3.1 核酸是遗传物质（课件）-2024-2025学年高一生物同步教学精品课件+知识清单（浙科版2019必修2）

第一节 核酸是遗传物质 第三章 遗传的分子基础 1965年，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由 控制的? 基因 1903年萨顿提出了遗传染色体学说，基因在染色体上。 摩尔根首次通过果蝇实验证明了：基因位于 上 染色体 染色体的化学组成 DNA 染色体 蛋白质 组蛋白 RNA 非组蛋白 20世纪50年代之前，“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是不正确的。此前人们普遍认为DNA是相当小的分子，相对分子质量约为1500，四种碱基在DNA分子中等量地存在，并简单重复。人们考虑到生物体结构与功能的巧妙适应性，以及发育过程和途径的极端复杂性，DNA这样简单的小分子不可能发挥出如此重要的控制作用。相比较而言，含有20种氨基酸的蛋白质大分子倒是能够提供无限数量的排列组合。 那么，DNA是遗传物质的证据又是如何逐步得到的呢？ 1、1928年英国的细菌学家——格里菲斯进行了肺炎链球菌转化实验。 一、DNA是遗传物质的直接证据遗传物质的直接证据 格里菲思 肺炎双球菌 菌落 （肉眼观察） 荚膜 （显微镜观察） 毒性 （动物实验） R型细菌 S型细菌 粗糙 光滑 有荚膜 无荚膜 无毒 有毒 R型 和 S型菌的比较 败血症（septicemia）：败血症(septicemia)是指病原微生物侵入血液循环并生长繁殖,产生大量毒素和代谢产物引起严重毒血症症状的全身感染综合征。细菌进入血液循环，并在其中生长繁殖、产生毒素而引起的全身性严重感染。临床表现为发热、严重毒血症状、皮疹瘀点、肝脾肿大和白细胞数增高等。分革兰阳性球菌败血症、革兰阴性杆菌败血症和脓毒败血症。以抗生素治疗为主，辅以其他治疗方法。预防措施为避免皮肤粘膜受损，防止细菌感染。 2、格里菲思活体肺炎双球菌的转化实验 由此推测，在加热杀死的S型菌中，一定有一种物质能把某些R型菌转化为S型菌。换 句话说，S型菌中的"转化因子"进入R型菌体内，引起R型菌稳定的遗传变异。这就 是病死小鼠中有活的S型菌的根本原因。 3．1944年艾弗里肺炎双球菌的离体转化实验 转化因子 ？ 转化因子到底是什么，DNA或蛋白质或是其他的有机物？实验思路是什么？如何操作？ 艾弗里 如何确定转化因子？ 蛋白质 荚膜多糖 DNA 主要成分 S型肺炎链球菌 【思路】 分离各种物质，单独看某物质是否具有转化作用 【技术】 1.破碎细胞，离心分离各种物质 2.破碎细胞，加酶水解某种物质 【原则】 单一变量原则、对照原则 ① ② ③ ④ 主张： 证据： 推理 DNA是转化因子 ①②④组R型菌没有转化 ③组R型菌转化 加入DNA后发生转化，而不加或用DNA酶降解DNA后，则不能实现转化，推出转化过程与DNA相关。 问题1：利用今天知识，你能解释几组实验结果吗？ 问题2：死的S型菌体内DNA会不会热变性失活？ 艾弗里的肺炎链球菌离体转化实验的思路 问题3：实验中蛋白质、DNA、荚膜多糖能做到百分百纯度吗？ 组别 S型细菌提取物处理方法 实验结果 1 不作处理 将细胞提 取物加入 有活的R 型菌的培 养基中培 养 2 蛋白酶 3 RNA酶 4 脂酶 5 DNA酶 R型+S型 R型+S型 R型+S型 R型+S型 R型 想一想 根据所学知识完成下表： 知识拓展： 1、蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。 2、R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组。 S型菌 荚膜 控制荚膜形成的X基因 加热 杀死 被破坏的S型菌 X基因吸附在R型菌表面 X基因进入R型菌 重组 R型菌转化成S型菌 实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。 实验缺陷：艾弗里提取的DNA最高时，还含有少量的蛋白质（至少含0.02％）。 有没有更好的材料，可以不用经过人工提纯DNA，就能单独地去观察DNA或蛋白质的作用呢？ T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳是由 蛋白质构成的， DNA是遗传物质的直接证据 T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳是由 蛋白质构成的。 C、H、O、N、P 1、想要知道噬菌体浸染细菌时DNA和蛋白质的“活动路线”，本实验可以采用什么实验方法？ 2、你会选取哪种元素的同位素来分别标记DNA和蛋白质？ 同位素示踪法 C、H、O、N、S 35S 32P 蛋白质： DNA： 讨论1：怎样让噬菌体蛋白质中的S元素和DNA中的P元素被标记 用含35S的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体去感染这种大肠杆菌 先用含32P的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体去感染这种大肠杆菌 可能由于搅拌不充分，有少量35 S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性 讨论2：用35S标记的实验，沉淀物中有少量放射性的原因是什么？ 讨论3：用32P标记的实验，上清液中有少量放射性的原因是什么？ 1、是保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性； 2、是保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液，也会使上清液放射性含量升高。 1887年，俄国植物学家Dmitri Ivanovsky 将患烟草花病叶片的汁液通过细菌过滤器，再将过滤后的汁液涂抹在健康的烟草叶片上，却发现健康叶片同样患病。 三、 探究烟草花叶病毒感染实验 背景介绍 迈耶 26 结论：烟草花叶病毒中RNA是遗传物质 探究烟草花叶病毒感染实验 科学史还原1——烟草花叶病毒感染实验 S株系 H株系 B品系 H株系 二 探究烟草花叶病毒感染实验 科学史还原2——烟草花叶病毒重建实验 请预测上述实验的实验结果？ 结论：烟草花叶病毒RNA是遗传物质 有些病毒，比如烟草花叶病毒，或者叫TMV，没有DNA，它的遗传物质有时什么呢？H. Fraenkel-Conrat在1955年曾经单独提出TMV的RNA进行侵染实验，但是侵染成功率特别低，低到可以忽略，因此缺乏说服力。后来H. Fraenkel-Conrat又在进行TMV的重组实验，他用了用到了不同的TMV小种，我们不妨用图示来示意，图示的两种TMV分别为A品系和B品系，他分别分离得到A品系的蛋白质和B品系的RNA，然后把两者混合起来，这样居然得到了杂种具有侵染力的杂种病毒，他将杂种病毒拿去侵染烟草，并从感病的烟草中分离TMV，结果发现分离得到的TMV都是B品系。而杂种病毒的RNA就是来自B品系的，这显然表明了TMV的遗传特性是由RNA决定的，RNA是TMV的遗传物质。 教材提到了单独提取TMV的RNA和蛋白质做实验，我看到刘庆昌教授的遗传学也是那么写的。但我查阅了H. Fraenkel-Conrat1955年和1956年的论文，其中提到了单独提取的蛋白质能结合烟草，但不能产生子代病毒（类似于空壳噬菌体的情况），但是加入RNA后就能侵染了。原文提到单独用TMV的蛋白质和RNA侵染烟草，两者的感染率都可以忽略不计。因此单独用RNA侵染的实验可能并不存在，考虑到RNA特别容易被降解，单独RNA侵染的成功率也不应该有多高。 我倾向于认为教材这里的写法又走了以前叙述艾弗里实验的老路。 H. Fraenkel-Conrat的实验是早期的病毒重建实验：将蛋白质和RNA分开，然后再混合得到完整的具有侵染力的病毒。后来比较著名的是不同病毒的重组实验。1957年和Singer一起做的车前草病毒与烟草花叶病毒重组实验。这里选用这个实验。1956年H. Fraenkel-Conrat也做了病毒重组实验，但局限在TMV的不同小种中。 28 SARS病毒 艾滋病病毒（HIV） COVID--19 流感病毒 埃博拉病毒 RNA病毒以RNA为遗传物质 大部分生物的遗传物质是DNA 细胞生物：原核生物和真核生物 DNA病毒 RNA病毒遗传物质是RNA Lavf57.41.100 $$