9.1 DNA是主要的遗传物质-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第3章 基因的本质 自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”,而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢?摩尔根在他的《基因论》书的末尾说：“我们仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”这个假设能成立吗? 揭秘基因的化学本质，解析DNA的优美螺旋。 验证DNA的精巧复制，测读ATGC的生命长卷。 回响着不同观点的争论，传颂着合作探究的典范! 第1节 DNA是主要的遗传物质 20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢?这个问题曾引起生物学界激烈的争论。 思考： 1.你认为遗传物质可能具有什么特点? 2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些? 1.1 对遗传物质的早期推测 20世纪20年代，人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。各种氨基酸可以按照不同的顺序排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。当时对于其他生物大分子的研究，还没有发现与此类似的结构特点。因此，当时大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质。 到了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（图3-1）。组成DNA的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是，由于对DNA的结构没有清晰的了解，认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 图3-1 脱氧核苷酸的化学组成 1.2 肺炎链球菌的转化实验 1. 肺炎链球菌体内转化实验 （1）研究者：1928年，英国科学家格里菲斯 （2）实验材料：S型、R型肺炎双球菌和小鼠等 （3）实验原理：S型有毒，可使小鼠死亡，R型无毒 （4）实验过程及结论 图3-2 肺炎链球菌的转化实验示意图 结论：S型死菌中含有某种“转化因子”，能使R型菌转化为S型菌。 荚膜是部分细菌的细胞壁外的一层厚度不定的透明胶状物质，主要成分是水、多糖和多肽。其作用是防止细胞失水变干，防止噬菌体的侵袭，防止吞噬细胞的吞噬。 S型菌的多糖类荚膜能够使S型菌抵抗吞噬细胞的吞噬和体液中杀菌物质的作用，从而在小鼠体内存活并迅速繁殖而导致小鼠患病。R型菌没有多糖类荚膜，容易被吞噬细胞和体液中的杀菌物质清除，不会导致小鼠患病。因此，S型菌的致病性并非是由多糖类荚膜直接引起，而是由于多糖类荚膜的保护作用使S型菌在小鼠体内大量繁殖所致。 蛋白质高温变性，属于永久性失活，不可逆；高温能使DNA双链间的氢键断裂，使DNA解旋为单链（温度为90-95℃，就是PCR过程中的高温变性），但并没破坏DNA的一级结构（脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键完整），该过程可逆，当温度降低时（55-60℃，就是PCR过程中的低温复性），碱基可以再度互补配对形成氢键，恢复双链结构。因此，加热杀死的S型菌的DNA仍具有遗传效应。 2. 肺炎链球菌体外转化实验 （1）研究者：1944年，美国科学家艾弗里等人。 （2）实验材料：S型和R型肺炎双球菌、细菌培养基等。 （3）实验设计思路：把DNA 与其他物质分开，单独直接研究他们各自的遗传功能。 （4）实验过程及结论： 图3-3 艾弗里证明DNA是遗传物质的实验示意图 实验组别 接种菌型 混合物质 加入的物质 培养皿长菌情况 1 R型菌 S型菌细胞提取物（去除绝大部分的糖类、蛋白质、脂质） — R型菌、S型菌 2～4 R型菌 蛋白酶（RNA酶、酯酶） R型菌、S型菌 5 R型菌 DNA酶 只有R型菌 3. 体内转化和体外转化实验的比较 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养场所 在小鼠体内 培养基 实验对照 R型细菌与S型细菌的毒性进行对照 S型细菌各组成成分的作用进行对照 巧妙构思 将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照，来说明确实发生了转化 将物质分离提纯后，直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用 实验结论 S型细菌体内有“转化因子” “转化因子”为DNA 联系 ①所用材料相同； ②体内转化实验是体外转化实验的基础，体外转化实验是体内转化实验的延伸； ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则 ※大鹏老师提示※ 转化是指受体细胞从外界直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并与其同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传特征的现象，其实质是基因重组。R型菌转化成S型菌的实质是控制S型菌多糖类荚膜合成的基因整合到R型菌的DNA分子上并成功表达（产物为蛋白质），使无毒性的R型菌变成有毒性的S型菌。自然状态下转化率很低