专题七_遗传的物质基础与基因工程

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1、专题七：遗传的物质基础与基因工程浠水实验高中邓胜一、主干知识概述本专题主要包括DNA是主要的遗传物质，DNA分子结构和复制、基因的概念、基因的结构、基因控制蛋白质的合成以及基因工程。1．如何正确理解“核酸（DNA）是遗传物质的证据”实验（1）理解的关键是排除主要干扰因素蛋白质的影响。在实验过程中必须设法消除这种干扰。通常的做法是用同位素进行示踪（如在DNA侵染细菌实验中分别用32P和35S标记DNA和蛋白质），或利用酶的专一性除去蛋白质或核酸（如在肺炎双球菌转化实验中分别选用蛋白酶和核酸酶降解蛋白质和核酸做对照实验

2、）。（2）应注意两个经典实验的补充和完善，这样可使已学过的知识得到进一步的深化和扩展，如在DNA侵染细菌实验中可做对照实验，将噬菌体蛋白质外壳导入细菌以证明蛋白质是否为遗传物质。（3）应用设计实验的观点来理解两个经典实验内容。在设计实验时要强调实验过程的科学性和可行性、实验结果的可靠性。要使实验结果可靠，必须有科学的实验过程作为保证。设计实验的重点就是要采用对照实验，对照的方法有很多，如空白对照、条件对照、自身对照、相互对照等。肺炎双球菌转化实验就属于条件对照，即实验组和对照组施加的条件不同，如第（1）和第（2）组

3、实验对照，说明S型活菌能使小鼠患败血症死亡，而R型的活菌是无毒性的；通过第（3）和第（4）组实验的对照，证明了加热杀死的S型细菌能够使无毒的R型活菌转化成有毒性的S型活菌。在此实验中，我们要知道虽然S型活菌被杀死，但其DNA分子结构没有被破坏，仍然在遗传过程中起作用。2．S型菌和R型菌是如何转化的转化作用是指把从供体菌得到的DNA通过一定的途径授予受体菌，从而使受体菌的遗传特性发生改变，例如肺炎双球菌的R型菌（无荚膜）转化为S型菌（有荚膜）。在细菌中，转化是较为普遍的现象，两个菌种间能否转化，与它们在进化过程中的亲

4、缘关系有着密切的联系，还受到转化因子的大小和浓度的影响，并且只有处于感受态（受体菌最易接受外源DNA片段并实现转化的生理状态）的细菌才能转化。感受态的细菌能产生一种蛋白质，它可以催化外来DNA片段的吸收和降解细胞表面某种成分，以使受体DNA显露出来，从而完成与供体DNA的转化。转化过程如下：①双链DNA片段与受体菌细胞表面特定位点结全；②位点上DNA分解，形成DNA片段；③双链DNA的一条单链逐渐降解，同时另一条单链逐步进入细胞内；④进入细菌体的DNA单链与受体菌DNA同源区段配对，接着受体DNA相应单链片段切除，

5、并被外来的DNA取代，于是形成杂种DNA区段；⑤受体菌DNA通过复制杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，细胞分裂后，这一个就成为转化子。如果某一片段上含有控制荚膜合成的基因，则转化后的菌株就会产生荚膜，其子代就是有荚膜菌（S型菌）。一般情况下，转化的频率很低，形成S型菌是少数，但只要有几个就会快速繁殖足以使小鼠死亡。3．如何掌握同位素标记法在实验中的应用？如何理解DNA半保留复制实验？10同位素标记方法在生物实验中经常被使用，主要是用来跟踪某种化学元素所存在的化合物的变化或该化合物在生物体内的变化规律等。在做标

6、记实验时，要注意选择被标记的元素在某种物质中是唯一的，如在噬菌体内标记蛋白质，一般选择S元素，而标记DNA一般选择P元素，因为S元素不存在DNA中，而生物体内P元素主要在DNA中。之所以不选择N元素，是由于其在蛋白质和DNA中都存在。通过同位素标记的元素和普通元素之间的比较可以起到对照作用，来研究某种元素的变化规律，如半保留复制实验。1958年Meselson和Stahl用放射性同位素与梯度离心法所做的“半保留复制”实验中，把大肠杆菌培养在含有重同位素（15N）的培养基中，在细菌的生长过程中，重同位素进入含氮碱基，

7、然后掺入新合成的DNA链中。经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA充分地被15N标记上了。然后把这些标记的细胞移入正常的轻同位素（14N）的培养基中，经过一次或两次细胞分裂，抽取细菌样本，从每一样本中提取细菌，再提取DNA，进行氯化铯梯度离心。如果15N—DNA分子位于重带位置，14N—DNA在轻带位置，而第一代DNA分子则位于轻带和重带之间的中带位置，将第一代DNA分子用解旋酶处理后再离心，则一部分在重带位置，另一部分在轻带位置，这就证明了DNA的复制是半保留复制，其中一条链含15N，另一条链含14N。4．怎样理解D

8、NA分子结构的稳定性、特异性和多样性DNA分子结构的稳定性是指DNA分子双螺旋空间结构的相对称定性。与这种稳定性有关的因素主要有：①两条脱氧核苷酸链中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定不变；②两条脱氧核苷酸链间对应的碱基严格按照碱基互补配对原则，并且碱基之间表成氢键，更加维持了双螺旋空间结构的稳定性；③碱基堆积力（每个特定的DNA分子中，碱基对的数量和排列顺序