3.1《DNA是主要的遗传物质》PPT课件（新人教版-必修2）（共53页）

(共53张PPT)
第一节
《DNA是主要的遗
传物质》
第三章《基因的本质 》
教学目标
1．知识目标
（1）知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”是研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，也是目前自然科学研究的主要方法。
（2）分析证明DNA是主要的遗传物质的实验思路。
2．能力目标
（1）分析证明DNA是遗传物质的实验设计思路，提高逻辑思维的能力。
（2）用“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。
3．情感目标
学习科学家严谨细致的工作作风和科学态度以及对真理不懈追求的科学精神，激发学生辩证唯物主义世界观的树立。
教学重点：（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。（2）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
教学难点：（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。（2）如何理解DNA是主要的遗传物质
DNA是主要的遗传物质的证据
格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验
艾弗里确定转化因子的实验
噬菌体侵染细菌的实验
1.实验目的：
研究DNA和蛋白质谁是遗传物质？
2.实验材料：
两种肺炎双球菌
多糖类荚膜
R型菌
粗糙，
无荚膜，无毒
S型菌
光滑，
有荚膜，有毒，可致死
一.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验
使小鼠患败血症而死亡.
R型细菌
因为:
为什么第四组实验将R型活细菌和加热杀死后的S型细菌混合后注射到小鼠体内，导致小鼠死亡？
S型细菌
转化
小鼠死亡
S型加热
R型活菌
混合
思考
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
S型活菌
S型活菌
S型加热
R型活菌
混合
后代
转化
已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——转化因子
格里菲思实验的结论是什么
实验结论：
在杀死的S型细菌中含有哪些物质？
多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA
加热杀死的S型细菌
但究竟哪一个才是转化因子呢？
在证明DNA还是蛋白质或其他物质是遗传物质的实验中最关键的设计思路是什么？
必须将蛋白质、其他物质与DNA分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定究竟谁是遗传物质。
提出问题：
实验方案：
2、然后分别将它们加入已经培养了R型细菌的培养基中。观察结果
1、从S型活细菌中提取出DNA、蛋白质和多糖
等物质
DNA\蛋白质和其他物质谁是遗传物质
作出假设:
实施方案 验证预测
结果预测：
DNA是遗传物质
只有加入S型菌的DNA才能使R型菌转变成S型菌
R型细菌
二、 艾弗里确定转化因子的实验
R型细菌
只长R型菌
只长R型菌
R型细菌
S型菌
R型细菌
S型菌的DNA
S型菌的
蛋白质或荚膜多糖
S型菌的
DNA+DNA酶
DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是转化因子。
以上转化实验表明：
D N A 是 遗 传 物 质 。
实验结论：
（1）噬菌体的结构模式图
T2噬菌体的遗传物质究竟是蛋白质还是DNA
三、 噬菌体侵染细菌的实验
T2噬菌体中
60%是蛋白质,
40%是DNA..
1952年赫尔希和沙斯
T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验
实验方法:同位素标记法
同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的性质，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。
在T2噬菌体的化学分析中, 对蛋白质和DNA的进一步分析表明:
硫仅存在于蛋白质分子中,
99%的磷都存在于DNA分子中.
1.用哪些同位素标记DNA和蛋白质
提示： DNA有，但多数蛋白质没有的元素是哪种？只有蛋白质有，而DNA没有的元素又是哪种？
用35S标记部分噬菌体的蛋白质，
用32P标记部分噬菌体的DNA。
怎样用同位素分别标记DNA和蛋白质
1.用分别放有35S 和32P的培养基培养细菌
2.用噬菌体分别侵染上述细菌
3.制备分离只含35S或只含32P的噬菌体
（2）实验过程：
蛋白质含35S
的噬菌体
+细菌
(未标记)
上清液(T2噬菌体颗粒)
--含放射性物质35S
沉淀被感染的细菌和新形成的噬菌体
--未检测到35S
说明蛋白质外壳并没有进入到细菌内
离心
①用放射性同位素35S标记噬菌体外壳蛋白质
②用放射性同位素32P标记内部DNA
DNA含32P
的噬菌体
+细菌
(未标记)
(T2噬菌体颗粒)
--未检测到32P
被感染的细菌和新形成
的噬菌体中
--检测到32P
说明DNA进入到细菌内去了
离心
噬菌体侵染细菌的动态过程：
动画
侵入别的细菌
侵入
合成
吸附
组装
释放
吸附
侵入
合成
组装
释放
在噬菌体中,亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA, 也就是说,子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的,因此DNA才是真正的遗传物质。
噬菌体侵染细菌的实验表明:
2.最关键的设计思路是：设法把DNA与蛋白质分开,单独地、直接地去观察DNA的作用。
思考与讨论:
1.（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。（2）繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。
3.艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等
目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
DNA—主要的遗传物质
DNA是唯一的遗传物质吗？
RNA（核糖核酸）
有些病毒（如烟草花 叶病毒），它们不含有DNA, 只含有RNA。 在这种情况下，RNA就起着遗传物质的作用。
核酸是一切生物的遗传物质，核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
因此DNA是主要的遗传物质。
总结
遗传物质的特点
1、分子结构具有相对的稳定性；
2、能够自我复制，使前后代保持一定
的连续性；
3、能够指导蛋白质的合成，从而控制
新陈代谢过程和性状；
4、能够产生可遗传的变异。
遗传物质的特点：
例：病毒的遗传物质是（ ）
人的遗传物质是（ ）
A、DNA B、RNA
C、DNA和RNA D、DNA或RNA
D
A
1．注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（ ）
A．R型肺炎双球菌
B．加热杀死后的R型肺炎双球菌
C．加热杀死后的S型肺炎双球菌
D．加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合
D
练习:
2、蛋白质不是遗传物质的原因之一是 ( ) ：
它的含量很少
它不能自我复制
C. 它与新陈代谢无关
D.它的种类很多
B
小资料:
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,T2噬菌体侵染细菌后,就会在自身遗传物质的作用下,利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分,从而进行大量的繁殖.
遗传物质的主要载体——染色体
噬菌体侵染细菌
DNA的结构
蛋白质的生物合成
染色体、DNA、基因的关系
DNA的复制
(1).已知DNA的一条单链中(A+G)/(T+C)=0.4,上述比值在其互补链和整个DNA分子中分别是（　　）
A.0.4和0.6 B.2.5和1.0
C.0.4和0.4 D.0.6和1.0
分析:先绘DNA简图,并标明四中碱基的比例.设分母的值为1,则分子的值为0.4.
根据碱基互补配对原则推出另一条链的比值.
B
A
T
C
G
0.4
1.0
G
T
C
A
1.0
0.4
(2).已知DNA的一条单链中(A+T)/(G+C)=0.4,上述比值在其互补链和整个DNA分子中分别是（　　）
A.0.4和0.6 B.2.5和1.0
C.0.4和0.4 D.0.6和1.0
分析:先绘DNA简图,并标明四中碱基的比例.设分母的值为1,则分子的值为0.4.
根据碱基互补配对原则推出另一条链的比值.
C
A
G
C
T
0.4
1.0
G
T
A
C
1.0
0.4
A
T
C
G
0.4
1.0
G
T
C
A
1.0
0.4
A
G
C
T
0.4
1.0
G
T
A
C
1.0
0.4
(3).一条双链DNA分子中，G和C占全部碱基的44％，其中一条链的碱基中，26％是A，20％是C，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是（　　）
A.28％和22％ B.30％和24％
C.26％和20％ D.24％和30％
B
A
T
G
T
A
C
G
C
26％×Z
20％×Z
Z个
Z个
20％×Z
26％×Z
X％×Z
X％×Z
Y％×Z
Y％×Z
T4噬菌体
果蝇唾腺染色体
mRNA中有4种核苷酸，用数学方法推算，如果每一种核苷酸代表一种氨基酸，那么只能代表4种氨基酸。如果每两个相邻的核苷酸代表一种氨基酸，可以有42=16种排列方式，显然也不足以代表20种基本氨基酸。如果每三个相邻的核苷酸代表一种氨基酸，可以有43=64种排列方式，这就足以满足为20种基本氨基酸编码的需要。所以这种编码方式的可能性最大。应用生物化学和遗传学研究技术，已经证明是三个相邻的核苷酸编码一种氨基酸，这三个连续的核苷酸称为三联体密码(triplet code)或密码子(codon)。
如何证明密码子和氨基酸之间的对应关系？1961年，Nirenberg等用大肠杆菌无细胞体系，外加20种标记氨基酸混合物及polyU，经保温反应后，发现在酸不溶性部分中（即多肽中）只有苯丙氨酸的多聚体。所以UUU是编码苯丙氨酸的密码。
同样，用polyA和polyC作为mRNA来合成蛋白质，结果分别只得到多聚赖氨酸和多聚脯氨酸，说明AAA是赖氨酸的密码，CCC是脯氨酸的密码。
进一步，Nirenberg和Ochoa等用polyUG，polyAC重复上述类似实验，发现标记氨基酸掺入新合成的肽链的频率与按统计学方法推算出的多核苷酸中三联体密码出现的频率相符合。即
poly( UG): UGU GUG UGU GUG UGU GUG UGU GUG……
翻译成：半胱－缬－半胱－缬－半胱－缬……
poly(AC): ACA CAC ACA CAC ACA CAC ACA CAC……
翻译成： 苏－组－苏－组－苏－组……
应用这种方法，仅用了四年时间，于1965年完全查清了20种基本氨基酸所对应的全部61个密码子，其余三个密码子为终止密码子，编出了遗传密码字典
基因的表达
生物的性状是由蛋白质体现的
基因通过控制蛋白质的合成从而决定生物的性状
（一个DNA分子上有多个基因）
②基因在染色体(DNA)上呈线性排列。
1.基因——有遗传效应的DNA片段
①基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。
遗传物质的两大功能
传递：
表达：
基因是决定生物性状的单位
③基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。
通过复制，把遗传信息传递给下一代。
通过控制蛋白质的合成，表现出一定的性状。
DNA与RNA成分的比较：
脱氧核糖
核糖
C5H10O4
C5H10O5
T
A
C
G
H3PO4
U
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
①构成DNA的碱基有几种？
②构成DNA的核苷酸有几种？
③构成RNA的碱基有几种？
④构成RNA的核苷酸有几种？
⑤构成核酸的碱基有哪几种？
⑥构成核酸的核苷酸有几种？
问题：
4种：A、T、C、G
4种脱氧核苷酸
4种：A、U、C、G
4种核糖核苷酸
5种：A、T、C、G 、U
8种核苷酸
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
RNA的合成——转录
转录的时间：
有丝分裂间期，减数第一次分裂间期。
①模板：
以DNA的一条链（信息链）为模板，按碱基互补配对原则，以四种核糖核苷酸为原料，合成核糖核酸（单链）的过程。
转录的场所：
主要在细胞核内
（其次在线粒体、叶绿体内也可转录）
转录的条件：
②原料：
③酶：
④能量：
DNA的一条链（信息链）
四种核糖核苷酸
DNA解旋酶、RNA聚合酶……
ATP
DNA
mRNA
信息链
转录
多肽链:
甲硫氨酸
丙氨酸
丝氨酸
丙氨酸
甲硫氨酸
精氨酸
···
···
起始密码
终止密码
一条多肽链
另一条多肽链
无对应氨基酸
翻译
蛋白质的合成动画
T
A
G
G
G
C
A
C
G
T
C
G
A
C
A
T
A
A
···
···
T
A
G
···
···
G
G
C
A
C
G
U
C
G
A
C
A
U
A
A
···
···
U
A
G
U
A
G
···
···
C
C
G
T
G
C
A
G
C
T
G
T
A
T
T
···
···
A
T
C
A
T
C
···
···
遗传密码的发现
DNA双链片段
a链
b链
C
信使RNA
转运RNA
密码子
氨基酸
C
A
色氨酸
C
A
T
U
C
A
G
参照课本密码子表，填写下表：
G
T
A
C
C
A
G
T
C
G
T
G
A
C
T
G
G
G
C
A
G
U
G
G
A
C
G
C
A
C
G
U
A
C
C
A
G
U
C
G
U
G
C
A
G
G
U
U
C
A
丙氨酸
丝氨酸
丙氨酸
判断：a链为信息链
三种RNA：
①mRNA：携带基因的遗传信息，是翻译的直接模板
②tRNA(转运RNA):携带专一的氨基酸，还可识别mRNA上的密码子，即把相应的氨基酸搬运到相应的位置上。
③rRNA(核糖体rRNA)：与蛋白质一起构成核糖体
翻译：以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，在核糖体内把氨基酸按mRNA上密码子的排列顺序逐个连接起来，合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程。
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫做一个密码子。实验证明：遗传密码具有相对的通用性！
关于密码子：
②三个终止密码：UAA、UAG、UGA
①二个起始密码：AUG、GUG
③大部分氨基酸有多个密码
注意：遗传密码在mRNA上！！！
蛋白质的合成——翻译
翻译的时间：
细胞生活过程中
①模板：
翻译的场所：
核糖体内
（在线粒体、叶绿体内也有它们自己的核糖体，也能够进行翻译的过程）
翻译的条件：
②原料：
③酶：
④“翻译官”兼“搬运工”：
mRNA
大约20种氨基酸
催化氨基酸缩合反应的酶…
tRNA
以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，在核糖体内把氨基酸按mRNA上密码子的排列顺序逐个连接起来，合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程。
⑤能量：
ATP
①DNA复制的模板：
②转录的模板：
③翻译的模板：
几种模板：
（亲代）DNA的两条链
DNA中的一条链（信息链）
mRNA
DNA分子的多样性
蛋白质的多样性
生物的多样性
决定
体现
①间接控制：
②直接控制：
基因对性状的控制：
某些基因通过控制酶的合成从而控制新陈代谢，实现对生物性状的控制。
某些基因通过控制蛋白质分子的结构，从而实现对生物性状的控制。
如：某些基因异常→不能合成酪氨酸酶→不能生成黑色素→白化病
如：某些基因异常→血红蛋白分子结构异常→血液疾病
调节基因
酶或激素
细胞代谢
性状
结构基因
结构蛋白
细胞结构
控制合成
调节
控制合成
构成
表现出
表现出
间接调节
直接调节
DNA
RNA
蛋白质(性状)
转录
中心法则及其发展：
翻译
复制
复制
逆转录
注意：该表达式是综合生物界的所有生物遗传信息的复制和表达后得出的。若针对某一具体生物，该表达式应该有所改动。
例1：正常人体内遗传信息的传递和表达应该表示为：
DNA
RNA
蛋白质(性状)
转录
翻译
复制
例2：TMV(烟草花叶病毒)在烟草叶片细胞内遗传信息的传递和表达应该表示为：
RNA
蛋白质(性状)
翻译
复制
例3：某些逆转录病毒在宿主细胞内遗传信息的传递和表达应该表示为：
DNA
RNA
蛋白质(性状)
转录
逆转录
复制
复制
翻译
染色体、DNA、基因三者的关系：
细胞核
染色体
蛋白质
DNA
基因a
基因B
基因a
基因B
2、染色体由DNA和蛋白质构成
3、基因是DNA上的一个片段，这个片段有特定的遗传效应。
1、染色体主要分布在细胞核中。
4、一条染色体的DNA上有许多的基因。基因在染色体(DNA)上呈线性排列。