高中生物：生物的遗传物质基础，遗传物质的基本结构

DNA是主要的遗传物质

1. 遗传物质应该具备的特点

A. 在细胞生长和繁殖的过程中能够精确的复制自己

B. 能够指导蛋白质的合成从而控制生物的性状和新陈代谢

C. 具有储存巨大数量遗传信息的潜在能力

D. 结构比较稳定。但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后又能继续复制，并遗传给后代。

有丝分裂、减数分裂染色体变化——染色体在遗传中的重要作用

2. 肺炎双球菌感染实验

时间： 1928年     地点：英国     人物：格里菲思

材料：小白鼠、肺炎双球菌（S、R两种类型）

目的：观察肺炎双球菌的转化

A. 肺炎双球菌的类别：

菌落      荚膜           毒性        致病力

R型      粗糙     无荚膜          无毒       不致病

S型      光滑     多糖成分荚膜    有毒     人肺炎、小鼠败血症

B. 实验过程

a. 无毒R型活细菌注射到小鼠体内                不死亡

b. 有毒的S型活细菌注射到小鼠体内              患败血症死亡

c. 将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内        不死亡

d. 将无毒型的R型活细菌与加热杀死后的S型

细菌混合后注射到小鼠体内                    患败血症死亡

现象说明： 从第四组的实验鼠中能分离出有毒的S型的活细菌，这表明无毒的R型活细菌在与被加热杀死的S型细菌混合后，转化成有毒的S型活细菌。

实验延伸：转化成S型细菌经培养的后代也是有毒的，该性状是可以遗传的。

结论：第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”

1944年   美国科学家     艾弗里        转化试验

现象：只有DNA，才能使R型细菌转化为S型细菌，DNA纯度越高，转化就越有效。如果用DNA酶处理从S型活细菌中提取出的DNA，使其分解，就不能使R型细菌发生转化

结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，DNA是遗传物质。

3. 噬菌体侵染细菌实验

A. 菌体的结构生理特点

① 是一种专门寄生在细菌体内的病毒

② 侵染细菌后，就会利用细菌内部的物质合成自身蛋白质成分

③ 指导物质合成的是噬菌体的遗传物质

B. 实验设计

① 实验材料

用放射性同位素35S标记一部分噬菌体的蛋白质

用放射性同位素32P标记另一部分噬菌体的DNA

② 实验过程

用被标记的噬菌体分别侵染细菌，使其大量繁殖

③ 实验观察及结论

亲代噬菌体	寄主细胞内	子代噬菌体	实验结论
32P标记DNA	有35P标记DNA	DNA中有35P	DNA分子具有连续性，是遗传物质
35S标记蛋白质	无35S标记蛋白质	外壳蛋白质无35S标记

子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传给后代的，DNA是遗传物质。

所有的生命现现象通过蛋白质表现出来，但是蛋白质合成是通过遗传信息来控制的。

4. 结论

绝大多数的生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA（少数的RNA病毒）

5. DNA的结构和复制：

<1> DNA分子的结构

A. 组成

元素：C、H、O、N、P

单体：核苷酸（脱氧核糖核苷酸）

B. 空间结构

（1）单链结构：

很多核苷酸通过彼此脱水缩合形成长的核苷酸链

脱水位置：一核苷酸的磷酸和另一核苷酸的脱氧核糖间缩合

结构：

（2）双链结构：

双链结构：两条单链结构的核苷酸链在含氮碱基碱间形成氢键作用，彼此结合，然后扭曲螺旋形成相对稳定的空间结构即双螺旋结构

DNA分子的立体结构：

① 是规则的双螺旋结构

② 结构特点：

DNA分子是由两条链组成，两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构

DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧

DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律

③ 空间结构：

发现：1953年，美国的沃森、英国的克里克共同提出、构建DNA模型

结构：

C. 碱基互补配对原则

D. DNA分子中的碱基配对时遵循互补配对原则：

DNA分子的多样性组成DNA分子的碱基只有四种，但碱基对的排列顺序千变万化构成了DNA分子的多样性

生物体内，一个最短的DNA分子有4000个碱基对

其排列顺序方式有：44000种

碱基对的特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性

碱基对的排列顺序就代表了遗传信息

DNA分子能够储存大量的遗传信息，从分子水平说明了生物体具有多样性和特异性

<2> DNA分子的复制

A. DNA分子结构的意义：

i. 能储存大量的遗传信息，能够传递遗传信息

ii. 双螺旋结构为复制提供了精确的模板

iii. 碱基互补配对原则保证了复制的准确进行

B. 遗传信息的传递方式：DNA分子的复制完成

C. DNA分子的复制：

概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA的过程

时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂的间期，随染色体的复制而完成

基本条件：

（1）模板    以原来的DNA单链为模板

（2）原料    四种脱氧核苷酸

（3）酶      合成酶系统

（4）能量    高能磷酸键提供，用于解旋、合成

复制过程：

a. 开始：解旋

b. 进行：以母链为模板进行复制

c. 结束：形成两个新的DNA分子

概念：

半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子的一条链，这种复制称之为半保留复制

D. DNA复制的意义

使遗传信息从子代，保证了遗传信息的连续性

6. 基因

A. 基因概念的提出：

a. 19世纪60年代    孟德尔    遗传因子     逻辑推理产物

生物的性状由遗传因子控制

遗传因子在体细胞成对存在

配子中只有这一对遗传因子中的一个

配子结合后，合子遗传因子恢复成对

b. 20世纪初         摩尔根    基因存在     果蝇实验证实

基因存在于染色体上，并且呈直线排列

染色体是基因的载体

基因是染色体上的遗传单位

基因是遗传物质在上下代间传递的基本单位，是功能上的独立单位

基因是决定生物性状的基本单位

c. 20世纪50年代    沃森等    NDA结构     基因的化学组成

基因是具有遗传效应的DNA片断

基因是DNA上的脱氧核苷酸顺序（碱基排列顺序）

遗传信息来自碱基对的排列顺序

B. 基因的实质：

具有遗传效应的DNA分子片断

是DNA 分子上具有特定功能的核苷酸序列

DNA分子中有许多碱基序列不含遗传信息，具调节作用和稳定染色体作用

C. 基因的复制和表达

基因的表达：通过DNA控制蛋白质的合成实现

基因的复制：通过DNA的分子复制实现，将遗传信息传递给下一代

DNADNA

7. 基因控制蛋白质的合成

D. 场所

真核生物：转录在细胞核内完成、翻译在细胞质中完成

线粒体、叶绿体：各自相对有独立的遗传系统和蛋白质表达系统，转录和翻译在细胞器内部完成

原核生物：基因的表达在细胞质中完成，转录和翻译同时进行

E. 过程

a. 转录：

场所：细胞核内

概念：以DNA为模板，按碱基互补配对原则，合成RNA的过程

条件：

模板  ——  DNA单链 ：一条DNA单链为模板（反义链），转录形成序列与其互补链相同（有义链）

原料  ——  核糖核苷酸：四种核糖核苷三磷酸，原料在细胞质中合成，通过核孔运输到细胞核中起作用

酶    ——  RNA聚合酶系等：包括解旋酶、聚合酶

能量  ——  核苷三磷酸：高能磷酸键

原则：碱基互补配对原则

RNA只有单链结构，碱基组成与DNA不同

RNA中没有T，只有U，在合成RNA时，以U代替T与A配对，将遗传信息转移到RNA上，这种RNA叫做信使RNA（简写mRNA）

A与U 配对   两个氢键

G与C配对    三个氢键

过程：

起始   延伸   终止

① DNA部分双链解螺旋，形成单链结构

② 酶与其中一条DNA单链结合，以单链为模板合成RNA

③ 利用环境中的原料合成信使RNA，同时解旋部分沿双链移动，mRNA不断合成延长，信息转移到信息RNA中。

④ RNA合成后脱离母板，通过核孔出细胞核进入细胞质；DNA形成双链结构，恢复成双螺旋结构。

产物：

信使RNA      携带信息，能指导合成蛋白质（半衰期短）

转运RNA      携带氨基酸，参与合成多肽（含量相对稳定）

核糖体RNA    核糖体的结构成分（含量相对稳定）

b. 翻译

场所：细胞质

概念：以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程

条件：

模板：信使RNA

能量：ATP，供合成多太链所用

原料：氨基酸（组成蛋白质的20种氨基酸）

酶：蛋白质合成酶系

转运RNA：携带氨基酸，识别密码子，将遗传信息转换成氨基酸排列顺序

核糖体：多肽合成场所，能与信使RNA结合，完成合成多肽

过程：

① 使RNA在细胞核内成熟，从核孔进入细胞质，核糖体与信使RNA起始端结合

② 转运RNA携带氨基酸，通过反密码子与信使RNA上的密码子配对，决定正确的氨基酸顺序

③ 氨基酸放在正确的位置，tRNA离开核糖体，去转运下一个氨基酸，新转来的氨基酸通过肽键连接到上一个氨基酸上

④ 第二个氨基酸移动到第一个氨基酸位置，核糖体在mRNA上移动三个碱基对位置，接受下一个tRNA与氨基酸的复合体

⑤ 核糖体每次能容纳两个氨基酸，按密码子顺序，沿信使RNA合成多肽，直到遇到终止密码子，核糖体从mRNA上脱落

⑥ 合成的多肽经过一定的盘曲折叠，形成有一定氨基酸顺序的，有一定空间结构的，具有生物功能的蛋白质

c. 密码子：信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基成为1个密码子

4种碱基共能形成密码子为： 43=64种

决定氨基酸的密码子为：     61种

终止密码子为：             3种   （UGA  UAG  UAA）

特点：

① 密码子具有通用性：不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。

② 密码子不重叠：两个密码子间没有标点符号，读码必须按照一定的读码框架，从正确的起点开始，一个不漏地一直读到终止信号。

③ 密码子具有简并性：大多数的氨基酸都可以具有几组不同的密码子

④ 密码子具有一定的方向性：在核酸链上按照一定方向进行读码

⑤ 密码子具有一定的摆动性：三联体密码子的第一位碱基决定了氨基酸的种类，第三位密码子的摆动性最大，允许生物的碱基对发生一定改变但是不影响生物的性状

8. 核糖体：氨基酸合成多肽的场所（叶绿体、线粒体都有各自的核糖体）

① 核糖体能与mRNA结合

② 有两个位点能接受两个  tRNA转运来的氨基酸

③ 核糖体内的酶能催化氨基酸间形成肽键

④ 每形成一个肽键，沿信使RNA移动三个碱基

⑤ 遇到终止密码时，核糖体自

动脱落，大小亚基分离

d. 转运氨基酸（tRNA）：

① 是运载氨基酸的工具，也是一种RNA，简写tRNA

② 能识别并转运一种氨基酸

③ 一端是携带氨基酸的部位，另一端三个碱基

④ 每个tRNA的3个碱基只能专一与mRNA上的密码子配对，称为反密码子

8. 中心法则及其发展

信息流：遗传学上，将遗传信息的流动方向称为信息流

中心法则：克里克提出

内容：

遗传信息可从DNA流向DNA ——— DNA的自我复制

遗传信息可从DNA流向RNA   ——— 转录过程                   细胞生物

遗传信息可从RNA流向蛋白质  ——— 翻译过程

遗传信息可从RNA流向DNA   ——— 逆转录过程    （病毒中出现）

遗传信息可从RNA流向RNA   ——— RNA的自我复制（病毒中出现）

9. 基因对性状的控制

基因对性状的控制方式：

F. 控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状

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. 控制蛋白质分子的结构直接影响性状

如：

镰刀贫血细胞病：血红细胞分子结构不正常，由基因缺陷导致