1、第16讲 核酸是遗传物质的证据、DNA的分子结构和特点,知识1 核酸是遗传物质的证据,知识2 DNA的分子结构和特点,知识梳理,考点一 肺炎双球菌转化实验,考点二 DNA分子的结构和特点,考点突破,知识1 核酸是遗传物质的证据 一、染色体的组成和功能,教材研读,二、肺炎双球菌的转化实验,1.格里菲思的活体细菌转化实验(体内转化) (1)实验材料:S型和R型肺炎双球菌、小鼠。,(2)实验过程及结果:,(3)结论:加热杀死的S型细菌中含有能把某些R型菌转化为S型菌的 转化因子 。,2.埃弗里的离体细菌转化实验(体外转化) (1)实验材料:S型和R型细菌、培养基。 (2)实验目的:探究S型细菌中的“
2、转化因子”是DNA还是蛋白质或多 糖? (3)实验过程及结果:,(4)结论:S型细菌 DNA 是使R型细菌产生稳定遗传变异的物质,即 DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质。,三、噬菌体侵染细菌的实验 1.实验材料:噬菌体和大肠杆菌等。 (1)噬菌体的结构,(2)噬菌体的复制式增殖,2.实验方法: 放射性同位素标记 法。,3.实验过程及结果 (1)标记噬菌体,(2)噬菌体侵染细菌:,4.实验结果分析 (1)噬菌体侵染细菌时, DNA 进入细菌细胞中,而 蛋白质 外 壳留在外面。 (2)子代噬菌体的各种性状是通过 亲代DNA 来遗传的。,5.结论: DNA 是遗传物质。,四、RNA是某些病毒的遗
3、传物质的相关实验,1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 (1)实验过程及现象:,(2)结论: 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。,2.病毒重建及其对烟草叶细胞的感染 (1)实验过程及结果:,(2)结果分析与结论: 重组病毒所繁殖的病毒类型取决于 提供RNA 的病毒类型。,3.人类的探索结论: DNA 是主要的遗传物质,因为实验证明 绝大多数 生物的遗传物质是DNA,只有少部分生物的遗传物质是 RNA。,知识2 DNA的分子结构和特点 一、DNA的分子结构,1.基本单位, 磷酸 ; 脱氧核糖 ; 碱基 (包括A、T、C、G四种); 脱氧核苷酸 (有4种)
4、。,2.空间结构:双螺旋结构模型。 (1)由 两 条脱氧核苷酸链组成,以 反向平行 方式盘旋成双 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.碱基配对规律: A T ; (碱基互补配对原则)。,二、DNA分子的特点 (1) 多样 性,n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (2) 特异 性,如每个DNA分子都有特定的碱基对排列顺序。 (3) 稳定 性,如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱 基对构成方式不变等。,1.(2017浙江4月选考,20,2分)肺炎双球菌转化实验的部分过程如图所 示。下列叙述正确的是 (
5、 D ),A.S型肺炎双球菌的菌落为粗糙的,R型肺炎双球菌的菌落为光滑的 B.S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型菌的小鼠仍存活 C.从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无R型菌 D.该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的,解析 S型肺炎双球菌的菌落比较光滑,R型肺炎双球菌的菌落比较 粗糙,A错误;S型菌的蛋白质经加热失活导致其失去致病能力,小鼠存 活,B错误;S型菌的转化因子不能将所有的R型菌转化为S型菌,故从病死 小鼠体内能同时分离出两种菌,C错误;该实验只能说明S型菌存在某种 转化因子,但并不能证明该转化因子就是DNA,D正确。,2.(2016浙江1
6、0月选考,11,2分)用R型和S型肺炎双球菌进行实验,其过程 和结果如图所示。据图分析可知 ( ),A.RNA是转化因子 B.荚膜多糖具有生物活性 C.DNA是转化因子 D.DNA是主要的遗传物质 答案 C,解析 据图分析可知,只有S型菌的DNA与R型菌混合培养,才能得 到S型菌,说明S型菌的DNA才是使R型菌转化为S型菌的转化因子。,3.赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的含细菌的培养液混合,一 段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述不 正确的是 ( B ) A.32P集中在沉淀物中,上清液中也不排除有少量放射性 B.如果离心前混合时间过长,会导致上清液中放射性降
7、低 C.本实验的目的是单独研究DNA在遗传中的作用 D.本实验说明了DNA在亲子代之间传递具有连续性,解析 用32P标记T2噬菌体的DNA,与无标记的细菌培养液混合,一段 时间后经过搅拌、离心,32P主要集中在沉淀物中,也可能有少量噬菌体 未侵入细菌中,导致上清液中有少量放射性,故A正确;如果离心前混合 时间过长,子代噬菌体从大肠杆菌体内释放,会导致上清液中放射性升 高,故B错误;在噬菌体侵染细菌的过程中,噬菌体只将自身的DNA注入 细菌内,而蛋白质外壳留在外面,故C正确;噬菌体DNA注入细菌内,会产 生许多同样的子代噬菌体,说明DNA在亲子代之间传递具有连续性,故 D正确。,4.科学家从烟草
8、花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染 植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见表)中,不可能出现的结果 是 ( ),A.实验 B.实验 C.实验 D.实验,答案 C 解析 烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,所以由RNA控制其性状。 中的组合病毒感染植物后,病斑类型是b型,应分离出b型病毒。,5.(2017浙江11月选考,20,2分)某真核生物DNA片段的结构示意图如 下。下列叙述正确的是 ( D ) A.的形成需要DNA聚合酶催化 B.表示腺嘌呤脱氧核苷 C.的形成只能发生在细胞核 D.若链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%,解析 氢键的形成不需要DNA聚合酶催化,A错
9、误;表示腺嘌 呤,B错误;磷酸二酯键的形成可发生在细胞核或者线粒体和叶绿体,C 错误;若链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%,D正确。,6.DNA分子具有多样性和特异性是由于 ( D ) A.DNA分子是高分子化合物,相对分子质量大 B.DNA分子中碱基数目很多,能形成很多氢键 C.DNA分子中两条链上的脱氧核糖和磷酸之间的排列顺序变化多端 D.DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化,但在特定的DNA分子中碱 基对排列顺序不变,解析 DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化,构成了DNA分子 的多样性,而特定的碱基对排列顺序又构成了特定的DNA分子。,7.(2017浙江11月选考,17,2分
10、)噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗 传物质。下列关于该实验的叙述,正确的是 ( D ) A.噬菌体内可以合成mRNA B.搅拌的目的是使噬菌体与细菌充分混合 C.噬菌体与细菌混合培养的时间越长,实验效果越好 D.噬菌体侵染细菌后,产生许多遗传信息相同的子代噬菌体,解析 噬菌体属于病毒,其合成mRNA的过程发生在宿主细胞内,A 错误;搅拌的目的是使细菌外的噬菌体与细菌分离,B错误;噬菌体与细 菌混合培养的时间较长时,细菌的裂解会影响实验效果,C错误;噬菌体 侵染细菌后,产生许多遗传信息相同的子代噬菌体,D正确。,考点一 肺炎双球菌转化实验一、肺炎双球菌的转化实验,考点突破,1.体内转化实验与
11、体外转化实验比较,2.肺炎双球菌转化实验的分析 (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 热稳定性较高,加热只使其氢键断裂,若将其慢慢冷却,分离的单链又可 以恢复其双螺旋结构,即在一定的温度范围内,加热不会导致DNA变性。 (2)R型细菌转化成S型细菌的实质是S型细菌DNA与R型细菌DNA实现 重组,表现出S型细菌的性状,此变异属于广义上的基因重组。 (3)转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去,说明S型细菌的DNA是 遗传物质。,(4)转化的只是少部分R型细菌。由于转化受到DNA的纯度、两种细菌 的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响,所以并不是所有的R型细菌 都转
12、化成了S型细菌。,二、肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验比较,1.用35S标记T2噬菌体,上清液中放射性很高的原因: 蛋白质外壳没有进入大肠杆菌,离心后存在于上清液中。 2.用35S标记T2噬菌体,沉淀物中有放射性的原因: 搅拌不充分,有少量含35S的T2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。 3.用32P标记T2噬菌体,沉淀物中放射性很高的原因: DNA进入大肠杆菌,离心后存在于沉淀物中。,4.用32P标记T2噬菌体,上清液中含放射性的原因: (1)保温时间过短,有一部分T2噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内,经 离心后分布于上清液中,上清液中出现放射性。 (2)保
13、温时间过长,T2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,也会使上清液中出现放射性。,一、标记噬菌体侵染细菌实验中的误区 1.因噬菌体蛋白质含有DNA没有的特殊元素S,所以用35S标记蛋白质;因 噬菌体DNA含有蛋白质没有的特殊元素P,所以用32P标记DNA;因DNA 和蛋白质都含有C、H、O、N元素,所以此实验不能标记C、H、O、N 元素,否则无法将DNA和蛋白质区分开。 2.35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一T2噬菌体上,因 为放射性检测时只能检测到存在部位,不能确定是何种元素的放射性。,3.含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒营专性
14、寄生 生活,故应先培养细菌,再用细菌培养噬菌体。 4.噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,但是没有证明蛋白质 不是遗传物质。,二、生物的遗传物质的分析总结 1.一种生物只有唯一确定的遗传物质 有细胞结构的生物的遗传物质是DNA,无细胞结构的生物(即病毒)的遗 传物质是DNA或RNA。生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有 极少数生物的遗传物质是RNA,因而DNA是主要的遗传物质。,2.不同生物的遗传物质归纳,典例1 S型肺炎双球菌菌株是人类肺炎和小鼠败血症的病原体,而R型 菌菌株却无致病性。下列有关叙述正确的是 ( ) A.加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌属于基因突
15、变 B.S型菌与R型菌在结构上最大的不同是S型菌的菌体有多糖类的荚膜 C.肺炎双球菌利用人体细胞的核糖体合成蛋白质 D.高温处理过的S型菌蛋白质因高温变性而不能与双缩脲试剂发生紫 色反应,解题关键 R型菌转化成S型菌属于基因重组,S型菌的菌体有多糖类 的荚膜,肺炎双球菌利用自身细胞的核糖体合成蛋白质,蛋白质因高温 变性但肽键未断,能与双缩脲试剂发生紫色反应。,答案 B,解析 加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌属于基因 重组,A项错误;S型菌与R型菌在结构上最大的不同是S型菌的菌体有多 糖类的荚膜,可以形成光滑的菌落,B项正确;肺炎双球菌利用自身的核 糖体合成蛋白质,C项错误;高温
16、处理过的S型菌蛋白质变性时肽键不断 裂,能与双缩脲试剂发生紫色反应,D项错误。,1-1 经查阅1944年和1946年埃弗里等人所发表论文发现,埃弗里的原 始实验并没有逐一分析S型细菌中的各种成分,原论文也没有提及蛋白 质和多糖的分离、提纯工作,而且在论文的预处理方法部分采取了“去 除蛋白质和荚膜多糖”步骤,后续实验是在去除了S型细菌的蛋白质和 多糖的基础上进行的。通过不断地去除各种成分,从而得到相对纯净的 “转化因子”。得到纯化的“转化因子”后,埃弗里对其进行了肺炎双 球菌转化实验,确认转化因子就是DNA。根据以上实验信息,下列说法 正确的是 ( ),A.该实验只能证明DNA是遗传物质,不能证
17、明蛋白质和多糖不是遗传 物质 B.该实验思路是将DNA、蛋白质和多糖等物质分离,单独研究其作用 C.该实验证明了蛋白质不是遗传物质,而赫尔希和蔡斯实验无法证明这 一点 D.该实验可以证明DNA是主要的遗传物质,不能证明RNA是遗传物质 答案 A,解析 依题意可知:埃弗里等人是通过不断地去除S型细菌的各种成分, 从而得到相对纯净的“转化因子”后,对其进行了肺炎双球菌转化实 验,因此,该实验只能证明DNA是遗传物质,不能证明蛋白质和多糖不是 遗传物质,A正确;埃弗里只研究了DNA的作用,没有单独研究蛋白质和 多糖等物质的作用,B错误;该实验没有证明蛋白质不是遗传物质,C错 误;该实验确认转化因子就
18、是DNA,即证明了DNA是遗传物质,但不能证 明RNA是遗传物质,D错误。,1-2 下列关于用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌实验的叙 述,错误的是 ( C ) A.子代噬菌体的DNA控制子代噬菌体的蛋白质合成 B.合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S C.合成子代噬菌体DNA的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体DNA都不含32P D.大肠杆菌的DNA中嘌呤碱基之和与嘧啶碱基之和的比值与噬菌体的 相同,解析 T2噬菌体侵染大肠杆菌过程中,亲代的DNA进入大肠杆菌细胞, 利用大肠杆菌细胞内的原料等合成子代DNA,并以子代DNA为模板,合 成子代噬菌体的蛋白质,A
19、正确;由于大肠杆菌中的氨基酸被35S标记,因 此子代噬菌体的蛋白质外壳都含有35S,B正确;亲代噬菌体的DNA含有32 P标记,根据DNA的半保留复制特点,子代噬菌体的DNA绝大多数不含32 P,只有两个含32P,C错误;大肠杆菌和噬菌体DNA中的嘌呤碱基之和与嘧 啶碱基之和的比值都为1,D正确。,考点二 DNA分子的结构和特点DNA的分子结构和特点,1.DNA的分子组成,2.DNA的分子结构,3.DNA分子的结构模型图解解读(1)氢键:连接互补链中能配对碱基间的一种作用力。可用DNA解旋酶断裂,也可用高温断裂。A-T碱基对间有2个氢键,G-C碱基对间有3个氢键。,(2)磷酸二酯键:连接单链中
20、相邻两个脱氧核苷酸的化学键。可用限制 性内切酶切断,也可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。 (3)每个DNA分子片段中,游离的磷酸基团有2个。 (4)在整个DNA分子中磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者的数目相等。,DNA与RNA的比较,典例2 下列各项中,能正确表示RNA基本单位的是 ( ),解题关键 RNA和DNA的基本单位的区别主要在五碳糖和含氮碱基 上。RNA中的五碳糖是核糖,其特有的含氮碱基是U,不含T。,答案 D,解析 RNA基本单位为核糖核苷酸,由含氮碱基(A、U、C、G)、核 糖、磷酸基团组成。,2-1 下列关于图中两种核酸分子的叙述,正确的是 ( C ) A.中的嘌呤碱基数都等于嘧
21、啶碱基数 B.遗传基因在上,密码子位于上 C.是由转录而来的 D.肺炎双球菌和噬菌体均含和,解析 是双链DNA,嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等,是单链RNA,嘌 呤碱基数与嘧啶碱基数一般不相等,A项错误;是tRNA,密码子位于 mRNA上,B项错误;tRNA、mRNA和rRNA都是由DNA转录而来的,C项 正确;噬菌体是DNA病毒,没有RNA,因此没有,D项错误。,2-2 如图为DNA分子结构示意图,对该图的描述正确的是 ( D ) A.和相间排列,构成了DNA分子的基本骨架 B.的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C.当DNA复制时,的形成需要连接酶 D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了 遗传信息,解析 和相间排列,构成了DNA分子的基本骨架;的结构并不是 胞嘧啶脱氧核苷酸,是上一个脱氧核苷酸的磷酸;的形成不需要连 接酶。,
