課標(biāo)版 生物 第12講 基因的本質(zhì),知識一 DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù) 一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 1.格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,(1)實驗材料:S型和R型肺炎雙球菌、小鼠。,(2)實驗過程及結(jié)果:,(3)結(jié)論:加熱殺死的S型細(xì)菌中含有某種 轉(zhuǎn)化因子 使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn) 化為S型活細(xì)菌。,2.艾弗里體外轉(zhuǎn)化實驗 (1)設(shè)計思路:設(shè)法將 DNA 與其他物質(zhì)分開,單獨研究它們各自的 功能。 (2)實驗過程及結(jié)果,(3)結(jié)論:使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)是 DNA 而不是蛋白 質(zhì)、多糖及DNA的水解產(chǎn)物。,1.實驗材料:噬菌體和大腸桿菌等。 (1)噬菌體的結(jié)構(gòu),(2)噬菌體的復(fù)制式增殖,二、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗,2.實驗方法: 放射性同位素標(biāo)記 法。 3.實驗過程及結(jié)果 (1)標(biāo)記噬菌體,(2)噬菌體侵染細(xì)菌:,4.實驗結(jié)果分析 (1)噬菌體侵染細(xì)菌時, DNA 進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞中,而 蛋白質(zhì)外殼,留在外面。 (2)子代噬菌體的各種性狀是通過 親代DNA 遺傳的。 5.結(jié)論: DNA 是遺傳物質(zhì)。 三、證明RNA是某些病毒的遺傳物質(zhì)的相關(guān)實驗 1.煙草花葉病毒對煙草葉細(xì)胞的感染實驗 (1)實驗過程及現(xiàn)象,(2)結(jié)論 RNA 是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì), 蛋白質(zhì) 不是煙草花葉病 毒的遺傳物質(zhì)。 2.人類的探索結(jié)論: DNA 是主要的遺傳物質(zhì),因為實驗證明 絕,大多數(shù) 生物的遺傳物質(zhì)是DNA,只有少部分生物的遺傳物質(zhì)是RNA。 識記題組 一、有 無 有 無 死亡 不死亡 死亡 轉(zhuǎn)化 因子 DNA R型菌和S型菌 R型菌 DNA 二、蛋白質(zhì)外殼 S DNA P 噬菌體 大腸桿菌 大腸桿菌的氨基酸 放射性同位素標(biāo)記 高 低 低 高 DNA 蛋白質(zhì)外殼 親代DNA DNA 三、蛋白質(zhì)外殼 RNA 不出現(xiàn)病斑 RNA 蛋白質(zhì) DNA 絕大多數(shù),1.判斷下列敘述的正誤。 (1)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是主要的遺傳物質(zhì)。(2013課標(biāo),5改 編)() (2)R型肺炎雙球菌與S型肺炎雙球菌DNA混合后,R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化是基因 突變的結(jié)果。 () (3)用DNA酶處理后的S型細(xì)菌DNA與活R型細(xì)菌混合,可培養(yǎng)出S型細(xì)菌菌 落和R型細(xì)菌菌落。 () (4)赫爾希和蔡斯用35S和32P分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA,證明了,DNA的半保留復(fù)制。(2014江蘇單科,4D)() (5)RNA和DNA都是T2噬菌體的遺傳物質(zhì)。(2013海南單科,13C)() (6)噬菌體能在宿主細(xì)胞內(nèi)以二分裂方式增殖,使宿主細(xì)菌裂解。(2012重 慶理綜,2D)(),2.如果用15N、32P、35S共同標(biāo)記噬菌體后,讓其侵染大腸桿菌,在產(chǎn)生的子代 噬菌體的組成結(jié)構(gòu)中,能夠找到的標(biāo)記元素為 ( ) A.在外殼中找到15N和35S B.在DNA中找到15N和32P C.在外殼中找到15N D.在DNA中找到15N、32P和35S 答案 B 用15N、32P、35S共同標(biāo)記噬菌體時,15N可標(biāo)記噬菌體的DNA和 蛋白質(zhì)外殼,32P可標(biāo)記噬菌體的核酸,35S可標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼。噬菌 體侵染細(xì)菌過程中蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌外面,核酸進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部,在細(xì)菌細(xì) 胞中以噬菌體DNA為模板,利用細(xì)菌的原料合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼 和核酸。由于DNA復(fù)制的方式為半保留復(fù)制,故在子代噬菌體DNA中能找 到15N和32P,不能在蛋白質(zhì)中找到35S和15N。,3.在證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗中,赫爾希和蔡斯分別用32P和35S標(biāo)記噬菌 體的DNA和蛋白質(zhì),在圖中標(biāo)記元素所在部位依次是 ( ) A. B. C. D. 答案 D 赫爾希和蔡斯用32P和35S分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì),實 際上是標(biāo)記了脫氧核苷酸中的磷酸基團(tuán)和氨基酸中的R基。,4.(2013浙江紹興一中階段測試,13)下列關(guān)于遺傳物質(zhì)的說法,錯誤的是 ( ) 真核生物的遺傳物質(zhì)是DNA 原核生物的遺傳物質(zhì)是RNA 細(xì)胞 核中的遺傳物質(zhì)是DNA 細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)是RNA 甲型H1N1 流感病毒的遺傳物質(zhì)是DNA A. B. C. D. 答案 C 真核生物和原核生物的遺傳物質(zhì)都是DNA;細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì) 遺傳物質(zhì)都是DNA;甲型H1N1流感病毒屬于RNA病毒,遺傳物質(zhì)是RNA。,知識二 DNA結(jié)構(gòu)與復(fù)制 一、DNA分子結(jié)構(gòu) 1.DNA雙螺旋模型構(gòu)建者:沃森和克里克。 2.DNA的分子組成,3.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)容 (1)由 兩 條脫氧核苷酸鏈組成,這些鏈按 反向平行 方式盤旋 成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (2)外側(cè): 脫氧核糖 和 磷酸 交替連接構(gòu)成主鏈基本骨架。,(3)內(nèi)側(cè):兩鏈堿基通過氫鍵連接成的 堿基對 。堿基互補(bǔ)配對遵循 以下原則:A T(兩個氫鍵)、G C(三個氫鍵)。 4.DNA分子結(jié)構(gòu)特點 (1) 多樣 性,具n個堿基對的DNA具有4n種堿基對排列順序。 (2) 特異 性,如每個DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。 (3) 穩(wěn)定 性,如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變,堿基 對構(gòu)成方式不變等。 二、DNA復(fù)制 1.概念、時間和場所,DNA 復(fù) 制 以 DNA分子 為模板合成子代DNA的過程 2.過程,4.準(zhǔn)確復(fù)制的原因和意義 (1)原因:DNA具有獨特的 雙螺旋 結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供精確的模板; 堿基互補(bǔ)配對 原則,保證了復(fù)制能準(zhǔn)確進(jìn)行。 (2)意義:DNA分子通過復(fù)制,將遺傳信息從親代傳給了子代,保持了遺傳 信息的 連續(xù)性 。,3.特點 (1)過程: 邊解旋邊復(fù)制 。 (2)方式: 半保留復(fù)制 。,1.判斷下列有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)與復(fù)制敘述的正誤。 (1)DNA有氫鍵,RNA沒有氫鍵。(2013課標(biāo),1A)() (2)磷酸與脫氧核糖交替連接構(gòu)成DNA鏈的基本骨架。 () (3)雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)。(2010江蘇單科,1D)() (4)真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶和能量。(2011海南單科,25A) () (5)真核細(xì)胞核DNA的復(fù)制發(fā)生在有絲分裂前期。(2011海南單科,25D)() (6)DNA聚合酶在細(xì)胞核內(nèi)合成。(2013課標(biāo),1B)(),2.如圖為DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖,下列有關(guān)敘述正確的是 ( ) A.若該DNA分子中GC堿基對比例較高,則熱穩(wěn)定性較低 B.由組成,它代表DNA的基本組成單位之一,C.DNA復(fù)制時,斷裂需解旋酶,和連接需聚合酶 D.如果復(fù)制時可脫氨為“U”,則能產(chǎn)生UG堿基對 答案 B 由于GC堿基對含有三個氫鍵,故GC堿基對的熱穩(wěn)定性比 AT堿基對的熱穩(wěn)定性高,A錯誤;DNA復(fù)制時,是脫氧核糖核苷酸與脫氧 核糖核苷酸之間的連接,與和之間的連接沒有關(guān)系,C錯誤;G與U不能 配對,D錯誤。,3.下列關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)與功能的說法,不正確的是 ( ) A.DNA分子中G與C堿基對含量越高,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對越大 B.堿基排列順序的千變?nèi)f化,構(gòu)成了DNA分子的多樣性 C.生物體所有DNA分子的轉(zhuǎn)錄和翻譯是同時同地進(jìn)行的 D.DNA分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的重要原因之一是堿基互補(bǔ)配對原則保證了 DNA復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行 答案 C 真核生物轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核中進(jìn)行,翻譯在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上 進(jìn)行。,4.如圖表示DNA復(fù)制的過程,結(jié)合圖示判斷,下列有關(guān)敘述不正確的是 ( ) A.DNA復(fù)制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈之間的氫鍵,使兩條鏈解 開 B.DNA分子的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點,生成的兩條子鏈的方向相反,C.從圖示可知,DNA分子具有多起點復(fù)制的特點,縮短了復(fù)制所需的時間 D.DNA分子的復(fù)制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段 答案 C 從圖示中不能獲得DNA分子具有多起點復(fù)制的特點。,突破一 遺傳物質(zhì)探索的經(jīng)典實驗 1.肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細(xì)菌實驗的比較,2.噬菌體侵染細(xì)菌實驗中上清液和沉淀物放射性分析 (1)用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌,上清液中含放射性的原因: 保溫時間過短,有一部分噬菌體還沒有侵染到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi),經(jīng)離心 后分布于上清液中,上清液中出現(xiàn)放射性。 噬菌體和大腸桿菌混合培養(yǎng)到用離心機(jī)分離,這一段保溫時間過長,噬 菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖后子代釋放出來,經(jīng)離心后分布于上清液,也會使 上清液中出現(xiàn)放射性。 (2)用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌,沉淀物中有放射性的原因:由于攪拌 不充分,有少量含35S的噬菌體蛋白質(zhì)外殼吸附在細(xì)菌表面,隨細(xì)菌離心到 沉淀物中。,疑難診室 (1)加熱殺死S型細(xì)菌的過程中,其蛋白質(zhì)變性失活,但是其內(nèi) 部的DNA在加熱結(jié)束后隨溫度的降低又逐漸恢復(fù)活性。 (2)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌的實質(zhì)是S型細(xì)菌的DNA與R型細(xì)菌DNA實 現(xiàn)重組,表現(xiàn)出S型細(xì)菌的性狀,此變異屬于廣義上的基因重組。 (3)含放射性標(biāo)記的噬菌體不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng),因為病毒營專性寄生 生活,故應(yīng)先培養(yǎng)細(xì)菌,再用細(xì)菌培養(yǎng)噬菌體。 (4)噬菌體侵染細(xì)菌的實驗證明了DNA是遺傳物質(zhì),但是沒有證明蛋白質(zhì) 不是遺傳物質(zhì)。,1.不同生物的遺傳物質(zhì)的判斷,2.“兩看法”解答噬菌體侵染細(xì)菌的同位素標(biāo)記問題 典例1 (2014山東師大附中一模,17)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和,赫爾希與蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗都證明了DNA是遺傳物質(zhì)。下列關(guān) 于這兩個實驗的敘述正確的是 ( ) A.二者都應(yīng)用同位素示蹤技術(shù) B.二者的設(shè)計思路都是設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開,研究各自的效應(yīng) C.艾弗里的實驗設(shè)置了對照,赫爾希與蔡斯的實驗沒有對照 D.二者都誘發(fā)了DNA突變 解析 只有噬菌體侵染細(xì)菌實驗應(yīng)用了同位素示蹤技術(shù),A錯誤;兩實驗 最關(guān)鍵的設(shè)計思路都是設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)分開,研究各自的效應(yīng),B正確; 赫爾希與蔡斯的實驗具相互對照,C錯誤;兩實驗都沒有誘發(fā)DNA突變,D錯 誤。,答案 B,1-1 (2014江蘇徐州期中,16)下列關(guān)于科學(xué)家探究“DNA是遺傳物質(zhì)”實 驗的敘述,正確的是 ( ) A.分別給小鼠注射R型活球菌和加熱殺死的S型球菌,小鼠均不死亡 B.用含35S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌,子代噬菌體中也有35S標(biāo)記 C.用煙草花葉病毒核心部分感染煙草,可證明DNA是遺傳物質(zhì) D.用含32P標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌,離心后上清液中具有較強(qiáng)的放射性 答案 A 解析 35S標(biāo)記的是噬菌體的蛋白質(zhì),噬菌體的蛋白質(zhì)外殼不進(jìn)入細(xì)菌,子 代不應(yīng)含有35S標(biāo)記,B錯誤;煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,C錯誤;用含32P 標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌,實驗結(jié)果應(yīng)是沉淀物中具有較強(qiáng)放射性,D錯誤。,1-2 艾弗里將R型肺炎雙球菌培養(yǎng)在含S型細(xì)菌DNA的培養(yǎng)基中,得到了S 型肺炎雙球菌,有關(guān)敘述中正確的是 ( ) A.R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌,說明這種變異是定向的 B.R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌屬于基因重組 C.該實驗不能證明肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA D.將S型細(xì)菌的DNA注射到小鼠體內(nèi)也能產(chǎn)生S型細(xì)菌 答案 B 解析 艾弗里實驗中將S型細(xì)菌中的多糖、蛋白質(zhì)和DNA等提取出來,分 別加入培養(yǎng)R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中,結(jié)果只有加入DNA時,才能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn) 化成S型細(xì)菌,這說明肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA,C錯誤;該實驗的生物,變異屬于基因重組,生物的變異都是不定向的,A錯誤、B正確;將S型細(xì)菌 的DNA注射到小鼠體內(nèi),不能實現(xiàn)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化,D錯誤。,突破二 DNA結(jié)構(gòu)與復(fù)制 1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成過程,2.DNA分子結(jié)構(gòu)模型解讀,圖1,圖2 (1)由圖1可解讀以下信息: 數(shù)量關(guān)系 位置關(guān)系 化學(xué)鍵,(2)圖2是圖1的簡化形式,其中是磷酸二酯鍵,是氫鍵。解旋酶作用于 部位,限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶作用于部位。,1.DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律 (1)在DNA雙鏈中嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相同,即A+G=T+C。 (2)互補(bǔ)堿基之和的比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相同,即若在 一條鏈中 =m,在互補(bǔ)鏈及整個DNA分子中 =m。 (3)非互補(bǔ)堿基之和的比例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù),在整個DNA分子中 為1,即若在DNA一條鏈中 =a,則在其互補(bǔ)鏈中 = ,而在整個 DNA分子中 =1。,2.DNA復(fù)制的有關(guān)計算方法 (1)將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng),復(fù)制n次,則 子代DNA共2n個 脫氧核苷酸鏈共2n+1條 特別提醒 解答此類問題時,應(yīng)看準(zhǔn)“含”還是“只含”,是“DNA分 子數(shù)”還是“脫氧核苷酸鏈數(shù)”。 (2)DNA復(fù)制中消耗的脫氧核苷酸數(shù),若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該 種脫氧核苷酸數(shù)為m(2n-1)。 第n次復(fù)制所需該種脫氧核苷酸數(shù)為m2n-1。 典例2 甲圖中DNA分子有a和d兩條鏈,將甲圖中某一片段放大后如乙圖 所示,結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題:,甲 乙,(1)從甲圖可看出DNA復(fù)制的方式是 。,(2)甲圖中,A和B均是DNA分子復(fù)制過程中所需要的酶,其中B能將單個的 脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈,從而形成子鏈;則A是 酶,B是 酶。 (3)圖甲過程在綠色植物葉肉細(xì)胞中進(jìn)行的場所有 。 (4)乙圖中,7是 。DNA分子的基本骨架由 交替連接而成;DNA分子兩條鏈上的堿基通過 連接成堿基 對,并且遵循 原則。 解題關(guān)鍵,解析 (1)從甲圖可看出DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制。(2)A是解螺旋 的解旋酶,B是形成子代DNA分子的DNA聚合酶。(3)綠色植物葉肉細(xì)胞中 DNA分子復(fù)制的場所有細(xì)胞核、線粒體、葉綠體。(4)乙圖中,7是胸腺嘧 啶脫氧核苷酸。DNA分子的基本骨架由脫氧核糖和磷酸交替連接而成; DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對,并且遵循堿基互補(bǔ)配對 原則。 答案 (1)半保留復(fù)制,(2)解旋 DNA聚合 (3)細(xì)胞核、線粒體、葉綠體 (4)胸腺嘧啶脫氧核苷酸 脫氧核糖和磷酸 氫鍵 堿基互補(bǔ)配對,2-1 下圖是人體細(xì)胞中某DNA片段結(jié)構(gòu)示意圖。有關(guān)敘述正確的是 ( ) A.圖中“X”代表磷酸基,“A”代表腺苷 B.DNA復(fù)制時,圖中 “N” 鍵首先全部斷開,C.DNA轉(zhuǎn)錄時,需要Taq酶、解旋酶等催化 D.DNA聚合酶和DNA連接酶都能催化“M”鍵的形成 答案 D 解析 圖中X為磷酸基,A為腺嘌呤,故選項A錯;DNA復(fù)制時,是邊解旋邊 復(fù)制的,故B錯;Taq酶用于PCR技術(shù)中,DNA轉(zhuǎn)錄時用的酶是RNA聚合酶,故 C錯;圖中M鍵為磷酸二酯鍵,DNA聚合酶和DNA連接酶都能催化磷酸二酯 鍵的形成,故D正確。,2-2 (2014江蘇淮安二模,12)以下是某同學(xué)制作的脫氧核苷酸對模型,其中 正確的是 ( ) 答案 D 解析 選項A中,從五碳糖和磷酸基團(tuán)的形態(tài)和位置可判斷,兩條脫氧核 苷酸鏈不是反向平行的,A錯誤;選項B中,A與T之間的氫鍵應(yīng)該是兩個而不 是三個,B錯誤;選項C中,含氮堿基(C)應(yīng)連接在五碳糖的1號位上(如下圖所 示),且G與C之間有三個氫鍵,C錯誤。,2-3 用15N標(biāo)記含有100個堿基對的DNA分子,其中有胞嘧啶60個,該DNA 分子在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次。其結(jié)果不可能是 ( ) A.含有15N的DNA分子占1/8 B.含有14N的DNA分子占7/8 C.復(fù)制過程中需腺嘌呤脫氧核苷酸600個 D.復(fù)制結(jié)果共產(chǎn)生16個DNA分子 答案 B 解析 DNA復(fù)制為半保留復(fù)制。由題可知,該DNA分子中有腺嘌呤(A)40 個,則復(fù)制過程中需腺嘌呤脫氧核苷酸為40(24-1)=600(個)。該DNA分子 在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次,可形成16個DNA分子,其中含有15N的,DNA分子占1/8,含有14N的DNA分子占100%。,