发布时间 : 星期日 文章高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题八 基因与分子生物学更新完毕开始阅读
高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题八 基因与分子生物
学
【竞赛要求】
1． DNA是遗传物质的证据 2． DNA和RNA的结构 3． DNA的双螺旋结构 4． DNA的复制
5． 遗传信息流从DNA到RNA到蛋白质 6． 病毒
【知识梳理】
一、基因的结构
（一） DNA是遗传物质基础的证据
1． 肺炎双球菌的转化实验（Fred Griffith 1928年） （1）实验材料: 肺炎双球菌 光滑型（S）菌株：细胞外有荚膜，菌落光滑，有致病性， 能引起人的肺炎和小鼠的败血症。 粗糙型（R）菌株：细胞外无荚膜，菌落粗糙，无致病性。 （2）实验过程：
S型活菌 S型活菌 注射 热处理后注射 热处理
小鼠 小鼠 小鼠 死 生 死 混合培养后注射 R型活菌 注射 小鼠 生
（3）结论：S型细菌有一种物质或转化因子进入R型细菌，引起R型细菌发生稳定的遗传变异。
（4）不足：并未解释何种物质引起转化。
2．Osward Avery等人对肺炎双球菌的补充实验（1944年） （1）实验过程：
Avery等人将S型活细菌中多糖、脂类、蛋白质、RNA、DNA、DNA水解物分离出来，分别与R型活细菌混合培养，发现只有DNA能使R型细菌转化为S型细菌，并且后代仍为S型细菌。
（2）结论：DNA为转化因子，而蛋白质、脂类等物质均无转化作用。
（3）不足：DNA提取纯度不够，即使纯度最高时仍含有0.02%的蛋白质，因而有一少部分人坚信蛋白质时遗传物质。
3．噬菌体亲然细菌实验（Alfed Hershey和Martha Chase 1952年） （1）实验材料：T2噬菌体、大肠杆菌。 （2）实验过程：
首先将大肠杆菌分别培养在含35S和32P的培养基中，因为P主要存在于DNA中，S存在于蛋白质中，所以在大肠杆菌的生长过程中分别被35S和32P标记。
然后用噬菌体去感染分别被35S和32P标记的大肠杆菌，这样子代噬菌体的蛋白质和DNA也分别被35S和32P标记上。
再用已被标记的噬菌体侵染无放射性的大肠杆菌，经一段时间的培养后搅拌离心，分别
35 32
检测上清液和沉淀物的放射性，结果在新形成的噬菌体中没有检测到S而检测到了P。
（3）结论：DNA是联系亲子代的物质，而不是蛋白质。
噬菌体侵染细菌的过程为：吸附、注入、复制和合成、组装、释放。 （4）优点：真正将DNA与蛋白质分开来观察它们的作用。 4．烟草花叶病毒重建实验（Fraenkel Conrat 1956年）
(1)实验材料：TMV烟草花叶病毒的两种株系：S株系和HR株系。 (2)实验过程： S株系 HR株系 提取 提取 蛋白质外壳 RNA 结果：杂种病毒侵染烟草叶片后的病毒病斑与HR株系病斑相同，并从烟草叶片中分离出HR株系病毒。
（3）结论：RNA是遗传物质。
（4）其他RNA病毒：HIV病毒、SARS病毒等。
因此，DNA是主要的遗传物质。真核生物和原核生物的遗传物质为DNA，某些病毒的遗传物质为DNA，另一些病毒的遗传物质为RNA。
（二） DNA和RNA的结构 1．DNA和RNA结构的区别 脱氧核糖核酸（DNA） 核糖核酸（RNA） 左图为T2噬菌体侵染大肠杆菌 侵 染 烟草叶片 杂种病毒 基本组成单位 脱氧核苷酸 （4种） 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基（ATGC） 脱氧核苷酸 （4种） 一分子磷酸 一分子脱氧核糖 一分子含氮碱基（ATGC） 五碳糖结构 示意图 核苷酸结构 示意图 空间结构 存在部位
单链 主要存在于细胞质 一般为双链 主要存在于细胞核 2． 五种碱基的分子结构示意图：
腺嘌呤 鸟嘌呤 尿嘧啶
胞嘧啶 胸腺嘧啶
（三）DNA的双螺旋结构 1.DNA双螺旋结构的发现史：
1944年，美国科学家奥斯瓦尔德·西奥多·埃弗里提出，在细胞核内发现的DNA可能携带遗传信息。1952年伦敦的罗莎琳德·富兰克林研究出了DNA的X射线衍射结构图。美国科学家沃森（Watson，J·D）来到英国剑桥大学与英国科学家克里克（Crick，F.）合作，致力于研究DNA的结构。他们通过大量X射线衍射材料的分析研究，提出了DNA的双螺旋结构模型，1953年4月25日在英国《发现》杂志正式发表，并由此建立了遗传密码和模板学说，于1962年获诺贝尔医学生物学奖。