肽键
例6
【尝试解答】　B
【解析】　对照DNA的模式图就可知道，一条链上，相邻的碱基A与T的连接方式是“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”。
跟踪训练　(2011年山东德州一中高一质检)下列关于DNA结构的叙述中，错误的是(　　)
A．大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构
B．外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基
C．DNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对
D．DNA的两条链反向平行
解析：选A。绝大多数DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋，核糖核苷酸是RNA的基本组成单位。
1．DNA结构的稳定性
(1)含义：指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。
(2)原因
①DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。
②碱基配对方式始终不变，即A－T，G－C。
DNA分子遗传信息的多样性
2．遗传信息的多样性
构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化(4n)，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。
3．遗传信息的特异性
每个特定的DNA分子中都具有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。
含有2000个碱基的DNA，每条链上的碱基排列方式有(　　)
A．42000种　　　　　　　 B．41000种
C．22000种 D．21000种
【尝试解答】　B
【解析】　因为DNA分子中共有A、T、G、C四种碱基，而它们在DNA分子单链中任意排列的，又因含2000个碱基的DNA分子的单链中含1000个碱基，故B符合题意。
例7
跟踪训练　由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同可区别为多少种？这表明了DNA分子的什么特性？(　　)
①50种　②450种　③504种　④425种　⑤遗传性
⑥分子结构的多样性　⑦分子结构的稳定性
A．①⑤ B．②⑦
C．④⑥ D．②⑥
解析：选C。50个脱氧核苷酸，按其碱基的排列顺序不同，可构成425种排列顺序， 也反映了DNA分子结构的多样性特点。
1．与性状的关系：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位，特定基因控制特定的性状。
2．与DNA的关系：基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子上有许多基因。
3．基因的位置：基因主要位于染色体上，呈线性排列，染色体是基因的主要载体，此外有些基因位于线粒体、叶绿体上，称为质基因。
对基因的全面理解
4．与遗传信息的关系：基因的脱氧核苷酸的排列顺序包含着遗传信息，对于某个基因来说其脱氧核苷酸的排列顺序是固定不变的，而不同基因的脱氧核苷酸排列顺序又是不同的。
5．与细胞的关系：同一个体的不同类型的体细胞含有相同基因，因为它们由同一个受精卵经有丝分裂形成。
关于基因的概念，下列叙述错误的是(　　)
A．基因是有遗传效应的DNA片段
B．基因是DNA上有一定功能的特异碱基序列
C．基因是染色体的一段
D．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
【尝试解答】　C
例8
【解析】　基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位，是有遗传效应的DNA片段。而染色体上除含有DNA外，还含有蛋白质，蛋白质不是遗传物质。
跟踪训练　下列有关基因的叙述，错误的是(多选)(　　)
A．基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位
B．细胞的每条染色体上有丝分裂各个时期含有相同数量的基因
C．每个DNA分子上有许多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段
D．基因全部位于细胞核中
解析：选BD。基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位。在有丝分裂过程中发生了DNA的复制，在复制后，基因数目加倍。每个DNA分子上都分布着许多基因，每个基因由许多碱基对组成。基因位于DNA上，是有遗传效应的DNA片段，DNA不仅存在于染色体上，在线粒体、叶绿体中也有。
知能过关演练
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