高中生物必修知识清单23基因的本质.docx
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高中生物必修知识清单23基因的本质
第三章 基因的本质
一、本章知识结构
二、新课程标准
1、总结人类对遗传物质的探索过程
2、概述DNA分子结构的主要特点。
3、搜集DNA分子结构模型建立过程的资料，并进行讨论和交流。
4、制作DNA分子双螺旋结构模型。
5、DNA分子的复制
6、说明基因和遗传信息的关系
三、预测新课标高考热点
1、染色体与遗传物质的关系
2、DNA是主要的遗传物质
3、DNA是主要遗传物质的证据
4、DNA分子结构的主要特点。
5、关于碱基互补配对原则的有关计算；
6、DNA分子的复制
7、半保留复制的计算
6、基因的概念。
7、基因和遗传信息的关系
清单二六DNA是主要的遗传物质
一类为有毒性的，称S型细菌，其菌体有荚膜，荚膜
两类肺炎双球菌的成分主要为多糖
一类为无毒的，称R型细菌
无毒R型活菌→→小鼠→→不死亡
有毒S型活菌→→小鼠→→死亡
有毒S型活菌→→有毒S型死菌→→小鼠→→不死亡
无毒R活菌+加热杀死的S菌→→小鼠→→死亡
一、知识结构
实验过程
格里非斯体内转化实验
肺炎双球菌转化实验
结论：
加热杀死的S型细胞内有某种转化因子
实验原理：
从S型菌中提取出DNA、蛋白质及多糖等，将其分别加入已培养了R型活菌的培养基中，结果发现只有加入DNA时，R型细菌才能转化为S型细菌。
S型活细菌
艾弗里体外转化实验
↓↓↓↓↓↓
实验过程
多糖脂质蛋白质RNADNADNA水解物
↓↓↓↓↓↓
↓↓↓↓↓↓
所得活菌：
RRRRS+RR
对照实验：
用DNA水解酶处理从S型菌中取的DNA，则不能实现转化
DNA是是主要的遗传物质
结论：
DNA是使R菌产生稳定遗传变化的物质，而蛋白质不是
运用的方法：
同位素示踪法35S培养基+噬菌体→→35S标记的亲代噬菌体
实验过程：
标记噬菌体
↓32P培养基+噬菌体→→32P标记的亲代噬菌体
噬菌体侵染实验
噬菌体侵染细菌35S噬菌体+细菌32P噬菌体+细菌
↓↓↓
↓上清液中放射性：
很高上清液中放射性：
很低
测试放射性沉淀物中放射性：
很低沉淀物中放射性：
很高
新形成的噬菌体：
没有新形成的噬菌体：
有
结论：
在噬菌体中，亲代和子代间具有连续性的物质是DNA，而不是蛋白质，即子代噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA传给后代的，这才是真正的遗传物质
实验思路：
两个经典实验的思路基本相同，都是设法把DNA与蛋白质分开，单独直接地观察DNA的作用，只是运用方法不同，肺炎双球菌转化实验利用了从S型菌直接提取分离各种物质的方法，噬菌体侵染细菌的实验则利用了放射性元素示踪法间接将蛋白质和DNA分离的方法
生物的遗传物质：
绝大多数生物以DNA作为遗传物质，只有极少数生物以RNA作遗传物质（此类
生物无DNA），因此，DNA是是主要的遗传物质
【要点一】肺炎双球菌的转化实验
1、体内转化实验
研究人
1928·英·格里菲思
过程结果
无毒R型活菌→→小鼠→→不死亡
有毒S型活菌→→小鼠→→死亡
有毒S型活菌→→有毒S型死菌→→小鼠→→不死亡
无毒R活菌+加热杀死的S菌→→小鼠→→死亡（从体内分离出S型活细菌）
分 析
a组结果说明：
R型细菌无毒性
b组结果说明：
S型细菌有毒性
c组结果说明：
加热杀死的S型细菌已失活
d组结果证明：
有R型无毒细菌已转化为S型有毒细菌，说明S型细菌内含有使R型细菌转化为S型细菌的物质
结 论
d组实验中，已加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌 （主要通过d组证明）
【画龙点睛】加热灭活的S型细菌遗留下各个DNA片段，其中包括控制荚膜形成的基因，这些片段从S型细菌中释放出来，并且在后续的培养中被一些R型细菌所摄取，进人R型细菌的细胞中，以同源重组的置换方式，整合进入R型细菌的基因组中，使R型细菌转化成S型细菌，可见，转化后形成的S型细菌内含有两种DNA（R型和S型），其间体现了基因重组
2、体外转化实验
研究人
1944·美·艾弗里
过程结果
S型活细菌
↓↓↓↓↓↓
多糖脂质蛋白质RNADNADNA水解物
↓↓↓↓↓↓
↓↓↓↓↓↓
所得活菌：
RRRRS+RR
分 析
S型细菌的DNA使R型细菌发生转化
S型细菌的其他物质不能使R型细菌发生转化
结 论
S型细菌体内只有DNA才是"转化因子"，即DNA是遗传物质
①本实验体现了一个完整的科学发现过程，即发现问题—→提出假说—→实验验证—→得出结论。
格里菲思的工作相当于前两步，艾弗里的工作相当于后两步。
②体内转化与体外转化实验的关系：
体内转化实验说明S型细菌体内有转化因子．体外转化实验进一步证明转化因子是DNA。
③本实验还遵循了实验设计的对照原则，增强了结果的科学性和可信度。
例如．体内转化实验中，注射R型活细菌与注射S型活细菌相对照．说明S型活细菌有毒性；再如，体外转化实验中．各组互为对照．说明只有DNA才是遗传物质。
【画龙点睛】
（1）格里菲思未证明遗传物质是什么。
（2）艾弗里证明了遗传物质是DNA．不是蛋白质。
（3）肺炎双球细菌转化实验证明DNA是遗传物质、而不是证明DNA是主要的遗传物质。
【要点二】噬菌体侵染细菌的实验
实验材料
T2噬菌体、大肠杆菌
过程、结果
①标记细菌
细菌+含35S的培养基→→含35S的细菌
细菌+含32P的培养基→→含32P的细菌
②标记噬菌体
噬菌体+含35S的细菌→→含35S的噬菌体
噬菌体+含32P的细菌→→含32P的噬菌体
④噬茵体侵染细菌
含35S的噬菌体＋细菌→→宿主细胞内没有35S，35S分布在宿主细胞外
含32P的噬菌体+细菌→→宿主细胞外几乎没有32P，32P主要分布在宿主细胞内
实验分析
过程3表明，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，噬菌体的DNA进入了细菌的内部
实验结论
DNA是遗传物质
【画龙点睛】
①噬菌体是一种专门寄生在细菌细胞内的病毒。
②用放射性同位素标记时，由于蛋白质一般含S不含P．DNA含P不舍S，所以用“P”和“S”来分别标记DNA和蛋白质。
③病毒无细胞结构，病毒的增殖方式为复制．而不是细胞分裂。
④本实验的实验思路是：
把DNA和蛋白质区分开．直接地、单独地去观察DNA和蛋白质的作用。
噬菌体侵染细胞的过程自然地将DNA和蛋白质分开。
【要点三】烟草花叶病毒感染烟草的实验
1、
实验过程
（1）完整的烟草花叶病毒————→烟草叶出现病斑
→蛋白质————→烟草叶不出现病斑
（2）
→RNA————→烟草叶出现病斑
2．实验结果分析与结论：
烟草花叶病毒的RNA能自我复制，控制生物的遗传性状，因此RNA是它的遗传物质。
【画龙点睛】病毒中的核酸只有一种．或者是DNA，或者是RNA，噬菌体以DNA作为遗传物质．烟草花叶病毒以RNA作为遗传物质。
【要点四】生物的遗传物质
1、遗传物质必须具备的特点：
①分子结构具有相对的稳定性；
②能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；
③能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢的过程和性状；
④能够产生可遗传的变异；
⑤具有贮存大量遗传信息的潜能。
2、各种生物的遗传物质比较
生物类型
遗传物质
案例
有细胞结构的生物
真核生物
细胞核中的是DNA
细胞质中的是DNA
动植物
原核生物
DNA
乳酸菌
非细胞结构的生物
DNA病毒
DNA
噬菌体
RNA病毒
RNA
烟草花叶病毒
【画龙点睛】1、绝大多数生物都是以DNA为遗传物质的，因此DNA是主要的遗传物质。
2、生物体同时含有DNA和RNA时，DNA是遗传物质，只有当生物体无DNA的情况下，RNA才是遗传物质。
即细胞生物以DNA为遗传物质，非细胞生物遗传物质是DNA或RNA。
清单二七
DNA分子的结构
一、知识结构
化学结构
基本组成单位：
脱氧核苷酸
单位组成成分：
1分子磷酸、1分子五碳糖、1分子含氮碱基
DNA分子的结构
单位连接方式：
聚合示意图：
结构模型：
双螺旋模型，提出者：
克里克和沃森
结构主要特点
结构主要特点
DNA分子由2条链组成，并按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
空间结构
其外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，碱基排列在内侧。
两链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基互补腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对A=T
配对原则鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对G≡C
特点：
多样性、稳定性、特异性
二、要点精析
【要点一】DNA分子结构
1、元素组成：
C、H、O、N、P（不含S）
2基本单位脱氧核苷酸．如图所示：
其中，○表示一分子磷酸；表示一分子脱氧核糖；表示含氮碱基．构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）。
脱氧核糖的结构简式如右图：
在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中，脱氧核糖的l号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分了相连。
3、一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示。
一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键（磷酸二酯键）相连接。
4．两条单链之间形成的碱基对表示如下
（1）①碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。
③配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两条氢键．G与C之间
形成三条氢键。
③配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。
5、DNA分子形成规则的双螺旋结构
（1）两条链反向平行，
②外侧为脱氧核糖与磷酸交替排列；
③内部为碱基互补配对。
【画龙点睛】DNA的分子结构可用数学模型“点→线→面→体”表示即“脱氧核苷酸→脱氧核苷酸链→二条链连接成的平面→规则的双螺旋结构”。
【要点二】DNA分子结构的主要特点
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克提出DNA分子双螺旋结构模型，其主要特点是：
1、DNA分子是由两条链组成的。
这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接．排列在外侧，构成骨架；碱基排列在内侧。
3、两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对．A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）配对。
碱基之间的这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则。
【画龙点睛】①DNA分子的双螺旋结构：
DNA分子含有两条脱氧核苷酸链，两条链按照反向平行方式向右盘绕成双螺旋．螺旋直径2.0nm,螺距为3.4nm，每个螺距有10对碱基．两个相邻碱基对平面的垂直距离为0.34nm。
②双螺旋结构的外侧是脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交互连接而成的长链．构成DNA分子的骨架。
③腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之间通过2个氢键相连．鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间通过3个氢键相连。
【要点三】碱基互补配对原则的应用
1在整个DNA分子中
DNA双链中的两种互补的碱基相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%。
A＝T G＝C；A+G=T+C；A+C=T+G：
⑨（A十G）/（T十C）=1。
2．在DNA两条互补链之间
（1）在DNA双链中的一条单链的（A十G）/（T十C）的值与另一条互补单链的（A十G）/（T十C）的值互为倒数关系。
（A。
+G。
）/（Tα+Cα）=m，互补链上（Aβ+Gβ）/（Tβ+Cβ）＝1/m
（2）DNA双链中，一条单链（A＋T）/G＋C）的值，与另一条互补链（A＋T）/G＋C）的值是相等的，也与整个DNA分子中（A＋T）/G＋C）的值是相等的。
3．整个DNA分子、DNA包含的两条单链、转录的RNA之间：
（1）在碱基数量上，在DNA和RNA的单链内，互补碱基的和相等，且等于双链DNA的一半。
即a链上的（A＋T）=b链上的（A＋T）=RNA分子中（A+U）=1/2DNA双链中的（A＋T）；a链上的（G＋C）=b链上的（G＋C）=RNA分子中（G+C）=1/2DNA双链中的（G＋C）；
（2）互补碱基的和占各自碱基的总数的比例在有意链、互补链中和DNA双链中是相等的，且等于RNA中与之配对碱基的和所占RNA中的比例。
即a链中（A＋T）占a链总数的百分数=b链中（A＋T）占b链总数的百分数=RNA中（A+U）占RNA总数的百分数=DNA双链中（A＋T）占双链中碱基总数的百分比简式为（G＋C）a=（G＋C）b=（G＋C）RNA。
（3）．在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于每条链中的平均百分数．若在其中一条链中多占n%．则在另一条链中廊少占n％。
4．DNA双链中，含某种碱基X个，复制n次，则需加入该碱基的脱氧核苷酸的分子数等于能与该碱基配对碱基的脱氧核苷酸的分子数，等于（2n-1）X个。
【要点四】制作DNA双螺旋结构模型时应注意的问题
1、严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。
2、制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意各分子的大小比例。
3、制作含氮碱基模型时：
（1）腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）的一端应剪成相互吻合的形状。
同理，鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）的端也应剪成另一种相互吻合的形状。
（2）这两种碱基对模型的长度应相等，以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。
4、制作脱氧核苷酸长链模型时，要注意三点：
（1）两条长链中核苷酸的个数必须相同：
（2）两条长链并排时，必须保证碱基之能够相互配对，（3）两条长链走向要相反。
5、旋转平面结构成立体结构时．如发现某结构部件有扭曲现象，应予以矫正
6、整个制作过程，各零件之间的连接应保持足够的牢固性，以免旋转时零件脱落。
清单二八
DNA分子的复制
一、知识结构
概念：
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
复制条件：
模板、原料、能量、酶
复制时间：
有丝分裂间期及减数第一次分裂前的间期
DNA分子的复制
复制主要场所：
细胞核（除此以外还有线粒体和叶绿体）
复制过程：
以DNA分子每条链为模板，以脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则进行复制
复制方式：
边解旋边复制
复制特点：
半保留方式
复制结果：
形成2条完全相同的DNA分子
复制后存在位置：
位于两条姐妹染色单体上
复制后分开时间：
着丝点分裂时，即有丝分裂后期或减数分裂第二次分裂后期
复制意义：
保持前后代遗传物质的稳定性及连续性
二、要点精析
【要点一】DNA分子的复制过程
1复制的时间：
体细胞的DNA分子复制发生在有丝分裂的间期。
生殖细胞的DNA复制发生在减数第一次分裂的间期。
2复制的场所：
DNA主要分布在细胞核内，细胞核是DNA复制的主要场所。
3复制的过程（下图）
（1）解旋：
亲代DNA在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，形成两条单链（母链）。
解旋是使两条链之间的氢键断裂，需ATP提供能量。
（2）子链合成：
以解开的两条母链为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料各自合成与母链互补的一条子链。
（3）子代DNA分子的形成两条母链分别与各自决定的子链组成两个完全相同的DNA分子。
4．复制的基本条件：
模板、原料、能量以及酶等。
5．复制的方式：
一是边解旋边复制．二是半保留复制。
6．复制结果：
一个亲代DNA分子形成了两个完全相同的子代DNA分子。
7．复制的意义保持了遗传信息的连续性。
【画龙点睛】①DNA分子复制并不是两条母链完全解开后合成新的子链。
②新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链（模板链）。
③DNA分子准确无误复制的原因有两点：
一是DNA分子具有独特的双螺旋结构；二是两条链之间的碱基具有互补配对的能力。
④DNA的半保留复制在一般情况下是准确无误的．这对于维持前后代之间遗传物质的稳定性，对于生物的遗传具有重要的意义。
但也会出现复制差错，导致基因突变（见变异部分）产生新基因，使遗传物质发生改变，产生变异。
这对于生物的进化有重要意义。
【要点二】关于DNA分子复制的有关计算
1．已知DNA分于中碱基数求复制n次与第n次所需某碱基数量。
若DNA分子复制n次则可产生2n个子DNA分子，由于DNA复制为半保留复制，则复制n次时，除第一代DNA（亲代DNA分子）的两条模板链不需新原料构建外，其余所有链无一不是新原料构建的，故所需原料应为：
总链数－2条模板链即相当于（2n －1）个DNA分子中的原料量．
当只需计算第n次所需原料量时，可据第n次产生2n个DNA分子，本次应需新构建子链2n条（每个子DNA均有一条新子链），这2n条新子链应相当于2n/2个子DNA故本次所需原料也应为2n/2个DNA乘以每个DNA中该原料量。
2、关于半保留复制的有关计算问题
已知某一条全部N原子被15N标记的DNA分子（0代），转移到含有14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下表：
世代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数
细胞中DNA分子在试管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
母链总数
不同脱氧核苷酸链占全部比
含15N分子
含14N和15N杂种分子
含14N分子
含15N的链
含14N的链
0
1
全在下部
1
2
1
0
1
2
全在中部
1
4
1/2
1/2
2
4
1/2中1/2上
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中3/4上
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
1/2n-1中
1－1/2n-1上
1/2n-1
1－1/2n-1
2n+1
1/2n
1－1/2n
【画龙点睛】15N标记的DNA分子放于14N的培养基中复制，结果是带有15N的DNA永远是2个（1条链15N，一条链14N），其余都是14N。
所以有：
两条链都为15N的DNA数：
一条链15N，一条链14N的DNA数：
两条链都为14N的DNA数=0：
2：
（2n－2）（n为复制次数）。
3、DNA双链中，含某碱基X个，复制n次，则需加该碱基的脱氧核苷酸分子数=（2n-1）X个。
【画龙点睛】有关DNA分子复制的计算问题，是高中生物课本中出现的少数几种生物计算题的类型之一，解决这一类问题，要抓住DNA分子的“半保留复制”这一特点，根据实际问题灵活分析。
【要点三】DNA半保留复制的实验
1、氯化铯密度梯度离心
氯化铯超速离心时．盐离子由于受到强大的离心力而被拉向离心管底部．同时溶液中存在的扩散作用与离心力相对抗，使Cs＋与Cl－分散在整个溶液中CsCl经过离心后，溶液达到一种平衡状态，扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡，形成一个连续的CsCl的浓度梯度，溶液的密度在离心管底部最大．顶部最小。
如果DNA分子溶解在CsCl中，它们会逐渐集中在一条狭窄的带上，则DNA分子的密度恰好与那一点的CsCl密度相等，若用同位素标记DNA分子，则使DNA的密度不同，然后利用DNA能吸收紫外线的特点，用光源照射则在照相底板
上就出现了DNA的不同位置。
2过程（下图）
3．结果：
（见下图）
注：
分裂多次的结果中其实还有两条DNA单链为15N标记的，但因分裂多次，在整个DNA中含量很少，可以忽略。
【画龙点睛】此实验的实验原理不要求学生掌握，简单了解本实验中实验结果即可。
本实验中两条单链都含14N的DNA分子位于轻带（离心管上部），一条单链含15N，一条单链含14N的DNA分子位于中间带（离心管中部），两条单链都含15N的DNA分子位于重带（离心管底部）。
清单二九
基因是具有遗传效应的DNA片段
一、知识结构
基因与DNA关系的实例
基因概念
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序
DNA片段中的遗传信息
碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性
碱基的特定排列顺序又构成了每一个DNA分子的特异性
基因：
是具有遗传效应的DNA片段
二、要点精析
【要点一】基因的概念
基因的概念可总结为以上三个方面：
1、基因是遗传的基本物质和功能单位
2基因携带着遗传信息
3基因是组成一个转录区域和转录调节的一段DNA序列。
【画龙点睛】①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。
②基因携带着遗传信息
③基因是有遗传效应的DNA片段。
【要点二】基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系
关系
内容
基因与脱氧核苷酸
基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。
基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息
基因与DNA
基因是有遗传效应的DNA片段．每个DNA分子上有很多个基因
基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体
基因与生物性状
基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可“使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状。
遗传学上把这过程叫做基因的表达
图示
【画龙点睛】对于真核细胞来说，基因（核基因）在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体，细胞质基因在线粒体叶绿体中的DNA分子上；对于原核细胞来说．基因则是在拟核中的DNA分子上，没有染色体这一载体。
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