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复习知识梳理连载2 遗传的分子基础

文摘   2024-09-16 12:26   新西兰  

第四章 遗传的分子基础
第一节 探索遗传物质的过程
一、人类对遗传物资的探索过程：
（一）1928年格里菲思的肺炎双球菌的转化实验：
1、肺炎双球菌有两种类型类型：
l S型细菌：菌落光滑，菌体有夹膜，有毒性
l R型细菌：菌落粗糙，菌体无夹膜，无毒性

2、实验过程：
3、实验证明：无毒性的R型活细菌与被加热杀死的有毒性的S型细菌混合后，转化为有毒性的S型活细菌。这种性状的转化是可以遗传的。
   推论（格里菲思）：在第四组实验中，已经被加热杀死S型细菌中，必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。
【特别提示】
①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恢复又逐渐恢复其活性。
②R型细菌转化S型细菌的原因是S型菌的DNA进入R型细菌内，与R型菌DNA实现重组，表现出S型菌的性状，此变异属于基因重组。
（二）1944年艾弗里的实验：
1、实验设计思路：对S型细菌中的物质进行提取、分离，分别单独观察各种物质的作用，体现了实验设计中的对照原则。
2、实验过程：如右图
3、实验证明：DNA才是R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
（即：DNA是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质。）
（三）1952年郝尔希和蔡斯噬菌体侵染细菌的实验
1、实验设计思路：把DNA和蛋白质区分开来，直接地、单独地去观察DNA 和蛋白质的作用。
2、实验材料：T2噬菌体
（1）结构：没有细胞结构，只有DNA和蛋白质外壳。
如右图所示
（2）生活习性：专门寄生在大肠杆菌体内。
2、实验过程：（对比实验）
（1）用35S标记噬菌体：让标记的噬菌体侵染大肠杆菌后搅拌并离心。结果：①上清液中含35S，即亲代噬菌体蛋白质外壳；②沉淀中无35S，即子代噬菌体。
（2）用32P标记噬菌体：让标记的噬菌体侵染大肠杆菌后搅拌并离心。结果：①上清液中无32P ，即亲代噬菌体蛋白质外壳；②沉淀中有32P，即子代噬菌体。
3、实验结论：在噬菌体中，亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质，即：DNA是遗传物质。
注意：该实验不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细胞内。
【特别提示】
①噬菌体侵染细菌包括：吸附、注入、合成、组装、释放5个步骤。
②噬菌体侵染细菌后，合成子代噬菌体蛋白质外壳所需的原料——氨基酸全部来自细菌，场所——核糖体来自细菌。而组成子代噬菌体的DNA既有来自侵入细菌的亲代噬菌体的，也有利用细菌体内的原料——脱氧核苷酸新合成的。
（四）1956年烟草花叶病毒感染烟草实验
1、实验过程：
  提取烟草花叶病毒的RNA和蛋白质，分别感染烟草，用从烟草花叶病毒中提取的蛋白质不能使烟草感染花叶病，但从烟草花叶病毒中提取的RNA却能使烟草感染花叶病。
2、实验证明：在只有RNA的病毒中，RNA是遗传物质。
二、生物的遗传物质
1、作为遗传物质必需具备的4个条件
（1）在生长和繁殖的过程中，能够精确地复制自己，使前后代具有一定的连续性。
（2）能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。
（3）具有贮存大量遗传信息的潜在能力。
（4）结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变后还能继续复制，并能遗传给后代。
2、生物体内遗传物质的判别
【特别提示】
（1）因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
（2）蛋白质一般不作为遗传物质的原因：
①不能自我复制，而且它在染色体中的含量往往不固定。
②分子结构也不稳定（易变性）。
③不能遗传给后代。
（3）特例：阮病毒只含蛋白质成分，不含核酸，故认为阮病毒的遗传物质是蛋白质。
第二节 DNA的结构和DNA的复制：
一、DNA分子结构的主要特点：
（一）DNA分子的结构：
1、DNA的组成元素：C、H、O、N、P
2、DNA的基本单位：脱氧核糖核苷酸（4种）
3、DNA的结构：
沃森和克里克提出“DNA双螺旋结构模型”内容是：
①由两条、反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。  
内侧：由氢键相连的碱基对组成。
③碱基配对有一定规律： A ＝ T；G ≡ C。（碱基互补配对原则）
【特别提示】
①单链上的磷酸二酯键，可以被限制性内切酶切断，也可以用DNA连接酶和DNA聚合酶复原。
②碱基对之间的氢键，可用解旋酶断开，也可升温断裂，适宜条件下可自动复原。
（二）DNA的特性：
1、多样性：碱基对的排列顺序是千变万化的（排列种数：4n，n为碱基对对数）。从而构成了DNA 分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。
2、特异性：每个特定DNA分子的碱基排列顺序是特定的。所以每个特定的DNA 分子中都储存着特定的遗传信息，这就构成了DNA分子的特异性。
3、稳定性：指DNA分子双螺旋结构空间结构的相对稳定性。原因有：
    a．DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。
b．碱基配对方式始终不变，即A ＝ T；G ≡ C
（三）DNA的功能：携带遗传信息（DNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息）。
（四）与DNA有关的计算：
1、在双链DNA分子中：
① A=T、G=C
②任意两个非互补的碱基之和相等；且等于全部碱基和的一半
例：A+G = A+C = T+G = T+C = 1/2全部碱基
2、在DNA的两条单链之间：
①百分比关系:
Ø 若一条链中互补碱基的和占该链比率为a%，则:
      另一条链中该比率也为a%
      双链中该比率也为a%
Ø 一条链中非互补碱基的和占该链比率为b%，
      则另一条链中该比率为1－b%
②比值关系:
Ø 若一条链中两组互补碱基和的比值a，则：
      另一条链中该比值也为a
      双链中该比值也为a
Ø 一条链中两组非互补碱基和的比值为b，
      则另一条链中该比值为1/b
（3）在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于其在每条链中百分数和的一半。例：A双%=（A1%+A2%）/2
（五）设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
1、制作磷酸、脱氧核糖、碱基模型
（注意：磷酸 = 脱氧核糖 =  碱基（碱基中：A=T、G=C））
2、制作脱氧核糖核苷酸模型（注意：连接位置（1、3位置））
3、制作DNA分子平面模型
①制作第一条链    注意：①连接位置4-P    ②用一半脱氧核苷酸。
②制作第二条链   注意：①碱基顺序（互补）；  ②脱氧核苷酸方向（相反）。
③连接两条链      注意： A＝T（订2针）；G≡C（订3针）
4、制作DNA分子立体模型（两端反向扭转）
二、DNA的复制
1、概念：以亲代DNA分子两条链为模板，合成子代DNA的过程
2、时间：有丝分裂间期和减Ⅰ前的间期
3、场所：主要在细胞核
4、过程：（看书）①解旋 ②合成子链 ③子、母链盘绕形成子代DNA分子
5、特点： 半保留复制 （子代DNA=母链+子链）
   附：半保留复制的实验证据：（看书P62 积极思维）
6、原则：碱基互补配对原则
7、条件:
①模板：亲代DNA分子的两条链
②原料：4种游离的脱氧核糖核苷酸
③能量：ATP
④酶：解旋酶、DNA聚合酶等
8、结果：形成了两个完全一样的DNA分子。
9、DNA能精确复制的原因：
①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板;
②碱基互补配对原则保证复制能够准确进行。
10、意义：
（1）遗传：DNA分子复制，使遗传信息从亲代传递给子代，从而确保了遗传信息的连续性。
（2）变异：复制时出现差错——基因突变。
11、与DNA复制有关的计算：
复制出DNA数 =2n（n为复制次数）；含亲代链的DNA数 =2
第三节 基因控制蛋白质的合成
一、RNA的结构：
1、组成元素：C、H、O、N、P
2、基本单位：核糖核苷酸（4种）
3、结构：一般为单链（如右图）
二、基因：
1、基因与DNA的关系：
（1）基因是具有遗传效应的DNA片段。（DNA分子中存在不是基因的片段）
（2）每个DNA分子含有多个基因。
（3）基因主要是细胞核中在染色体上。（细胞核中DNA上的基因称核基因，细胞质中DNA上的基因称质基因。）
2、DNA片段中的遗传信息
（1）DNA分子能够储存足够量的遗传信息。
（2）遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
（3）DNA分子的多样性源于碱基排列顺序的多样性。
（4）DNA分子的特异性源于每个DNA分子的碱基的特定的排列顺序。
3、基因与性状的关系：基因是控制生物性状的结构单位和功能单位。
4、生物多样性和特异性的物质基础：DNA分子的多样性和特异性。
三、基因控制蛋白质合成：
1、转录：
（1）概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。（注：叶绿体、线粒体也有转录）
（2）过程（看书）
（3）条件：模板：DNA的一条链（模板链）
原料：4种游离的核糖核苷酸
能量：ATP
酶：解旋酶、RNA聚合酶等
（4）原则：碱基互补配对原则（A—U、T—A、G—C、C—G）
（5）产物：信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）
2、翻译：
（1）概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
附：密码子：
（1）概念：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个“遗传密码子”。
（2）实验：遗传密码是怎么破译的？（看书P68）
例：看书P69表4-1，回答下列问题
1、密码子共有____个。起始密码子有___个。是否决定氨基酸____。终止密码子有___个。是否决定氨基酸___，所以决定氨基酸的密码子有____种。
2、一个密码子只能决定____种氨基酸。一种氨基酸是否只有一种密码子？______
3、当某DNA碱基发生改变，是否一定会导致生物性状发生改变？_______
答案：1、64  1   是   3   不决定   61     2、1  不是     3、不一定
（2）过程：（看书）
（3）条件：模板：mRNA
原料：氨基酸（约20种）
能量：ATP
酶：多种酶
     搬运工具：tRNA
装配机器：核糖体
（4）原则：碱基互补配对原则
（5）产物：多肽链
例：转运RNA上与mRNA上密码子配对的3个碱基称为反密码子，共61个，若一条肽链共有21个氨基酸组成，则合成该肽链时需要的转运RNA可能有61种，实际最多21种。
3、与基因表达有关的计算
（1）DNA中模板链与mRNA之间：满足DNA中两条链之间的百分比关系和比值关系
（2）基因中碱基数：mRNA分子中碱基数：氨基酸数 = 6：3：1
四、基因对性状的控制
1、中心法则：
克里克提出：遗传信息可以从DNA流向DNA，即完成DNA的自我复制过程，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译过程。
  后来有科学家在RNA肿瘤病毒发现了逆转录酶，它是以RNA为模板，合成DNA的酶，这说明遗传信息也可以从RNA流向DNA，RNA自我复制过程的发现说明遗传信息也可以从RNA流向RNA，从而补充和发展了“中心法则”。
【特别提示】
    上述遗传信息的流动都要遵循碱基互补配对原则。
2、基因控制性状的方式：
（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状；
（2）通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。
五、人类基因组计划及其意义
   计划：完成人体24条染色体上的全部基因的遗传作图、物理作图、和全部碱基的序列测定。
意义：可以清楚的认识人类基因的组成、结构、功能极其相互关系，对于人类疾病的诊治和预防具有重要的意义
 


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