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1、THE NATURE OF GENES,第 3 章节,生物 必修二,基,因,质,本,在 20 世纪 30 年代，人们才认识到 DNA 是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。组成 DNA 分子的脱氧核苷酸有四种，每一种有一个特定的碱基，那时候的人们并没有意识到这个发现对 DNA 研究的重要性。,腺嘌呤脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,dAMP,dTMP,dGMP,dCMP,当时的人们没有意识到脱氧核苷酸对 DNA 研究的重要性，因为那时候人们对 DNA 分子的结构没有足够清晰的了解，所以那时候人们的主流观点依然是：
2、蛋白质是遗传物质。,艾弗里 （O.Avery，1877一1955）,美国科学家艾弗里通过实验向“蛋白质是遗传物质”的观点提出了挑战，而艾弗里的实验是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的。为了能够理解艾弗里的实验，我们需要先了解一下格里菲思的实验 肺炎双球菌转化实验,肺炎双球菌的转化实验,小鼠不死亡,注射 R 型活细菌,小鼠不死亡,注射 S 型活细菌,小鼠死亡，体内分离出 S 型活细菌,注射加热杀死后的 S 型活细菌,注射 R 型活细菌 + 加热杀死后的 S 型活细菌,小鼠死亡，体内分离出 S 型活细菌,通过肺炎双球菌的转化实验，格里菲斯推论：在第四组实验中，已经被加热杀死的 S 型细菌中，必
3、然含有某种促成这一转化的活性物质 “转化因子”，这种转化因子将无毒性的 R 型活细菌转化为有毒性的 S 型活细菌。,为了弄清楚转化因子是什么物质，艾弗里及其同事对 S 型细菌中的物质进行了提纯和鉴定。他们将提纯的 DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了 R 型细菌的培养基中，在肺炎双球菌实验的基础上进行了拓展,拓展实验,R 型活细菌,R 型菌培养皿,R 型活细菌,S 型活细菌 DNA,R 型活细菌,S 型活细菌,分离解析,加入,R 型菌培养皿,R 型活细菌,S 型活细菌蛋白质,R 型活细菌,分离解析,加入,R 型菌培养皿,S 型活细菌 DNA + DNA 酶,R 型活细菌,分离解析,加入,
4、艾弗里的实验结果甚至出乎了他自己的预料，于是艾弗里提出了不同于当时大多数科学家观点的结论：DNA 才是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质。,赫尔希 （ A. D. Hershey ）,蔡斯 （ M. Chase ）,由于艾弗里实验中提取出的 DNA，纯度最高时也还有 0.02% 的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑，1952 年，赫尔希和蔡斯以 T2 噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更加具有说服力的转换实验 噬菌体侵染细菌实验,噬菌体侵染细菌实验,被 35S 标记的噬菌体,被 32P 标记的噬菌体,用被标记的噬菌体 侵染未标记的细菌,用被标记的噬菌体 侵染未标
5、记的细菌,上清液的放射性很高,沉淀物的放射性很低,上清液的放射性很低,沉淀物的放射性很高,搅拌离心,搅拌离心,在新形成的噬菌 体中没有检测到 35S,在新形成的噬菌 体中检测到 32P,细菌裂解,细菌裂解,赫尔希和蔡斯的以 T2 噬菌体实验表明：噬菌体侵染细菌时，DNA 进人到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的 DNA 遗传的，DNA 才是真正的遗传物质。,从 1928 年格里非思的肺炎双球菌转化实验，到 1944 年艾弗里的实验，再到 1952 年赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染实验，前后历经 24 年，人们才确信 DNA 是遗传物质。,在通过实验证明 D
6、NA 是生物体的遗传物质以后，人们更加迫切地想知道：DNA 分子是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？当时科学界对 DNA 的认识是：DNA 分子是以 4 种脱氧核苷酸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。,DNA 双螺旋结构模型的构建,=,=,沃森和克里克构建了多种不同的结构模型，但是这些模型都违背了化学规律，于是都被放弃了。1952 年春天，奥地利的著名生物化学家查研夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个重要的信息：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。于是，沃森和克里克改变了碱基配对
7、的方式，在新的结构模型中发现：A-T 碱基对与 G-C 碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的 DNA 分子具有稳定的直径，很好的解释 A、T、G、C 的数量关系，也能解释 DNA 的复制。同时这个模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现两者完全相符。,DNA 双螺旋结构模型就这样诞生了。,DNA 分子双螺旋结构的主要特点是：,DNA 的分子结构,平面结构,立体结构,DNA 半保留复制实验,第一代,第二代,大肠杆菌,15N/15N DNA,15N/14N DNA,15N/14N DNA,14N/14N DNA,15N/14N DNA,14N/14N DNA,首先以含有 15N 标记的 NH4Cl
8、 培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，再将大肠杆菌转移到 14N 的普通培养液中。然后，在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA，再将提取的 DNA 进行离心，记录离心后试管中 DNA 的位置。,实验结果与预期的一样，在试管中出现了 DNA 的这三条带，证明 DNA 的复制是以半保留的方式进行的。,如果 DNA 是以半保留的方式复制的，那么离心后应该出现三条 DNA 带：一条带是 15N 标记的亲代双链 DNA（用15N/15N 表示），其密度最大，最靠近试管底部；一条带是只有一条 DNA 链被 15N 标记的子代双链DNA（其中一条链为 15N，另一条链为 14N，用 15N/14N 表示
9、），其密度居中，位置也居中；还有一条带是两条DNA链都未被 15N 标记的子代双链 DNA（用 14N/14N 表示），密度最小，离试管底部最远。,DNA 分子复制的过程,DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA 分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。DNA 分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。,DNA 片段中的遗传信息,一个 DNA 分子上有许多基因，每一个基因都是特定的 DNA 片段，有着特定的遗传效应，这说明 DNA 必然蕴含了大量的遗传信息。DNA 分
10、子为什么能储存大量的遗传信息呢？我们知道，一个 DNA 分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧 4 种碱基的排列顺序却是可变的。,DNA 双链,基因片段,研究表明，DNA 分子能够储存足够量的遗传信息；遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序之中：碱基排列顺序的千变万化，构成了 DNA 分子的多样性，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个 DNA 分子的特异性；DNA 分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 DNA 分子上分布着多个基因，基因是有遗传效应的 DNA 片段。,Thank you for watching the slide,感,谢,听,聆,第 3 章节,生物 必修二,