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第八单元 遗传的分子基础
1.对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。20世纪30年代，人们认识到组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种，每一种有一个特定的碱基。这一认识本可以使人们意识到DNA的重要性，但是认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。
2.肺炎链球菌的类型
项目 S型细菌 R型细菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌体
有无毒性 有 无
3.格里菲思的体内转化实验
实验过程 结果分析 结论
①R型活细菌小鼠不死亡 R型细菌无毒性 加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子
②S型活细菌小鼠死亡S型活细菌 S型细菌有毒性
③加热致死的S型细菌小鼠不死亡 加热致死的S型细菌已失活，毒性消失
小鼠死亡S型活细菌 R型细菌转化为S型细菌，且性状可以遗传
4.艾弗里的体外转化实验
（1）实验过程及结果
（2）结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
（3）减法原理：在对照实验中，与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如，在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。
5.噬菌体侵染细菌的实验
实验者：赫尔希和蔡斯。
实验方法：放射性同位素标记技术。
实验材料：T2噬菌体（如图所示）。
噬菌体的复制式增殖
增殖需要的条件 内容
模板 噬菌体的DNA
合成噬菌体DNA原料 大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸
合成噬菌体蛋白质 原料 大肠杆菌的氨基酸
场所 大肠杆菌的核糖体
实验过程
（1）标记T2噬菌体
（2）侵染细菌
结果分析
（1）T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。
（2）子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA遗传的。
实验结论：DNA才是真正的遗传物质。
6.上清液和沉淀物放射性分析
（1）32P噬菌体侵染大肠杆菌
（2）35S噬菌体侵染大肠杆菌
7.烟草花叶病毒的感染和重建实验
7.DNA的结构
平面结构
（1）碱基配对方式：A、T配对，G、C配对，A、T之间形成2个氢键，G、C之间形成3个氢键。
（2）相邻碱基之间的连接方式
①两条链之间：以氢键相连。
②一条单链上：以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连。
两条链的方向：相反，可由脱氧核糖的方向进行判断。
空间结构
8.制作DNA双螺旋结构模型
（1）制作原理
DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧；两条链的碱基之间依据碱基互补配对原则通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
（2）材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的材料。
（3）模型设计制作过程
（4）注意事项
制作模型时应按结构层次从小到大、从简单到复杂的顺序依次完成。在选择、修剪各部件时，应注意各部件的大小比例。
制作含氮碱基时应保证腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）的接口吻合，鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）的接口吻合，且四种碱基的形状应具有差异性，同时两种配对模型的长度应相等，以保证DNA两条平行链之间各处的距离都相等。
两条互补链所包含的脱氧核苷酸个数应相等且互相对应，整体上两条链的走向应保证相反。
9.对DNA复制的推测
（1）提出者：沃森和克里克。
（2）假说：
解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂。
复制：解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。
（3）特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称作半保留复制。
10.DNA半保留复制的实验证据
（1）实验方法：同位素标记技术和离心技术。
（2）实验原理：
DNA的两条链都用15N标记，那么这样的DNA分子密度最大，离心时应该在试管的底部。
DNA的两条链都没有被15N标记，那么这样的DNA分子密度最小，离心时应该在试管的上部。
DNA的两条链中只有一条单链被15N标记，那么这样的DNA分子离心时应该在试管的中部。
（3）实验过程
（4）实验结果
立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
（5）实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的
11.DNA复制过程
概念：DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间：主要发生在细胞分裂前的间期
场所：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体以及原核细胞的细胞质
条件
模板：解旋后的两条单链。
原料：四种脱氧核苷酸。
能量：细胞提供的能量（ATP）。
酶：解旋酶、DNA聚合酶等。
（5）过程
（6）特点
边解旋边复制：复制过程中不是两条母链完全解开才开始复制，而是边解旋边复制。
半保留复制：新合成的每个DNA分子中都保留了原来的DNA分子的一条链。
多起点复制：一个DNA分子上往往有多个复制起点，大大提高了复制的效率。
12.RNA的结构
（1）基本单位及组成
①磷酸；②核糖；③碱基：A、U、G、C；④核糖核苷酸。
（2）空间结构：一般是单链，且比DNA短。
RNA与DNA的比较
比较项目 DNA RNA
组成单位 基本组成单位不同 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖不同 脱氧核糖 核糖
碱基不同 特有的是胸腺嘧啶（T） 特有的是尿嘧啶（U）
结构不同 规则的双螺旋结构 一般为单链
RNA的种类及其作用
mRNA tRNA rRNA
分布部位 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体
结构
功能 翻译时作模板 翻译时作搬运 氨基酸的工具 参与核糖 体的组成
联系 ①组成相同：4种核糖核苷酸； ②来源相同：都由转录产生； ③功能协同：都与翻译有关
13.遗传信息的转录
（1）概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
（2）过程
14.遗传信息的翻译
（1）场所：细胞质的核糖体上
（2）模板：mRNA
（3）原料：21种氨基酸
（4）能量：ATP
（5）搬运工具：tRNA
（6）产物：具有一定氨基酸顺序的蛋白质
15.tRNA的形态和功能特点
（1）形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形。
（2）功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
16.密码子和反密码子
（1）遗传信息、密码子与反密码子的区别与联系
（2）DNA、密码子、反密码子之间的对应关系
17.翻译过程
18.翻译能精确进行的原因
（1）mRNA为翻译提供了精确的模板。
（2）通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
6. 翻译能高效进行的原因——一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
19.中心法则
提出者：克里克。
内容
DNA的复制：遗传信息从DNA流向DNA。
转录：遗传信息从DNA流向RNA。
翻译：遗传信息从RNA流向蛋白质。
RNA的复制：遗传信息从RNA流向RNA。
20.逆转录：遗传信息从RNA流向DNA。
21.基因控制生物性状的两种途径
（1）间接控制：基因控制酶的合成控制代谢过程进而间接控制生物性状。
（2）直接控制：基因通过控制蛋白质结构控制生物性状。
22.基因与性状的对应关系
（1）基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，一个性状可以受多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状。
（2）生物体的性状不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重要影响。
23.基因的选择性表达与细胞分化
细胞分化的本质是基因的选择性表达。
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
24.表观遗传
内容：
基因选择性转录表达的调控，如DNA甲基化（基因某特殊区域被甲基化后不能启动正常转录）。
基因转录后的调控，如基因组中非编码RNA可对基因表达水平进行干扰，如RNA干扰可使转录后的mRNA降解，从而使目的基因无法表达。
蛋白质翻译后的修饰，如组蛋白修饰（组蛋白是构成染色质的小分子蛋白质，组蛋白修饰是指组蛋白的某些氨基酸被加上或去掉一些化学基团，包括添加或去掉甲基、乙酰基等）和染色质构象变化等。
特点：
DNA序列不变；
可逆性的基因表达调节；
可遗传，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传。
表观遗传调控的遗传机制不涉及DNA序列的改变，只涉及基因表达的活性。通过改变基因表达活性即可达到和改变基因序列类似的结果。表观遗传效应在疾病诊断、治疗和药物开发等方面都具有较广阔的应用前景。

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