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1、第第1212讲基因的本质讲基因的本质一、肺炎双球菌转化实验二、噬菌体侵染细菌实验必必备备知知识识三、证明RNA是遗传物质的实验四、DNA是主要遗传物质五、DNA分子的结构六、DNA的复制七、基因有遗传效应的DNA片段突破1 遗传物质探索的经典实验突破2 DNA分子的结构及复制深深化化突突破破核核心心构构建建网络构建要语强记一、肺炎双球菌转化实验一、肺炎双球菌转化实验1.体内转化实验体内转化实验(格里菲思格里菲思)(1)过程必备知识(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型细菌的转化因子。2.体外转化实验体外转化实验(艾弗里艾弗里)(1)过程(2)结论:DNA才是使R型活细
2、菌产生稳定遗传变化的物质,即DNA是转化因子,是遗传物质。二、噬菌体侵染细菌实验二、噬菌体侵染细菌实验1.实验方法:放射性同位素标记法。2.实验过程及结果实验过程及结果3.结论结论:DNA是噬菌体的遗传物质。三、证明三、证明RNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验1.过程及结果过程及结果2.结论结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。四、四、DNA是主要遗传物质是主要遗传物质名师点睛名师点睛(1)某一生物的遗传物质要么是DNA,要么是RNA,不能同时是DNA和RNA。(2)有细胞结构的生物,其遗传物质一定是DNA。五、五、DNA分子的结构分子的结构巧学妙记巧学妙记借图记忆借图记忆六、六、DNA的复
3、制的复制2.过程过程七、基因七、基因有遗传效应的有遗传效应的DNA片段片段1.据图一写出基因与染色体的关系:基因在染色体上呈线性排列。2.将脱氧核苷酸、DNA、染色体和基因四种物质与图二中的字母对应 起来:a.染色体;b.DNA;c.基因;d.脱氧核苷酸。3.基因的实质基因的实质:具有遗传效应的DNA片段。1.在生命科学发展过程中,证明DNA是遗传物质的实验是肺炎双球菌转化实验和T2噬菌体侵染大肠杆菌实验。()2.注射R型菌和加热杀死的S型菌后小鼠死亡,从小鼠体内只能分离出活的S型菌。()3.艾弗里的体外转化实验采用了物质提纯、鉴定与细菌培养等技术。()4.噬菌体侵染细菌实验获得成功的原因之一
4、是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。()5.噬菌体侵染细菌的实验比肺炎双球菌体外转化实验更具有说服力。()6.噬菌体能在宿主细胞内以二分裂方式增殖,使该细菌裂解。()7.DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”间接相连。()8.DNA分子中两个互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半。()9.分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。()10.沃森、克里克应用同位素标记法证明了DNA分子的复制是半保留复制。()11.DNA复制时需使用解旋酶将DNA解旋成两条单链后再复制。()12.在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。()13
5、.DNA分子复制的原料是A、G、C、T四种碱基。()14.高度分化的细胞中,DNA分子一般不复制。()突破1遗传物质探索的经典实验 深化突破肺炎双球菌体外转化实验噬菌体侵染细菌实验设计思路设法将DNA与其他物质分开,单独、直接研究它们各自不同的遗传功能处理方法直接分离:分离S型菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型活细菌混合培养同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA结论证明DNA是遗传物质,而蛋白质等不是遗传物质;说明了遗传物质可发生可遗传的变异证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质;说明DNA能控制蛋白质的合成;说明DNA能自我复制1.肺炎双球菌体外转化实验和
6、噬菌体侵染细菌实验的比较肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较失分警示失分警示(1)肺炎双球菌转化的实质是基因重组而非基因突变:肺炎双球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息。(2)加热并没有使DNA完全失去活性: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活性。2.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析(1)32P噬菌体侵染大肠杆菌(2)35S噬菌体侵染大肠杆菌射性,所以35S和32P不能同时标记在同一组噬菌体上,应对两组噬菌体分别
7、标记。名师点拨名师点拨含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒营专性寄生生活,故应先培养细菌,再用细菌培养噬菌体。因检测放射性时只能检测到不同部位的放射性强弱,不能确定是何种元素的放1.“两看法两看法”解答噬菌体侵染细菌的同位素标记问题解答噬菌体侵染细菌的同位素标记问题2.不同生物遗传物质的分析方法不同生物遗传物质的分析方法生物类型病毒原核生物真核生物体内核酸种类DNA或RNADNA和RNADNA和RNA体内碱基种类4种5种5种体内核苷酸种类4种8种8种遗传物质DNA或RNADNADNA实例噬菌体或烟草花叶病毒等乳酸菌、蓝藻等玉米、小麦、人等考向考向1以实验分析的形式或以图示为信息载
8、体以实验分析的形式或以图示为信息载体,考查教材两大经典实考查教材两大经典实 验的过程与结论验的过程与结论1.下列关于探索DNA是遗传物质的实验,叙述正确的是(C)A.格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状B.艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡C.赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中D.赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记解析解析本题重点考查人类对遗传物质探索过程中的经典实验。格里菲思实验只是证明了转化因子的存在,没有证明转化因子是DNA,A错误;艾弗里实验证明了转化因子是DNA,从S型肺炎双球菌中提取的DNA使R型细菌转化为S型细菌而
9、导致小鼠死亡,B错误;赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌出现在沉淀中,对沉淀后的细菌继续培养,待其裂解后得到的噬菌体并不都带有32P标记,故C正确、D错误。考向考向2借助噬菌体侵染细菌实验借助噬菌体侵染细菌实验,考查子代噬菌体的元素来源考查子代噬菌体的元素来源2.(2018北京东城期末)用噬菌体侵染被35S标记的细菌,待细菌解体后,子代噬菌体带35S标记的情况是(C)A.只有DNA带标记B.DNA和蛋白质均不带标记C.只有蛋白质带标记D.部分DNA和蛋白质带标记解析解析噬菌体侵染细菌的过程为:噬菌体将自身的DNA注入细菌体内,利用细菌的物质合成噬菌体自身的物质(蛋白质和DNA)。题干中的细菌被35S
10、标记,合成的子代噬菌体中的蛋白质被35S标记,DNA未被标记,故C正确。3.在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中,有关叙述不正确的是(D)A.利用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质B.选择噬菌体作为研究对象是因为噬菌体结构非常简单C.噬菌体把DNA注入细菌内而蛋白质外壳留在细菌外D.实验结果证明无论是DNA还是RNA均可作为遗传物质解析解析蛋白质的组成元素是C、H、O、N(部分还有S元素),而DNA的组成元素是C、H、O、N、P,所以用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,A正确;由于噬菌体的组成成分只有蛋白质和DNA,且噬菌体在侵染细菌时只有DNA进入细菌,可达到蛋白质
11、和DNA的彻底分离,这是选用T2噬菌体作为实验材料的原因,B正确;在噬菌体侵染细菌的实验中,噬菌体侵染细菌时只有DNA注入细菌,而蛋白质外壳留在外面,并利用细菌的化学成分,合成与感染大肠杆菌的噬菌体相同的子代噬菌体,从而证明了DNA是遗传物质,C正确;噬菌体不含RNA,所以实验结果只证明DNA是遗传物质,没有证明RNA是遗传物质,D错误。突破2DNA分子的结构及复制 1.DNA双螺旋结构的形成过程双螺旋结构的形成过程2.DNA分子结构模型解读分子结构模型解读图1图2(1)由图1可解读以下信息:数量关系位置关系化学键(2)图2是图1的简化形式,其中是磷酸二酯键,是氢键。解旋酶作用于部位,限制性核
12、酸内切酶和DNA连接酶作用于部位。知能拓展知能拓展(1)脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水,即脱氧核苷酸 DNA+H2O。(2)DNA分子结构可简记为5种元素,4种碱基(脱氧核苷酸),3种小分子,2条长链,1个双螺旋。(3)DNA分子中,脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数=1111。(4)DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分,即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。1.DNA分子中碱基数量的计算规律分子中碱基数量的计算规律(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。(2)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若在一条链中=m,在互补链及整个DNA
13、分子中=m。(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若在DNA一条链中=a,则在其互补链中=,而在整个DNA分子中=1。2.DNA复制的有关计算方法复制的有关计算方法(1)将一个双链含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则有:子代DNA共2n个脱氧核苷酸链共2n+1条解答此类问题时,应看准“含”还是“只含”,是“DNA分子数”还是“脱氧核苷酸链数”。(2)DNA复制过程中消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m(2n-1)。第n次复制所需该种脱氧核苷酸数为m2n-1。考向考向
14、1以图示为信息载体以图示为信息载体,考查考查DNA分子结构分子结构1.如图表示某DNA分子结构片段,对此描述正确的是()A.该段DNA分子内含有8种核苷酸B.和是DNA分子的基本支架C.所示为胞嘧啶D.构成了尿嘧啶脱氧核糖核苷酸答案答案C解析解析该段DNA分子内含有4种核苷酸,A错误;磷酸和脱氧核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架,B错误;根据碱基互补配对原则可知,所示为胞嘧啶,C正确;构成了胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,D错误。2.如图是DNA双螺旋结构模型的建构过程图解(15),请据图探讨相关问题:(1)物质1是构成DNA的基本单位,与RNA的基本单位相比,两者成分方面的差别是。(2)催化形成
15、图2中的磷酸二酯键的酶是。(3)图3和图4中的氢键用于连接两条脱氧核苷酸链,如果DNA耐高温的能力越强,则(填“GC”或“AT”)碱基对的比例越高。(4)RNA病毒相比DNA病毒更容易发生变异,请结合图5和有关RNA的结构说明其原因:。答案答案(1)物质1中的五碳糖是脱氧核糖,特有的碱基是T,而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖,特有的碱基是U(2)DNA聚合酶(3)GC(4)DNA的双螺旋结构较RNA单链结构更稳定解析解析(1)DNA的基本单位与RNA的基本单位相比,主要区别是DNA的基本单位中的五碳糖是脱氧核糖,特有的碱基是T,而RNA的基本单位中的五碳糖是核糖,特有的碱基是U。(2)图2是
16、由DNA分子的基本单位脱氧核苷酸脱水缩合形成的脱氧核苷酸酶催化。(3)DNA分子中氢键越多,DNA分子越稳定,CG之间有3个氢键,AT之间有2个氢键。(4)RNA分子是单链结构,DNA分子是双链螺旋结构,其结构稳定性较强,而单链RNA更容易发生变异。考向考向2以图示分析或信息分析的形式以图示分析或信息分析的形式,考查考查DNA的复制的复制3.(2018山东泰安期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法,正确的是(D)A.新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成,核苷酸的聚合过程需要DNA连接酶B.构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时,ATP为降低反应活化能提供能量C.DNA分子在解旋酶的作用下,先完成解旋
17、后再进行复制D.DNA复制过程中若出现错误,生物出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境解析解析脱氧核苷酸的聚合需要DNA聚合酶的催化,A错误;构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时,ATP为其提供能量,降低反应活化能的为DNA聚合酶,B错误;DNA分子的复制为边解旋边复制,C错误;DNA复制过程中若出现错误,则出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境,D正确。4.某研究小组进行“探究DNA复制方式”的活动,结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl,a、b、c表示离心管顺序编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A.a管的结果表
18、明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的B.b管结果表明,该管中的大肠杆菌的DNA都是14N/15N-DNAC.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的D.本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术答案答案A解析解析分析图示,a管中条带密度较大,所以该管中大肠杆菌的DNA为15N/15N-DNA,故该大肠杆菌是在15NH4Cl培养液培养的,A错误;b管中条带居中,故该管中大肠杆菌的DNA为15N/14N-DNA,B正确;c管有两个条带,根据b、c两管中条带情况,其大肠杆菌的DNA一个是14N/14N-DNA,另一个为15N/14N-DNA,说明DNA分子的复制是半保留复制,C正确
19、;此实验应用了同位素示踪技术,同时应用密度梯度离心技术对DNA进行分层,D正确。考向考向3以基础判断的形式以基础判断的形式,考查考查DNA分子结构与复制中的碱基计算分子结构与复制中的碱基计算5.一个用15N标记的DNA分子有1200个碱基对,其中腺嘌呤700个。该DNA分子在无放射性标记的溶液中复制2次,则(C)A.复制完成后,具有放射性的腺嘌呤共有1400个B.复制完成后,不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为31C.复制过程中,共消耗胞嘧啶脱氧核苷酸1500个D.含有放射性的DNA分子的两条链都有放射性解析解析子代DNA中含放射性的腺嘌呤仍为700个,A错误;复制2次得
20、到4个DNA,其中含15N和不含15N的DNA分子均为2个,B错误;每个DNA分子中C=1200-700=500个,所以复制2次消耗C=500(22-1)=1500个,C正确;由于DNA分子的半保留复制,复制后含有放射性的DNA分子仅一条链有放射性,D错误。6.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是(C)解析解析根据DNA分子的结构特点可知,若DNA分子双链中(A+T)/(C+G)的值为m,则每条链中(A+T)/(C+G)的值都为m,由此可判断C正确、D错误;DNA分子中
21、(A+C)/(T+G)=1,而每条链中的(A+C)/(T+G)不能确定,但两条链中的值互为倒数,故A、B错误。填充:DNARNADNADNARNA网络构建核心构建要语强记1.转化实验的两个结论(1)格里菲思实验的结论:加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”。(2)艾弗里实验的结论:DNA才是使R型细菌产生稳定性变化的物质,即DNA是遗传物质。2.侵染实验的两次标记(1)第一次标记:标记大肠杆菌,分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌。(2)第二次标记:标记噬菌体,分别用含35S和32P的大肠杆菌培养噬菌体。3.证明遗传物质实验的一个思路设法将DNA和蛋白质区分开,单独地、直接地观察它们各自的作用。4.关于遗传物质的三个问题(1)真核生物和原核生物的遗传物质一定是DNA。(2)病毒的遗传物质是DNA或RNA。(3)绝大多数生物的遗传物质是DNA,因此DNA是主要的遗传物质。