遗传的分子基础课件.ppt

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1、遗传的分子基础,核酸是遗传物质的证据,DNA是主要的遗传物质,噬菌体侵染细菌实验,肺炎双球菌的转化实验,对遗传物质的早期推断,基因的本质,基因是有遗传效应的核酸分子片段,DNA分子的结构,DNA的复制,遗传信息的转录和翻译,对DNA复制的推测,DNA的复制过程,转录（DNA mRNA),翻译（mRNA 蛋白质),场所,产物,模板,知识网络,一、核酸是遗传物质的证据,练习：下列有关DNA是生物的主要遗传物质的叙述，正确的是（）A、所有生物的遗传物质都是DNA B、真核生物、原核生物、大部分病毒的遗传物质是DNA，少部分病毒的遗传物质是RNAC、动物、植物、真菌的遗传物质是DNA，除此以外的其他生

2、物的遗传物质都是RNA D、真核生物、原核生物的遗传物质是DNA，其他生物的遗传物质是RNA,B,凡是有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA？,核酸是所有生物的遗传物质，其中DNA是主要的遗传物质？,生物的遗传物质,真核生物,主要载体：,染色体,(DNA+蛋白质),次要载体：,线粒体、叶绿体,原核生物：,DNA,(无染色体),DNA病毒：,只含DNA,病 毒,RNA病毒：,只含RNA,(DNA),病毒的遗传物质是：A.DNA B.RNA C.DNA和RNA D.DNA或RNA,4,噬菌体侵染细菌,肺炎双球菌转化,烟草花叶病毒的感染和重建,描述下列实验结论,DNA是遗传物质,DNA是遗传物质，而蛋

3、白质不是,DNA是主要的遗传物质RNA病毒中，RNA是遗传物质。,1、噬菌体侵染细菌为什么选择噬菌体作为实验材料？,讨论下列问题：、噬菌体如何繁殖？、如何得到32P标记的噬菌体和35S标记的噬菌体,实验的方法、过程、结果,过程：,方法：同位素示踪法,用35S或32P标记的T2噬菌体分别侵入未被标记大肠杆菌,搅拌、离心放射性检测,用含32P的培养基培养大肠杆菌,含35S的细菌,标记细菌:,用含35S的培养基培养大肠杆菌,含32P的细菌,标记噬菌体,第一组实验：用35s标记噬菌体后侵染细菌,35S标记噬菌体,+细菌,搅拌,离心,上层：放射性高沉淀：放射性低,细菌内无放射性,一定时间保温,搅拌的作用

4、？离心的作用？沉淀物中为什么会存在少量放射性？,可能是搅拌不充分所致,第二组实验：用32p标记噬菌体后侵染细菌,细菌内有放射性,32P标记噬菌体,+细菌,搅拌,离心,上层：放射性低沉淀：放射性高,一定时间保温,上层液中为什么存在少量放射性？,可能是保温时间过短或过长所致,检测到的实验结果：,第一组 实验,第二组实验,亲代噬菌体,35 S标记蛋白质,32 P标记DNA,寄主细胞,无35S标记蛋白质,无32P标记DNA,子代噬菌体,外壳蛋白质无35S,DNA有32P标记,实验结论,DNA分子具有连续性，是遗传物质,练习、在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染细菌的实验。下列有关叙述

5、正确的是()A该实验证明了DNA是主要的遗传物质B不能用32P、35S标记同一组T2噬菌体的DNA和蛋白质CT2噬菌体在细菌中增殖时，需要利用RNA聚合酶、逆转录酶等D用35S标记的T2噬菌体侵染细菌、经离心处理，若沉淀物的放射性较高，可能原因是培养时间过长或过短,B,练习2、有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是(),D,2、肺炎双球菌转化实验,（1）肺炎双球菌的种类,是人类肺炎和小鼠败血症的病原体,（2）格里菲思的体内转化实验,实验过程,R型活细菌,S型活细菌,加热后

6、杀死的S型细菌,R型活细菌,加热后杀死的S型细菌,注射,混合注射,注射,注射,小 鼠,分离出S型活细菌,分离出S型活细菌,S菌中有一种“转化因子”使R菌转化为S菌。,格里菲思用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果()A.证明了DNA是遗传物质B.证明了RNA是遗传物质C.证明了蛋白质是遗传物质D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质,D,知识拓展：肺炎双球菌转化的原理与基因工程相似。尝试讨论这个转化原理是什么？转化过程？,转化因子本质上是含有基因的一个DNA片段，而非型细菌中全部DNA，转化过程类似于基因工程中，将目的基因导入受体细胞，并将该DNA片段整合到型细菌的DNA上得以表达

7、。只是这一过程是在自然条件下发生。,这种变异属于基因重组,含有控制荚膜形成的S基因,S型细菌,R型细菌,（3）艾弗里的体外转化实验,过程及结果,S型活细菌,分别与R型活细菌混合培养,多糖,脂质,蛋白质,RNA,DNA,DNA+DNA酶,R,R,R,R,R,R,R,S,S,S型菌中的转化因子是S型菌的DNA，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质,练习：艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知(),A.不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子B说明S型菌的荚膜多糖有酶活性C和说明S型菌的DNA是转化因子D说明DNA是主要的遗传物质,C,艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与

8、蔡斯的噬菌体侵染细菌试验都证明了DNA是遗传物质。这两个实验在设计思路上的共同点是（）A、重组DNA片段，研究其表型效应B、诱发DNA突变，研究其表型效应C、设法把DNA与蛋白质分开，研究各自的效应D、应用同位素示踪技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递,C,（3）烟草花叶病毒感染烟草的实验,烟草花叶病毒,烟草花叶病毒的RNA,烟草花叶病毒的蛋白质,正常烟草,正常烟草,正常烟草,被感染,感染,感染,感染,被感染,不被感染,产生花叶病（对照组）,产生花叶病（实验组）,不产生花叶病（实验组）,RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质。,3、RNA是遗传物质的实验证据,练习：

9、某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA，重新组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出预测，见表。其中预测正确的是(),B,A1、3 B1、4 C2、3 D2、4,二、DNA的分子结构和特点,DNA是生物主要的遗传物质，对其结构的掌握有助于对DNA的功能特点有更好的认识。本考点的内容包括：对DNA分子结构特点的掌握（识记）；比较DNA与RNA的区别和联系；DNA碱基的有关计算等。其中有关计算方面的内容是难点。,脱氧核苷,基本单位,A 腺嘌呤,一、DNA的分子结构,脱氧核苷酸,磷酸,脱氧核糖,含N碱基,G 鸟嘌呤,C 胞嘧啶,T 胸腺嘧啶,应根据碱基命名分别

10、为：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。,病毒体内有几种核苷酸？细菌体内有几种核苷酸？人体内有几种核苷酸？,以上我们提到了一系列在称谓上非常相近的生物学名词：脱氧核糖核酸、脱氧核糖、脱氧核苷酸和脱氧核苷，这些名词往往是同学容易混淆，但又是必须严格区分的名词。,练习：1、在下列生物学名词中指出哪一个是遗传物质（）A、脱氧核苷 B、脱氧核糖C、脱氧核糖核酸 D、脱氧核苷酸 请用生物示意图表示脱氧核糖核酸、脱氧核糖、脱氧核苷酸和脱氧核苷这几个名词间的关系。,C,脱氧核苷酸,脱氧核糖核酸,脱氧核苷,脱氧核糖,包含的关系,练习：2、组成DNA结构的基本成分是（）核糖

11、 脱氧核糖 磷酸 腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶胸腺嘧啶 尿嘌呤A、B、C、D、,脱氧核糖的结构简式,脱氧核糖的l号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分了相连。,1、脱氧核苷酸分子中，三个小分子之间如何连接？,（1）首先要了解,注：,表示一分子磷酸,表示一分子脱氧核糖,表示含氮碱基,（2）其次要了解三个小分子之间如何连接？,脱氧核苷酸分子相互连接的方式是一个脱氧核苷酸上的磷酸基团，连在另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖上，这样通过许多脱氧核苷酸以磷酸二酯键形式的聚合作用，形成多脱氧核苷酸长链。每条脱氧核苷酸链，都是由成百上千脱氧核苷酸构成。,T,C,G,A,C,T,在这条多脱氧核苷酸的长链上脱氧核苷酸有几

12、种排列方式？,46,2、脱氧核苷酸分子如何相互连接？,4n,（1）由两条相反方向(3/5/和 5/3/)平行的脱氧核苷酸长链，,二、DNA分子结构的主要特点,注：A T G C,3/5/走向,5/3/走向,在配对的碱基之间以氢键相连，碱基之间的配对方式有两种，即A一定与T配对，G一定与C配对。A与T之间形成两条氢键G与C之间形成三条氢键。,1、DNA的每个脱氧核糖上均连接一个磷酸和一个碱基,2、一条双链DNA上有几个游离的磷酸基团？,4、两条脱氧核苷酸链上的碱基以什么相连接？,3、一条脱氧核苷酸链上2个相邻碱基以什么相连？,5、若该DNA有200个碱基，则该碱基的排列方式最多有多少种？,（2）

13、DNA分子的两条链按照反向平行方式向右盘绕成双螺旋结构，外侧由脱氧核糖和磷酸的交替连接构成骨架，内侧是碱基对。,（3）DNA分子中形成碱基对时，按严格的碱基互补配对原则配对，因此我们可作如下推论：,1、一个双链DNA中 A=T C=G A+C=T+G A+G=T+C A+T=C+G,2、有甲、乙二个DNA分子，已知甲的一条链上（A+G）/（T+C）=a，甲的另一条链上(A+G)/(T+C)=甲中（A+G）/（T+C）=乙的一条链上(A+T)/(G+C)=a，乙的另一条链上(A+T)/(G+C)=乙中(A+T)/(G+C)=,1a,1,a,a,(4)DNA分子的特性,控制某一特定性状的DNA分子

14、中的碱基排列顺序是稳定不变的，每个特定的DNA分子这种特定的碱基排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。,DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。一是基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变；二是空间结构一般都是右旋的双螺旋结构。,DNA分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的。n个碱基对可以构成4n种DNA分子。如果一个DNA分子中有1000个碱基对，那么它的排列顺序就41000。,稳定性,特异性,多样性,DNA分子多样性和差异性表现在碱基的排列顺序千变万化上，而不是核苷酸和碱基的种类或数目。若一个DNA分子有1000个碱基，则由此组成的DNA分子共

15、有4500，不同类型的生物或同种生物不同个体之间，因差异性的存在，在实践上可用于亲子鉴定、侦察罪犯、辨认尸体、确定不同生物之间的亲缘关系等方面。,(5)几点说明：,从碱基对比例的角度看，决定DNA分子特异性的是AT/GC。,AT间有两个氢键，GC间有三个氢键，GC的比例越高，DNA分子越稳定。,DNA分子中，脱氧核苷酸的数目脱氧核糖的数目含氮碱基的数目磷酸的数目,n个核苷酸形成DNA双链时脱去(n2)个水，在形成单链RNA时，脱去(n1)个水。,（三）、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸间的关系：,染色体,脱氧核苷酸是DNA(基因)的基本组成单位，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，每个基因

16、中含有许多个脱氧核苷酸。,基因是有遗传效应的DNA（核酸分子）片段，每个DNA分子含有很多个基因；基因在染色体上呈线性排列，基因是决定生物性状的基本单位。,染色体是DNA分子的主要载体，一般情况下每条染色体上有1个DNA分子。,脱氧核苷酸,基因,DNA,（基因也是有遗传效应的RNA片段）,双螺旋结构,单链结构,脱氧核苷酸,核糖核苷酸,磷酸,磷酸,脱氧核糖,核糖,A、G、C、T,A、G、C、U,DNA与RNA的比较,主要在细胞核,细胞质,核糖体RNA rRNA,转运RNA tRNA,信使RNA mRNA,1、遗传信息的传递-DNA分子复制,有丝分裂间期或减数分裂间期,主要在细胞核，少数在线粒体、

17、叶绿体中,解开的两条脱氧核苷酸链,分配到两个子代DNA分子中,四种游离的脱氧核苷酸,ATP、GTP、CTP、TTP,DNA聚合酶、解旋酶等,子代DNA分子,边解旋边复制、半保留复制、有多个起点,（1）DNA不论复制多少次，产生的子代DNA分子中，含母链的 DNA分子数总是个，含母链也总是条。,（2）复制n代产生的子代DNA分子数为2n，产生的的子代DNA单链为2n，子代DNA分子所含的亲代DNA链占子代DNA中脱氧核苷酸链的比例为1/2n,（3）一定数量的碱基对所能构成的DNA分子种类数或所携带的遗传信息的种类数=4n（n为碱基对数）,与复制有关的计算规律,科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位

18、素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。,请分析并回答：（1）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过_代培养，且培养液中的_是唯一氮源。（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第_组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第_组和第_组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是。,多代,3,1,2,半保留复制,15NH4CL,（3）分析讨论：若子I代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制。若将子I代DNA双链分开后再离心，其结果是_（选填“能”或“不能”）判断

19、DNA的复制方式。若在同等条件下将子II代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置是_，放射性强度发生变化的是_带。若某次实验的结果中，子I代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为_.,B,半保留,不能,没有变化,轻,15N,四、遗传信息的转录和翻译,遗传信息的转录和翻译（基因的表达），过程比较微观、抽象和复杂，属于难点内容，考查的侧重点在于对转录和翻译过程的比较和理解，包括：场所、时期、所需条件、产物和相关计算（难点）等。,转录、翻译与DNA复制的比较,()转录：是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA

20、的过程，转录是在细胞核中进行的。经过转录将基因中信息链上的遗传信息(遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，即基因中碱基的排列顺序。)转化成信使RNA（mRNA）上的遗传密码。遗传密码是指m上三个相邻碱基的排列顺序。,1、基因指导蛋白质合成的过程-通过转录和翻译的过程,以其中的一条链作为模板.,RNA聚合酶结合到单链DNA上，下方的四种RNA核苷酸一个一个添加上去。,RNA聚合酶将RNA核苷酸连接起来，以碱基互补配对为原则。,RNA聚合酶沿着DNA移动。,RNA聚合酶沿着DNA移动。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,RNA核苷酸

21、一个一个连接起来。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,RNA核苷酸一个一个连接起来。,细胞质,信使RNA（mRNA）通过核孔从细胞核中出来，到细胞质中.,细胞核,核孔,（）翻译：是指以mRNA为模板，以tRNA为运载工具在细胞质（核糖体）合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程,tRNA结构示意图,核糖体结构示意图,结合氨基酸的部位,反密码子,mRNA,转录、翻译与DNA复制的比较,核糖体,转运RNA上的反密码子与信使RNA上的密码子相结合。,转运RNA上的反密码子与信使RNA上的密码子相结合。,两个相邻的氨基酸缩合反应，形成肽键。,肽键,甲硫氨酸,核糖体 沿着 mR

22、NA移动。又一个转运RNA（tRNA）连接到密码子上。第一个 tRNA 释放到细胞质中。,甲硫氨酸,后一氨基酸通过缩合反应与前一个氨基酸连接起来。,甲硫氨酸,天门冬氨酸,一条肽链形成.,甲硫氨酸,天门冬氨酸,异亮氨酸,mRNA 和肽链被释放到细胞质中。,一个mRNA上有多个核糖体同时工作，大大提高了翻译的效率,（2）密码子：mRNA上每三个相邻的碱基决定一种氨基酸，这三个相邻的碱基称为密码子。代表氨基酸的密码子共61种，还有三种组合（UAA、UAG、UGA）不代表任何氨基酸，是终止密码。另有两个有意义的密码子是特殊的起始密码子。61个密码子与20种氨基酸之间不是平均分配的，有些氨基酸有几个密码

23、子，如亮氨酸有六个密码子，不同密码子决定同一个氨基酸称遗传密码的简并，而甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子。科学家的研究结果表明，遗传密码在所有的生物中是通用的，这说明地球上所有的生物都是由共同的祖先进化而来的。,1、遗传信息、密码子和反密码子,（1）遗传信息：指基因（或DNA）中控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序，它间接决定氨基酸的排列顺序。,（3）反密码子：指 tRNA分子上与 mRNA分子中的密码子互补配对的三个碱基，有61种。反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基排列顺序相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U。,2、归纳总结,根据转录和翻译过程填充：,C,A,C,G,T,G

24、,C,A,C,G,U,遗传信息、密码子和反密码子的作用,基因中的碱基、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系,6n,3n,n-m,n-m,3、DNA（基因）、mRNA上碱基数与氨基酸数量之间的关系,（2）翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数(指双链)、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6：3：1。,提醒：因为DNA（基因）、mRNA上有一些碱基不编码氨基酸（如mRNA 上终止密码等），所以实际上编码n个氨基酸，mRNA上所需的碱基数目大于3n，基因上所需的

25、碱基数目大于6n，故一般题干中求氨基酸数有“最多”、求碱基数有“至少”等字样。,（1）转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此，转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的l2。,练习：1、某基因有1200个碱基，则由它控制合成的蛋白质氨基酸的数目是（）个、100、200、300、400,B,基因,性状,信息流,遗传学上把遗传信息的流动方向叫做信息流。,3、在基因与性状之间遗传信息的传递方向是,因此基因有两大功能是：（1）通过复制把遗传信息传递给下一代。,（2）在后代的个体发育中，使遗传信息以一定的方式（转录和翻译）反应到蛋白质分子的结构上，从而使后代表现出与前

26、代相似的性状。,信息流的方向可以用科学家克里克提出的“中心法则”来表示。,“中心法则”是指遗传信息从DNA流向DNA的复制过程，也可以是从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的转录和翻译过程。但遗传信息不能从蛋白质传递到蛋白质，也不能从蛋白质流向DNA或RNA。,图解：,DNA,RNA,蛋白质,复制,转录,翻译,4、中心法则,（1）图解：,DNA,mRNA,蛋白质,复制,复制,翻译,转录,逆转录,对中心法则的补充,由于在某些致癌病毒中存在着逆转录酶,能够以RNA为模板,逆转录成DNA,在RNA病毒中,RNA能够自我复制,所以补充后的中心法则可用下图表示。,DNA（基因）,转录,mRNA,翻译,蛋白

27、质（表现出性状）,脱氧核苷酸序列,核糖核苷酸序列,氨基酸序列,遗传信息,遗传密码,细胞核内进行转录,细胞质内进行翻译,决定,决定,决定,决定,3、对基因表达过程的理解,练习：美国哈佛大学医学院的科学家们研制了一化学干扰技术，有望使人体的致病基因“沉默下来”这项干扰技术很可能是干扰了细胞内的（）A、ATP的分解过程B、某信使RNA的合成过程C、许多DNA的复制过程D、蛋白质代谢过程中的转氨基作用,解析：化学干扰技术使致病基因“沉默下来”有可能是干扰了基因的表达，即可能干扰了细胞内某信使RNA的合成过程。,B,多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列

28、称为一个内含子。这类基因经转录、加工形成的mRNA中只含有编码蛋白质的序列。某同学为检测某基因中是否存在内含子，进行了下面的实验：,请回答：（1）图中凸环形成的原因是，说明该基因有 个内含子。（2）如果现将步骤所获得的mRNA逆转录得到DNA单链，然后该DNA单链与步骤中的单链DNA之一按照碱基配对原则形成双链分子，理论上也能观察到凸环，其原因是逆转录得到的DNA单链中不含有 序列。（3）DNA与mRNA形成的双链分子中碱基配对类型有 种，分别是。,步骤：获取该基因的双链DNA片段及其mRNA；步骤：加热DNA双链使之成为单链，并与步骤所获得的mRNA按照碱基配对原则形成双链分子；步骤：制片、染色、电镜观察，可观察到图中结果。,变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环,DNA中有内含子序列，mRNA中没有其对应序列，,7,内含子,3,AU TA CG,