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第一节核酸是遗传物质;斑马身上有醒目的条纹,成群的斑马会混淆敌害的视线;雄孔雀身披华丽的羽毛,“孔雀开屏”以吸引异性;昙花美丽清香,“昙花一现”以避开日晒和寒冷——人们很早就发现,这些家族成员的共同特征(性状)能够一代一代地传递下去。孟德尔根据豌豆杂交实验,提出了遗传因子的概念,成功地解释了遗传现象,并首先揭示了两条遗传定律。那么控制生物性状世代传递的基因(遗传因子)到底是什么物质?DNA和蛋白质在生物性状遗传的过程中各自发挥了什么作用?它们又是如何发挥作用的呢?我们在这一章将进一步探索遗传的分子基础,了解基因的本质及其发挥作用的原理。;学习目标
1.概述生物遗传的物质基础以及DNA作为遗传物质的证据。
2.说明DNA分子结构及其特点,阐明DNA分子复制过程、特点和意义。
3.概述遗传信息的传递和表达过程,阐明遗传密码及其在遗传信息表达中的作用。
4.说明中心法则及其发展。
5.举例说明表观遗传现象。;本章学习应聚焦的关键能力
1.通过噬菌体侵染细菌的实验分析,尝试寻找证据解释现象,学会运用证据解释现象的科学思维方法。
2.认识建立物理模型是表征DNA分子结构的重要方法,通过尝试制作DNA双螺旋结构模型,学会构建物理模型的方法。
3.通过探究DNA的复制过程,尝试运用证据解释现象,学会运用证据解释原理的科学思维方法。;人们在了解了染色体是遗传物质的载体这一事实后,希望能进一步弄清染色体的化学本质以及发挥作用的过程。从化学成分上讲,染色体由DNA(脱氧核糖核酸)、蛋白质和少量RNA(核糖核酸)组成,其中蛋白质又分为组蛋白和非组蛋白。研究表明,虽然DNA和组蛋白都是染色体的主要成分,而且含量大致
相等,在染色体行使功能过程中起着重要作用,
但DNA更加具备作为遗传物质的主要特性。有
什么证据可以证明DNA是遗传物质呢?;不同观点:20世纪50年代之前,“遗传物质可能是核酸”的观点通常被认为是不正确的。此前人们普遍认为DNA是相当小的分子,相对分子质量约为1500,四种碱基在DNA分子中等量地存在,并简单重复。人们考虑到生物体结构与功能的巧???适应性,以及发育过程和途径的极端复杂性,DNA这样简单的小分子不可能发挥出如此重要的控制作用。相比较而言,含有20种氨基酸的蛋白质大分子倒是能够提
供无限数量的排列组合。
那么,DNA是遗传物质的证据又是如何
逐步得到的呢;20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中,究竟哪一种是遗传物质呢?这个问题曾引起生物学界激烈的争论。;;;肺炎链球菌肺炎胸片;1928年格里菲斯:
肺炎链球菌的体内转化实验;1928年,英国细菌学家格里菲思首先进行了活体肺炎链球菌转化实验;加热杀死S型菌;把加热杀死的S型菌和活的无毒R型菌混合后一起注射到小鼠体内,发现很多小鼠患败血症致死。令人惊奇的是,从患病致死的小鼠血液中竟然分离出活的S型菌。然而,无论是活的R型菌还是死的S型菌,分别注射到小鼠体内都不能使小鼠患败血症。由此推测,在加热杀死的S型菌中,一定有一种物质能把某些R型菌转化为S型菌。换句话说,S型菌中的“转化因子”进入R型菌体内,引起R型菌稳定的遗传变异。这就是病死小鼠中有活的S型菌的根本原因。;;;;因为当时的技术有限,并不能彻底提纯这些物质。所以,艾弗里通过酶解法,将物质一个个的排除,通过观察剩余提取物的转化活性来寻找转化因子,这就是实验设计的“减法原理”。
减法原理:与常态比较,人为去除某种影响因素。;;进一步研究表明,用DNA酶处理DNA样品,DNA被降解后就不能使R型菌发生转化,而其他的酶(如蛋白酶等)对于DNA的转化能力则没有影响。可见,一种细菌的DNA掺入另一种细菌中,能够引起稳定的遗传变异。后来的研究不断证实,DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率就越高。;肺炎链球菌转化实验是证实DNA是遗传物质的最早证据来源。
对肺炎链球菌转化实验的研究证实了这样的论断:DNA是遗传物质,DNA赋予了生物的遗传特性。
由于“遗传物质是蛋白质”的理论根深蒂固,再加上当时的DNA提纯技术不够精准,一些学者仍然深深怀疑“DNA是遗传物质”,认为艾弗里实验中的DNA由于混有少量的蛋白质,才引起细菌转化。1952年,美国遗传学家赫尔希与助手蔡斯进一步进行了实验研究。
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开,单独去观察它们的作用呢?;为了检验DNA是否为遗传物质,赫尔希和蔡斯运用同位素标记特定物质的方法,将噬菌体进行标
记,使其侵染大肠杆菌,通过追踪物
质的去向,进一步明确发挥遗传作用
的物质究竟是
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