高中生物：生物的遺傳物質基礎，遺傳物質的基本結構

DNA是主要的遺傳物質

1.?遺傳物質應該具備的特點

A.?在細胞生長和繁殖的過程中能夠精確的復制自己

B.?能夠指導蛋白質的合成從而控制生物的性狀和新陳代謝

C.?具有儲存巨大數量遺傳信息的潛在能力

D.?結構比較穩定。但在特殊情況下又能發生突變，而且突變以后又能繼續復制，并遺傳給后代。

有絲分裂、減數分裂染色體變化——染色體在遺傳中的重要作用

2.?肺炎雙球菌感染實驗

時間：?1928年?????地點：英國?????人物：格里菲思

材料：小白鼠、肺炎雙球菌（S、R兩種類型）

目的：觀察肺炎雙球菌的轉化

A.?肺炎雙球菌的類別：

菌落??????莢膜???????????毒性????????致病力

R型??????粗糙?????無莢膜??????????無毒???????不致病

S型??????光滑?????多糖成分莢膜????有毒?????人肺炎、小鼠敗血癥

B.?實驗過程

a.?無毒R型活細菌注射到小鼠體內????????????????不死亡

b.?有毒的S型活細菌注射到小鼠體內??????????????患敗血癥死亡

c.?將加熱殺死后的S型細菌注射到小鼠體內????????不死亡

d.?將無毒型的R型活細菌與加熱殺死后的S型

細菌混合后注射到小鼠體內????????????????????患敗血癥死亡

現象說明：?從第四組的實驗鼠中能分離出有毒的S型的活細菌，這表明無毒的R型活細菌在與被加熱殺死的S型細菌混合后，轉化成有毒的S型活細菌。

實驗延伸：轉化成S型細菌經培養的后代也是有毒的，該性狀是可以遺傳的。

結論：第四組實驗中，已經被加熱殺死的S型細菌中，必然含有某種促成這一轉化的活性物質——“轉化因子”

1944年???美國科學家?????艾弗里????????轉化試驗

現象：只有DNA，才能使R型細菌轉化為S型細菌，DNA純度越高，轉化就越有效。如果用DNA酶處理從S型活細菌中提取出的DNA，使其分解，就不能使R型細菌發生轉化

結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質，DNA是遺傳物質。

3.?噬菌體侵染細菌實驗

A.?菌體的結構生理特點

①?是一種專門寄生在細菌體內的病毒

②?侵染細菌后，就會利用細菌內部的物質合成自身蛋白質成分

③?指導物質合成的是噬菌體的遺傳物質

B.?實驗設計

①?實驗材料

用放射性同位素35S標記一部分噬菌體的蛋白質

用放射性同位素32P標記另一部分噬菌體的DNA

②?實驗過程

用被標記的噬菌體分別侵染細菌，使其大量繁殖

③?實驗觀察及結論

親代噬菌體	寄主細胞內	子代噬菌體	實驗結論
32P標記DNA	有35P標記DNA	DNA中有35P	?DNA分子具有連續性，是遺傳物質
35S標記蛋白質	無35S標記蛋白質	外殼蛋白質無35S標記

子代噬菌體的各種性狀是通過親代的DNA遺傳給后代的，DNA是遺傳物質。

所有的生命現現象通過蛋白質表現出來，但是蛋白質合成是通過遺傳信息來控制的。

4.?結論

絕大多數的生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA（少數的RNA病毒）

5. DNA的結構和復制：

<1> DNA分子的結構

A.?組成

元素：C、H、O、N、P

單體：核苷酸（脫氧核糖核苷酸）

B.?空間結構

（1）單鏈結構：

很多核苷酸通過彼此脫水縮合形成長的核苷酸鏈

脫水位置：一核苷酸的磷酸和另一核苷酸的脫氧核糖間縮合

結構：

（2）雙鏈結構：

雙鏈結構：兩條單鏈結構的核苷酸鏈在含氮堿基堿間形成氫鍵作用，彼此結合，然后扭曲螺旋形成相對穩定的空間結構即雙螺旋結構

DNA分子的立體結構：

①?是規則的雙螺旋結構

②?結構特點：

DNA分子是由兩條鏈組成，兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構

DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側

DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對有一定的規律

③?空間結構：

發現：1953年，美國的沃森、英國的克里克共同提出、構建DNA模型

結構：

C.?堿基互補配對原則

D. DNA分子中的堿基配對時遵循互補配對原則：

DNA分子的多樣性組成DNA分子的堿基只有四種，但堿基對的排列順序千變萬化構成了DNA分子的多樣性

生物體內，一個最短的DNA分子有4000個堿基對

其排列順序方式有：44000種

堿基對的特定的排列順序，構成了每個DNA分子的特異性

堿基對的排列順序就代表了遺傳信息

DNA分子能夠儲存大量的遺傳信息，從分子水平說明了生物體具有多樣性和特異性

<2> DNA分子的復制

A. DNA分子結構的意義：

i.?能儲存大量的遺傳信息，能夠傳遞遺傳信息

ii.?雙螺旋結構為復制提供了精確的模板

iii.?堿基互補配對原則保證了復制的準確進行

B.?遺傳信息的傳遞方式：DNA分子的復制完成

C. DNA分子的復制：

概念：以親代DNA分子為模板，合成子代DNA的過程

時間：細胞有絲分裂的間期和減數分裂的間期，隨染色體的復制而完成

基本條件：

（1）模板????以原來的DNA單鏈為模板

（2）原料????四種脫氧核苷酸

（3）酶??????合成酶系統

（4）能量????高能磷酸鍵提供，用于解旋、合成

復制過程：

a.?開始：解旋

b.?進行：以母鏈為模板進行復制

c.?結束：形成兩個新的DNA分子

概念：

半保留復制：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子的一條鏈，這種復制稱之為半保留復制

D. DNA復制的意義

使遺傳信息從子代，保證了遺傳信息的連續性

6.?基因

A.?基因概念的提出：

a. 19世紀60年代????孟德爾????遺傳因子?????邏輯推理產物

生物的性狀由遺傳因子控制

遺傳因子在體細胞成對存在

配子中只有這一對遺傳因子中的一個

配子結合后，合子遺傳因子恢復成對

b. 20世紀初?????????摩爾根????基因存在?????果蠅實驗證實

基因存在于染色體上，并且呈直線排列

染色體是基因的載體

基因是染色體上的遺傳單位

基因是遺傳物質在上下代間傳遞的基本單位，是功能上的獨立單位

基因是決定生物性狀的基本單位

c. 20世紀50年代????沃森等????NDA結構?????基因的化學組成

基因是具有遺傳效應的DNA片斷

基因是DNA上的脫氧核苷酸順序（堿基排列順序）

遺傳信息來自堿基對的排列順序

B.?基因的實質：

具有遺傳效應的DNA分子片斷

是DNA?分子上具有特定功能的核苷酸序列

DNA分子中有許多堿基序列不含遺傳信息，具調節作用和穩定染色體作用

C.?基因的復制和表達

基因的表達：通過DNA控制蛋白質的合成實現

基因的復制：通過DNA的分子復制實現，將遺傳信息傳遞給下一代

DNADNA

7.?基因控制蛋白質的合成

D.?場所

真核生物：轉錄在細胞核內完成、翻譯在細胞質中完成

線粒體、葉綠體：各自相對有獨立的遺傳系統和蛋白質表達系統，轉錄和翻譯在細胞器內部完成

原核生物：基因的表達在細胞質中完成，轉錄和翻譯同時進行

E.?過程

a.?轉錄：

場所：細胞核內

概念：以DNA為模板，按堿基互補配對原則，合成RNA的過程

條件：

模板??——??DNA單鏈?：一條DNA單鏈為模板（反義鏈），轉錄形成序列與其互補鏈相同（有義鏈）

原料??——??核糖核苷酸：四種核糖核苷三磷酸，原料在細胞質中合成，通過核孔運輸到細胞核中起作用

酶????——??RNA聚合酶系等：包括解旋酶、聚合酶

能量??——??核苷三磷酸：高能磷酸鍵

原則：堿基互補配對原則

RNA只有單鏈結構，堿基組成與DNA不同

RNA中沒有T，只有U，在合成RNA時，以U代替T與A配對，將遺傳信息轉移到RNA上，這種RNA叫做信使RNA（簡寫mRNA）

A與U?配對???兩個氫鍵

G與C配對????三個氫鍵

過程：

起始???延伸???終止

①?DNA部分雙鏈解螺旋，形成單鏈結構

②?酶與其中一條DNA單鏈結合，以單鏈為模板合成RNA

③?利用環境中的原料合成信使RNA，同時解旋部分沿雙鏈移動，mRNA不斷合成延長，信息轉移到信息RNA中。

④?RNA合成后脫離母板，通過核孔出細胞核進入細胞質；DNA形成雙鏈結構，恢復成雙螺旋結構。

產物：

信使RNA??????攜帶信息，能指導合成蛋白質（半衰期短）

轉運RNA??????攜帶氨基酸，參與合成多肽（含量相對穩定）

核糖體RNA????核糖體的結構成分（含量相對穩定）

b.?翻譯

場所：細胞質

概念：以信使RNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程

條件：

模板：信使RNA

能量：ATP，供合成多太鏈所用

原料：氨基酸（組成蛋白質的20種氨基酸）

酶：蛋白質合成酶系

轉運RNA：攜帶氨基酸，識別密碼子，將遺傳信息轉換成氨基酸排列順序

核糖體：多肽合成場所，能與信使RNA結合，完成合成多肽

過程：

①?使RNA在細胞核內成熟，從核孔進入細胞質，核糖體與信使RNA起始端結合

②?轉運RNA攜帶氨基酸，通過反密碼子與信使RNA上的密碼子配對，決定正確的氨基酸順序

③?氨基酸放在正確的位置，tRNA離開核糖體，去轉運下一個氨基酸，新轉來的氨基酸通過肽鍵連接到上一個氨基酸上

④?第二個氨基酸移動到第一個氨基酸位置，核糖體在mRNA上移動三個堿基對位置，接受下一個tRNA與氨基酸的復合體

⑤?核糖體每次能容納兩個氨基酸，按密碼子順序，沿信使RNA合成多肽，直到遇到終止密碼子，核糖體從mRNA上脫落

⑥?合成的多肽經過一定的盤曲折疊，形成有一定氨基酸順序的，有一定空間結構的，具有生物功能的蛋白質

c.?密碼子：信使RNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基成為1個密碼子

4種堿基共能形成密碼子為：?43=64種

決定氨基酸的密碼子為：?????61種

終止密碼子為：?????????????3種???（UGA??UAG??UAA）

特點：

①?密碼子具有通用性：不同的生物密碼子基本相同，即共用一套密碼子。

②?密碼子不重疊：兩個密碼子間沒有標點符號，讀碼必須按照一定的讀碼框架，從正確的起點開始，一個不漏地一直讀到終止信號。

③?密碼子具有簡并性：大多數的氨基酸都可以具有幾組不同的密碼子

④?密碼子具有一定的方向性：在核酸鏈上按照一定方向進行讀碼

⑤?密碼子具有一定的擺動性：三聯體密碼子的第一位堿基決定了氨基酸的種類，第三位密碼子的擺動性最大，允許生物的堿基對發生一定改變但是不影響生物的性狀

8.?核糖體：氨基酸合成多肽的場所（葉綠體、線粒體都有各自的核糖體）

①?核糖體能與mRNA結合

②?有兩個位點能接受兩個??tRNA轉運來的氨基酸

③?核糖體內的酶能催化氨基酸間形成肽鍵

④?每形成一個肽鍵，沿信使RNA移動三個堿基

⑤?遇到終止密碼時，核糖體自

動脫落，大小亞基分離

d.?轉運氨基酸（tRNA）：

①?是運載氨基酸的工具，也是一種RNA，簡寫tRNA

②?能識別并轉運一種氨基酸

③?一端是攜帶氨基酸的部位，另一端三個堿基

④?每個tRNA的3個堿基只能專一與mRNA上的密碼子配對，稱為反密碼子

8.?中心法則及其發展

信息流：遺傳學上，將遺傳信息的流動方向稱為信息流

中心法則：克里克提出

內容：

遺傳信息可從DNA流向DNA?———?DNA的自我復制

遺傳信息可從DNA流向RNA???———?轉錄過程???????????????????細胞生物

遺傳信息可從RNA流向蛋白質??———?翻譯過程

遺傳信息可從RNA流向DNA???———?逆轉錄過程????（病毒中出現）

遺傳信息可從RNA流向RNA???———?RNA的自我復制（病毒中出現）

9.?基因對性狀的控制

基因對性狀的控制方式：

F.?控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀

如：

若基因不正常，缺乏酪氨酸酶，就不能合成黑色素：白化病

G.?控制蛋白質分子的結構直接影響性狀

如：

鐮刀貧血細胞病：血紅細胞分子結構不正常，由基因缺陷導致