資源簡介

第三章 第1節 DNA是主要的遺傳物質（一）
【實驗1】肺炎鏈球菌體內轉化實驗
1. 完成者：格里菲思
2. 實驗材料：肺炎鏈球菌（兩種類型）
① S型細菌（Smooth）：菌體有莢膜，菌落表面光滑 → 有致病性
② R型細菌（Rough）： 菌體無莢膜，菌落表面粗糙 → 無致病性
3. 實驗過程與結果分析：
4. 實驗結論：
已經加熱致死的S型細菌，含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質——轉化因子。
【注意】
此實驗僅能證明“轉化因子”的存在，不能證明它就是DNA，更不能證明DNA是遺傳物質！！
【實驗2】肺炎鏈球菌體外轉化實驗
1. 完成者：艾弗里
2. 實驗過程與結果分析：
3. 實驗結論：
DNA是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質，DNA就是“轉化因子”。
【注意】
此實驗未能將DNA與蛋白質真正分離開，所以仍不足以真正證明DNA是遺傳物質！！
【補充】 轉化（R型→S型）的實質：
加熱后的S型細菌的DNA并未失活，整合到R型細菌的DNA上，從而控制莢膜形成，使R型轉化為S型。然而，轉化率通常較低，所以最終只有少數R型細菌能夠轉化為S型細菌。
4. 對照實驗中，控制自變量可采用的原理：
（1）加法原理：人為增加某種常態因素。
例：比較H2O2在不同條件下的分解實驗
（2）減法原理：人為去除某種影響因素。
例：肺炎鏈球菌體外轉化實驗（艾弗里）
5. 體內轉化實驗：轉化過程在小鼠體內完成，是體外轉化實驗的基礎。
體外轉化實驗：轉化過程在培養基上完成，優點：可排除小鼠體內各種復雜
環境的干擾。
【實驗3】噬菌體侵染細菌實驗
1. 完成者：赫爾希、蔡斯
2. 實驗材料：T2噬菌體 （模式圖見右）
（1）宿主細胞：大腸桿菌
（2）組成成分：外殼由蛋白質組成，頭部中含有DNA
（3）增殖方式：通過侵染大腸桿菌完成子代的增殖
【補充】
（1）T2噬菌體侵染大腸桿菌的過程：
吸附→注入→DNA復制和蛋白質合成→組裝→釋放
（2）標記T2噬菌體的方法：
① 用含35S、32P的培養基分別培養35S、32P標記的大腸桿菌；
② 用上述大腸桿菌分別培養35S、32P標記的T2噬菌體。
3. 實驗原理：
對組成噬菌體的兩種物質的分析表明，僅蛋白質分子中含有S，而P幾乎都存在于DNA分子中，因此用含有放射性的兩種同位素（35S、32P）分別標記噬菌體的蛋白質和DNA，并通過檢測子代噬菌體的放射性來探究噬菌體的遺傳物質是蛋白質還是DNA。
4. 實驗過程與結果分析：
過程：
① 將被35S/32P標記的噬菌體與大腸桿菌混合，保溫一定時間；
② 攪拌后離心；
③ 檢測上清液和沉淀物中的放射性；
④ 檢測子代噬菌體的放射性。
結果：
① 35S組（噬菌體被35S標記）：
上清液的放射性很高，沉淀物的放射性很低，子代噬菌體中未檢測到35S。
② 32P組（噬菌體被32P標記）：
上清液的放射性很低，沉淀物的放射性很高，子代噬菌體中能檢測到32P。
說明：
噬菌體侵染細菌時蛋白質外殼留在外面，DNA進入細胞中。
5. 實驗結論：
在噬菌體中，親代和子代之間具有連續性的物質是DNA，而不是蛋白質。子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳給后代的，DNA是噬菌體的遺傳物質。
6. 實驗操作分析：
① 攪拌的目的：使吸附在細菌上的噬菌體與細菌分離。
② 離心的目的：讓上清液中析出質量較輕的T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被侵
染的大腸桿菌。
7. 異常結果分析：
（1）噬菌體被32P標記的一組，若上清液出現較高放射性，可能原因有：
① 保溫時間過短，部分噬菌體尚未侵染大腸桿菌；
② 保溫時間過長，子代噬菌體已釋放。
（2）噬菌體被35S標記的一組，若沉淀物出現較高放射性，可能原因有：
攪拌不充分，噬菌體外殼沒有從大腸桿菌上脫離
【實驗4】煙草花葉病毒侵染實驗
1. 實驗材料：煙草花葉病毒（由RNA與蛋白質組成）
2. 實驗過程：
3. 實驗結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。
第三章 第1節 DNA是主要的遺傳物質（二）
1. 不同生物的遺傳物質：★★★★★
【總結】
絕大多數生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA。
因此：
DNA是主要的遺傳物質！！
2. 病毒的分類：
（1）常見的RNA病毒：
艾滋病（HIV）、非典（SARS）、新冠（COVID-19）、流感病毒、埃博拉病毒、煙草花葉病毒
（2）常見的DNA病毒：
T2噬菌體
【補充】
① 格里菲思：肺炎鏈球菌體內轉化實驗
② 艾弗里：肺炎鏈球菌體外轉化實驗
③ 赫爾希、蔡斯：噬菌體侵染細菌實驗
以上實驗中：
（1）能證明“DNA是遺傳物質”的是：③
（2）能證明“DNA是主要的遺傳物質”的是：無
（若提到“主要”，則必須同時證明“RNA是少數生物的遺傳物質”）
第三章 第2節 DNA的結構
1. DNA：脫氧核糖核酸
（1）組成元素：C H O N P
（2）基本單位：脫氧核糖核苷酸 （可簡稱為：脫氧核苷酸）
1脫氧核糖核苷酸＝1脫氧核糖＋1含氮堿基＋1磷酸基團
（3）堿基種類：A 腺嘌呤 G 鳥嘌呤 C胞嘧啶 T 胸腺嘧啶
（4）空間結構：雙螺旋
【補充】
組成DNA的脫氧核糖核苷酸有4種，分別是：
腺嘌呤脫氧核糖核苷酸 鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸
胞嘧啶脫氧核糖核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸
規定：脫氧核糖上與堿基相連的C原子叫做 1’- C
與磷酸基團相連的C原子叫做 5’- C
2. DNA的雙螺旋結構：（平面展開圖如下）
（1）發現者：沃森、克里克
（2）主要特點：
① DNA由兩條單鏈組成，按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構；
② DNA中的脫氧核糖和磷酸基團交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。
③ 兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，遵循堿基互補配對原則。
（2）堿基互補配對原則：即在雙鏈DNA中，A一定與T配對，G一定與C配對。
堿基對的種類：A T （兩個氫鍵）
C G （三個氫鍵，更穩定）
（3） 雙鏈中的堿基由氫鍵連接，單鏈中的堿基由脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接。
（4）每個DNA分子都含有2個游離的磷酸基團；鏈間的磷酸基團與2個脫氧核糖相連，鏈間的脫氧核糖與2個磷酸基團相連。
（5）DNA分子中，脫氧核糖數：含氮堿基數：磷酸基團數＝1:1:1
3. DNA分子的特性：
（1）穩定性：①規則的雙螺旋結構；②堿基互補配對原則穩定不變
（2）多樣性：①脫氧核苷酸的數目不同；②堿基的排列順序不同（主要）
（3）特異性：每種DNA分子都有區別于其他DNA的特定的堿基排列順序
【補充】
DNA指紋技術的應用原理：DNA分子的特異性
4. 有關雙鏈DNA的堿基計算規律：A＝T G＝C （核心）
① 嘌呤總數＝嘧啶總數：A＋G＝T＋C
② 任意兩個不互補的堿基之和恒等：A＋G＝T＋C A＋C＝T＋G
所以：(A＋G)/(A＋G＋T＋C)＝1/2
③ 一條單鏈的(A＋G)/( T＋C)與其互補鏈的(A＋G)/( T＋C)互為倒數：
若：(A1＋G1)/( T1＋C1)＝(T2＋C2)/( A2＋G2)＝m,
則：(A2＋G2)/( T2＋C2)＝1/m
④ 一條單鏈的(A＋T)/( G＋C)與其互補鏈的(A＋T)/( G＋C)相等：
(A1＋T1)/( G1＋C1)＝(T2＋A2)/( C2＋G2)
⑤ 雙鏈中互補堿基之和的比值等于每一條單鏈中的這一比值：
(A＋T)/雙鏈＝(A1＋T1)/1鏈＝(A2＋T2)/2鏈
(G＋C)/雙鏈＝(G1＋C1)/1鏈＝(G2＋C2)/2鏈
【例題】
某雙鏈DNA分子中，A與T之和占整個DNA堿基總數的54%，其中一條鏈上
G占該鏈堿基總數的22%，求另一條鏈上G占其所在鏈堿基總數的百分含量。
第三章 第3節 DNA的復制（一）
【實驗】證明DNA半保留復制的實驗
1.實驗所用方法：
（1）實驗技術：
① 同位素標記法（或同位素標記技術）：
N元素的兩種穩定同位素（均無放射性）：14N（密度小）、15N（密度大）
② 密度梯度離心法（或密度梯度離心技術）：
（2）實驗流程：
假說-演繹法
2. 實驗材料：大腸桿菌
大腸桿菌繁殖速度快，20min即可分裂1次（DNA復制1次），且容易培養。
3. 實驗過程：如圖所示
①用含15N的培養基（15NH4Cl）來培養大腸桿菌，得到含15N/15N-DNA 的大腸桿菌：即親代DNA的兩條母鏈均被15N標記。
②將上述含15N/15N-DNA 的大腸桿菌轉移到含14N的培養基（14NH4Cl）中繼續培養，則在此培養液中復制出的子鏈均是以14N為原料合成的，故只含有14N。
③分別提取復制后第一代DNA、第二代DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。
【補充】
（1）DNA的“母鏈”與“子鏈”：
① 母鏈：指親代DNA的兩條鏈；
② 子鏈：指DNA復制時新合成的鏈。
（2）DNA的類型及在離心管中的對應位置：
4. 實驗結論：DNA的復制方式為半保留復制。
【補充】 DNA的半保留復制示意圖：
【拓展】 假設“DNA的復制方式是全保留復制”，則演繹推理的結果應是：
第三章 第3節 DNA的復制（二）
1. DNA的復制：
（1）時間：細胞分裂前的間期（分裂間期）
（2）場所：① 真核生物：細胞核（主要）、線粒體、葉綠體
② 原核生物：擬核
（3）原則：堿基互補配對原則
（4）條件： ① 模板：親代DNA的兩條母鏈
② 原料：細胞內4種游離的脫氧核糖核苷酸
③ 能量：ATP
④ 酶： 解旋酶（作用：催化氫鍵斷裂）
DNA聚合酶（作用：催化磷酸二酯鍵形成）
（5）方向：子鏈從5’端→3’端合成
（6）特點： ① 邊解旋邊復制；
② 半保留復制
（7）結果：一個DNA分子經過一次復制可形成兩個完全相同的DNA分子
（8）意義：保持遺傳信息的連續性
2. DNA的復制過程：由ATP供能
①解旋：在解旋酶的作用下，DNA雙螺旋的兩條鏈解開；
②定序：細胞內4種游離的脫氧核苷酸 按堿基互補配對原則 分別與兩條母鏈的堿基配對，確定子鏈中的堿基排列順序；
③合成子鏈：在DNA聚合酶的作用下，子鏈的一個個脫氧核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈，合成方向：子鏈的5’端→3’端（即DNA聚合酶的移動方向）；
④子鏈與其對應的母鏈（模板鏈）盤旋成雙螺旋結構。
【補充】
（1）DNA能夠準確復制的原因：
① 雙螺旋結構——為復制提供精確的模板；
② 堿基互補配對——保證復制準確進行。
（2）多起點復制：真核生物的DNA上有多個復制起點，可形成多個復制泡（指DNA上正在進行復制的部分），從而提高復制速率。
3. DNA分子復制的計算：（可用半保留復制的示意圖作參考）
（1）親代DNA分子經 n 次復制后，則：
① 子代DNA分子數：
② 含親代母鏈的DNA分子數：
③ 不含親代母鏈的DNA分子數：
④ 母鏈條數：
⑤ 子鏈條數：
【例題1】
一個DNA被15N標記的大腸桿菌，在只含14N的培養液中繁殖3代，第三代中含有15N的DNA分子有___個，不含15N的DNA分子有___個，含有14N的DNA分子有____個，不含14N的DNA分子有____個，只含有14N的DNA分子有___個。
（2）親代DNA分子經 n 次復制后，則：
① 子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數：
② 親代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數：
③ 新合成的脫氧核苷酸鏈數：
【例題2】
將 15N標記的DNA分子放在 14N 的培養基上培養，經過3次復制，在所形成的子代 DNA中，含15N 的DNA占總數的比例為 ，含15N的脫氧核苷酸鏈占總數的比例為 。
（3）若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，則經過n次復制后需要消耗該種脫氧核苷酸的個數為：
【例題3】
某DNA分子中有400個胞嘧啶脫氧核苷酸，此DNA分子經過3次復制后，共需消耗多少個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸？
第三章 第4節 基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1. 基因：通常是有遺傳效應的DNA片段。
（RNA病毒的基因是有遺傳效應的RNA片段）
【注意】
DNA上有的部分具有遺傳效應，為基因片段；有的部分不具有遺傳效應，為非基因片段。因此，基因在DNA上的排列并不是連續的！！
2. 遺傳信息：指DNA（RNA）中堿基的排列順序，或者組成DNA（RNA）的核苷酸的排列順序。
【補充】
由n個堿基對可產生4n種排列方式，形成4n種基因。
3. 染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸之間的關系：
【總結】
基因（通常）由多個脫氧核苷酸組成，是有遺傳效應的DNA片段，在染色體上呈線性排列，可以控制生物的性狀。
例外：RNA病毒的基因由多個核糖核苷酸組成，是有遺傳效應的RNA片段。

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