第三章 基因的概念和结构
DNA的结构-高一生物课件(人教版2019必修2)
1.模型构建者
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克
2.构建依据
（2）1951年威尔金斯和富兰克林获得了DNAX射线的衍射图谱；
（3）1952年查哥夫发现在DNA中，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量；
（1）20世纪30年代，科学家认识到DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。
3.研究DNA结构常用的方法：
X射线晶体衍射法
DNA衍射图谱
（X意味着DNA分子是螺旋的）
DNA是螺旋结构
双螺旋？
三螺旋？
搭建的多种模型都被否定
一.DNA双螺旋结构模型的构建
查哥夫法则的发现
奥地利生物化学家查哥夫
查哥夫通过测定多种生物DNA中碱基的含量，提出了查哥夫法则：
在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。（A=T , G=C）
G.C比例越高，DNA结构越稳定
三个要点：
1.
双链
（反向平行）
2.
外侧：
脱氧核糖和磷酸交替连接，
3.
内侧：
碱基对
A
T
G
C
碱基互补配对原则
基本骨架
游离磷酸基
DNA的空间结构
DNA的结构特点
5’
3’
5’
3’
1’
2’
3’
4’
5’
脱氧核糖上与碱基相连的的碳叫做____，与磷酸基团相连的碳叫做______；
三.DNA的结构特性
⑴两条链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
⑵外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接成基本骨架；
洛阳市高中生物必修二第三章基因的本质重点知识归纳
洛阳市高中生物必修二第三章基因的本质重点知识归纳单选题1、赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质，下列关于该实验的叙述正确的是A．实验中可用15N代替32P标记DNAB．噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的C．噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌D．实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA答案：C分析：T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌→用搅拌器搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质分布情况。
实验结论：DNA是遗传物质。
N是蛋白质和DNA共有的元素，若用15N代替32P标记噬菌体的DNA，则其蛋白质也会被标记，不能区分噬菌体的蛋白质和DNA，A错误；噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA做模板，利用大肠杆菌体内的原料编码合成，B错误；子代噬菌体DNA合成的模板来自于亲代噬菌体自身的DNA，而合成的原料来自于大肠杆菌，C正确；该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。
2、生物体的化学分子可被赋予一些生命特征。
下列说法正确的是（）A．有的核酸可以降低某些化学反应的活化能B．在一般低温条件下，蛋白质的空间结构会遭到破坏C．植物中水的含量与植物的抗旱、抗寒能力大小没有关系D．DNA多样性的原因之一是其空间结构千差万别答案：A分析：细胞内的水的存在形式是自由水和结合水，结合水是细胞结构的重要组成成分；自由水是良好的溶剂，是许多化学反应的介质，自由水还参与许多化学反应，自由水对于营养物质和代谢废物的运输具有重要作用；自由水与结合水不是一成不变的，可以相互转化，自由水与结合水的比值越高，细胞代谢越旺盛，抗逆性越低，反之亦然。
A、酶的作用机理是降低化学反应的活化能，酶的本质除了蛋白质外，还有少量的RNA，因此有的核酸（RNA类酶）可以降低某些化学反应的活化能，A正确；B、在低温环境条件下，蛋白质会失去活性，但它的空间结构不会遭到破坏，B错误；C、结合水是细胞结构的重要组成成分，植物中结合水的含量与植物抗旱、抗寒性大小有密切关系，C错误；D、DNA分子具有独特的双螺旋结构，DNA分子具有多样性的原因是其四种脱氧核苷酸排列顺序不同，D错误。
第三章 DNA的分子结构及性质
碱基：嘧啶（pyrimidine, Py） 嘌呤（purine, Pu）
Are there other types of base?
组成核酸的碱基 腺嘌呤Adenine
NH2 N
鸟嘌呤Guanine
O
N
N NH
N H
N
N H
N
NH 2
Structure of A and G
胞嘧啶Cytosine
复性条件： 1.有足够的盐浓度以消除磷酸基的静电斥力 0.15 ~ 0.5 mol/L NaCl 2. 有足够高的温度以破坏无规则的链内氢键 (但不能太高, 否则配对碱基之间的氢键又难 以形成) 一般: 低于 Tm 20 ~ 25 度的温度
6. 核酸的分子杂交（ molecular hybridization )
Chargaff rule： 碱基配对 A=T; G=C 嘧啶=嘌呤 T+C=A+G
G+C含量对 DNA链稳定 性的影响？
氢键组合类型 的多样化？
对建立DNA 双螺旋结构有直接影响的两个主要依据： (2)Wilkins及其同事Franklin等用X射线衍射方法获 得的DNA结构资料： 其影像表明了DNA结构的螺旋周期性,碱基的空间取 向等。
第三章
DNA的分子结构
Molecular structure of DNA
1. 核酸的基本组成和一级结构
1.1 核酸的发现
1869年，F. Miescher (Swiss) 从脓细胞中提取 到一种富含磷元素的酸性化合物, 因存在于细胞核 中而将它命名为"核质"(nuclein)。 核酸 (nucleic acids) 于20年后才被正式启用。
DNA 的四链结构
高中生物必修2第3章 基因的本质
T
链盘旋成双螺旋结构。
A
T
C
G
G
C
A
T
G
C
A
T
C
G
A
T
A
T
C
G
G
C
A
T
G
C
DNA分子的结构特点
（1）DNA分子是由两条 反向平行的脱氧核苷酸长 链盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子中的脱氧核 糖和磷酸交替连接，排列 在外侧，构成基本骨架； 碱基在内侧。
A
T
C
G
碱基对 碱基对 氢键
嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且 A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对 应的关系就叫做碱基互补配对原则。
主要元素 ——C、H、O、N、P
磷酸
C5 O
C4 脱氧 C1 核糖
C3
C2
脱氧核苷酸
A 含氮碱基 T
C G
脱氧核苷酸的种类
A 腺嘌呤脱氧核苷酸
G 鸟嘌呤脱氧核苷酸
C 胞嘧啶脱氧核苷酸
T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
A
T
氢键
T
A
磷酸二酯键
G
C
C
G
平面结构
立体结构
5
A
3
C
A
T
3 5
DNA分子的结构特点
G
（1）DNA分子是由两条 反向平行的脱氧核苷酸长
是在亲代噬菌体的DNA作用下， 利用细菌的原料等条件在细菌 体内的增殖的。
子代噬菌体的蛋白质和DNA分别是 怎样形成的？
子代噬菌体的DNA是亲代噬菌体DNA自 我复制形成的，蛋白质是在亲代噬菌 体DNA指导下合成的。
浙江版生物必修二第三章 第四节 第1课时 遗传信息的转录和翻译
2.染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间具有一定的逻辑关系,下列说法 正确的是( ) A.基因是DNA上任意一个片段,一个DNA上可含有很多个基因 B.染色体是DNA的载体,一条染色体上含有1个或2个DNA分子 C.由120个脱氧核苷酸组成的DNA分子片段种类数最多可达4120 D.等位基因的脱氧核苷酸序列相同
三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成 1.翻译概念:以mRNA为模板,合成具有一定的氨基酸顺序的蛋白质的过程。 2.场所或装配机器:核糖体。 3.遵循原则:碱基互补配对原则。 4.条件:模板——mRNA、原料——氨基酸、工具——tRNA等。
5.过程图解 6.产物:多肽链。
预习反馈
1.判断正误。 (1)核糖体是合成蛋白质的场所,遇到起始信号便开始蛋白质的合成。 (√ ) (2)翻译时一个mRNA上只能结合1个核糖体。( × ) (3)起始密码子能决定氨基酸,但终止密码子不决定氨基酸,tRNA上的反密 码子能识别密码子。( √ ) (4)mRNA上3个相邻的碱基就是一个遗传密码,mRNA和核糖体特异性结 合。( × ) (5)蛋白质合成时,核糖体认读mRNA上的遗传密码,选择相应的氨基酸加到 延伸的肽链上,多肽链合成结束,mRNA脱离核糖体并进入下一个循环。 (× )
课堂篇 探究学习
探究点一 转录与翻译 右图为蛋白质的合成图示,思考解决下列问题。
1.mRNA与核糖体有怎样的数量关系?有何意义? 提示 一个mRNA上可同时结合多个核糖体。少量的mRNA分子可以迅速 合成出大量的蛋白质。
2.上图中核糖体在mRNA上向什么方向移动的?判断依据是什么? 提示 从左向右。判断依据是根据多肽链的长短,长的翻译在前。 3.图示过程合成的直接产物是蛋白质分子吗? 提示 不是,合成的仅是多肽链,要形成蛋白质还需要进一步加工,如运送至 内质网、高尔基体等结构中加工。 4.图中是4个核糖体共同完成一条多肽链的合成,还是合成出4条不同的多 肽链? 提示 因为模板mRNA相同,所以图示中4个核糖体合成了4条相同的多肽链, 而不是4个核糖体共同完成一条多肽链的合成,也不是合成出4条不同的多 肽链。
第三章 第一节 基因工程（基因表达载体的构建）
4．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C （图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列 操作与实验目的不符的是（ C ）
A．用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ和连接酶构建重组质粒 B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用DNA分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
三、目的基因及其表达产物的检测鉴定
1．检测与鉴定的内容、方法
阅读教材98~99页的内容，根据表格提示的项目填写表格中缺 少的内容。
检测水平
分子水 DNA 平的检 RNA
测 蛋白质 个体水平的检测
检测内容
方法
结果显示
1．检测与鉴定的内容、方法
检测水平
检测内容
方法
结果显示
检测转基因生物的染色体 DNA分子杂交法（基因探针
3．对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，因为受精卵的全 能性高，而高度分化的动物体细胞的全能性受到限制。
4．大肠杆菌和酵母菌在基因工程中都可以作为受体细胞，但 又有所不同。大肠杆菌为原核生物，而酵母菌为真核生物（具有 多种细胞器），所以酵母菌在用于生产需要加工和分泌的蛋白质 时比大肠杆菌有优势。 有内质网和高尔基体
2．病毒感染法 用病毒DNA与目的基因一起构建的载体，去感染受体动物细胞， 也能使目的基因导入动物细胞内。
（三）将目的基因导入微生物细胞 1．感受态细胞 经过适当的处理（如用Ca2+处理）后，细胞质膜对DNA的通透性会
发生改变，细胞变得容易接受外来的DNA，处于这种状态的细胞称为 感受态细胞。
2．过程
Ca2+处理微生物细胞
感受态细胞
第三章_人类基因组计划
20世纪，人类科学历程中的三大研究计划将 永垂史册：
40年代的曼哈顿原子弹计划 60年代的阿波罗登月计划 90的人类基因组计划（生命科学登月计
划）
基因、基因组的概念
基因：是遗传的基本物质和功能单位，DNA序列
中的一段脱氧核苷酸序列，是DNA分子中最小 的 功能单位。或者说，基因是决定一个生物物种的 所有生命现象的最基本的因子。
人类基因组是全人类的共同财富和遗产。人类 基因组序列图不仅奠定了人类认识自我的基石，推 动了生命与医学科学的革命性进展，而且为全人类 的健康带来了福音，使我们向着更加幸福的未来迈 出了意义非凡的一步。 我们向参与“人类基因组计划”的所有工作人 员致以热烈的祝贺！他们的创新与奉献，在科学技 术发展史上书写了光辉的一页；他们的杰出成就， 将永远成为人类历史上的一个里程碑！ 我们积极倡议，全世界来共同庆祝“人类基因 组计划”所取得的科学成就。
HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生
命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存 在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰 老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。 列分析，遗传图、物理图、序列图是最优先考虑的 目标，必须保质保量完成的是DNA序列图。
HGP的主要任务是人类基因组的基因图的构建和序
日本
在美国的推动下于1990年开始的 。
日本对DNA序列图的贡献7％。 但与日本的其它领域的领先地位相比，日本的人类
基因组仍划”成立于1990年年底，诺贝
尔奖金获得者道赛特以自己的奖金建立了“人类多 态性研究中心”。法国民众至少捐助了5000万美元。 “人类多态性研究中心”与相关机构为基因组研究， 主要特点是注重整体基因组、cDNA和自动化。尤 其是第一代物理图与遗传图的构建作出了不可磨灭 的贡献。
郑州市高中生物必修二第三章基因的本质必考知识点归纳
郑州市高中生物必修二第三章基因的本质必考知识点归纳单选题1、把含14N的大肠杆菌培养在氮源为15N的培养液中。
完成一次细胞分裂后，再放回氮源为14N的环境中培养，DNA复制一次后，将大肠杆菌进行密度梯度离心，分离DNA，如果DNA是以半保留方式复制，则DNA组成分析应为（）A．3/4轻氮型、1/4中间型B．1/4轻氮型、3/4中间型C．1/2中间型、1/2重氮型D．1/2轻氮型、1/2中间型答案：D分析：含14N的DNA放在15N环境中复制一次，则形成的DNA一条链中含14N，另一条链中含15N，再返回原环境，一个中间型DNA复制两次，形成四个DNA，这四个DNA中有3个DNA的两条链均是14N ，1个DNA的一条链中含14N，另一条链中含15N。
将含14N的大肠杆菌转移到含15N的培养液中，完成一次细胞分裂后所形成的2个子代DNA分子都是中间型，再放回原环境中复制一次后，形成4个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含15N，另一条链含14N；另外2个DNA分子两条链均含14N，所以子代DNA组成分析为1/2轻氮型、1/2中间型。
ABC错误，D正确。
故选D。
小提示：2、发现DNA是生物的遗传物质之后，科学家又将目光转向部分不含DNA的RNA病毒，烟草花叶病毒（TMV）就是其中的一种，它能使烟草叶片出现花叶病斑。
下图为相关的实验过程，下列叙述不正确的是（）A．通过本实验能够证明极少数病毒的遗传物质是RNAB．图中用X溶液处理TMV的目的是将病毒的RNA和蛋白质分离C．组成RNA的化学元素是C、H、O、N、PD．该实验能够说明蛋白质不是TMV的遗传物质答案：A分析：核酸根据五碳糖不同分为DNA和RNA，含有DNA和RNA的生物的遗传物质是DNA，只含有RNA的生物的遗传物质是RNA；具有细胞结构的生物含有DNA和RNA，遗传物质是DNA，病毒只含有DNA或RNA一种核酸，遗传物质是DNA或RNA。
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第四章基因的概念和结构
●遗传因子假说(Hypothesis of the inherited factor)
•生物性状由遗传因子控制
•亲代传给子代的是遗传因子(A,a….)
•遗传因子在体细胞内成双(AA,aa), 在生殖细胞内为单（A,a）
•杂合子后代体细胞内具有成双遗传因子(Aa)
•等位的遗传因子独立分离, 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中。
●基因的概念的提出
①．孟德尔：把控制性状的因子称为遗传因子。
如：豌豆红花(C)、白花(c)、植株高(H)、矮(h)。
②．约翰生：基因(gene)取代遗传因子。
③．摩尔根：对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染色体为主体的经典遗传学。
基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。
基因：是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位，又是突变单位。
“三位一体” 。
♣交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。
♣突变单位：一个基因能突变为另一个基因。
♣功能单位：控制有机体的性状。
●等位基因（Allele, Allomorph）载荷在同源染色体对等座位上的二个基因，这二个成对的基因称为等位基
因。
●复等位基因（Allele, Allomorph）同一座位存在的两个以上不同状态的基因, 其总和称之为复等位基因
（multiple alleles）如，红细胞血型，白细胞抗原…。
●拟等位基因：所谓的拟等位基因表型相似，但在位置上并不等位。
●顺反子：是一个遗传的功能单位，一个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。
●内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段；
●外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。
●断裂基因（间隔基因）：真核生物的结构基因是由若干exon和intron 相间隔排列的序列组成的间隔基因。
●重叠基因:指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。
●转座因子：指染色体组上可以转移（或转坐）的基因。
即跳跃基因(jumping gene)或可动基因(mobile gene)。
●癌基因：癌基因是指其编码的产物与细胞的肿瘤性转化有关的基因。
是一类会引起细胞癌变的基因。
●抑癌基因或抑肿瘤基因，又叫抗癌基因：是指能够抑制细胞癌基因活性的一类基因，其功能是抑制细胞周
期，阻止细胞数目增多以及促使细胞死亡。
●细胞质遗传的特点：
1.正交和反交的遗传表现不同。
2.连续回交，母本核基因可被全部置换掉，但由母本细胞质基因所控制的性状仍不会消失；
3.非孟德尔遗传又称非染色体遗传、染色体外遗传、核外遗传、母性遗传。
一切受细胞质基因所决定的性
状，其遗传信息一般只能通过卵细胞传给子代，而不能通过精细胞遗传给子代。
●线粒体DNA分子特点：
⑴mt DNA一般呈圆环，非常小，仅为核DNA十万分之一。
⑵没有内含子，几乎每一对核苷酸都参与一个基因的组成；
⑶无重复序列，许多基因序列是重叠的；
⑷线粒体基因组能够自我复制，转录和合成少数蛋白质，大部分由核基因编码。
⑸线粒体自身结构和生命活动受核基因参与和控制，核基因遗传是主宰。
●叶绿体DNA的分子特点:
①.ct DNA与细菌DNA相似，裸露的DNA；
②.闭合双链环状结构；
③.多拷贝：高等植物每个叶绿体中有30~60个DNA，整个细胞约有几千个DNA分子；藻类中，叶绿体中
有几十至上百个DNA分子，整个细胞中约有上千个DNA分子。
④. 线粒体基因组能够自我复制，转录和合成少数蛋白质，大部分由核基因编码。
⑸.线粒体自身结构和生命活动受核基因参与和控制，核基因遗传是主宰。
●思考题：
一、名词解释
1、等位基因；
2、复等位基因；
3、拟等位基因；
4、顺反子；
5、顺反子；
6、Ac-Dc ；
7、.转座子；
8、IS；
9、断裂基因；10、外显子和内含子；11、重叠基因;8.RNA剪接12、反转录转座子；
13、癌基因； 14、抑癌基因；15、核外遗传；16、雄性不育；17、正交和反交；
二、填空：
1. 假定母本的白花性状是细胞质基因决定的，父本的红花性状是它的相对性状，红花对白花为显性。
当父本授粉给白花母本时，代的表现型为。
产生这一结果的细胞学原因是。
2、目前解释核质不育机制的假说是，这个假说认为细胞质不育的基因位于之上。
3、三系配套所指的三是、、。
三、问答题：
1、真核生物基因结构特点？
2、简述AB不同血型输血反应?
3、以大肠杆菌为例简述原核生物基因结构特点？
4、简述玉米Ac-Dc系统转座机理？
5、v-onc的来源以及癌变机理？
6、质-核互作雄性不育的遗传特点？
7、核外遗传的特点？
8、从现有科学事实，怎样正确理解在遗传中细胞核和细胞质之间的关系？
9、现有两个玉米雄性不育系，1个为细胞质雄性不育系，另1个为细胞核雄性不育系，如何才能将这两个雄性不育系区分开来？。