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五 遗传、变异和进化 1、遗传的物质基础 (1)DNA是主要的遗传物质 ① 生物的遗传物质：在整个生物界中绝大多数生物是以DNA作为遗传物质的。有DNA的生物（细胞结构的生物和DNA病毒），DNA就是遗传物质；只有少数病毒（如艾滋病毒、SARS病毒、禽流感病毒等）没有DNA，只有RNA，RNA才是遗传物质。 ②证明DNA是遗传物质的实验设计思想：设法把DNA和蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA的作用。 (2)DNA分子的结构和复制 ①DNA分子的结构 a.基本组成单位：脱氧核苷酸（由磷酸、脱氧核糖和碱基组成）。 b.脱氧核苷酸长链：由脱氧核苷酸按一定的顺序聚合而成 c.平面结构：d.空间结构：规则的双螺旋结构。 e.结构特点：多样性、特异性和稳定性。 ②DNA的复制 a.时间：有丝分裂间期或减数第一次分裂间期 b .特点：边解旋边复制；半保留复制。 c.条件：模板（DNA分子的两条链）、原料（四种游离的脱氧核苷酸）、酶（解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶等），能量（ATP） d.结果：通过复制产生了与模板DNA一样的DNA分子。 e.意义：通过复制将遗传信息传递给后代，保持了遗传信息的连续性。 (3)基因的结构及表达 ①基因的概念：基因是具有遗传效应的DNA分子片段，基因在染色体上呈线性排列。 ②基因的结构：基因中的碱基序列要可分为非编码区和编码区，非编码区（调控序列）中最重要的是RNA聚合酶结合位点。原核生物的编码区是连续的；真核生物的编码区是间隔的、不连续的，由外显子和内含子交替排列而成（非编码区和内含子叫非编码序列）。 ③基因控制蛋白质合成的过程： 转录：以DNA的一条链为模板通过碱基互补配对原则形成信使RNA的过程。 翻译：在核糖体中以信使RNA为模板，以转运RNA为运载工具合成具有一定氨基酸排列顺序的蛋白质分子 2、基因工程简介 (1)基因工程的概念 标准概念：在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组细胞在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。 通俗概念：按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。 (2)基因操作的工具 A．基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。 ①分布：主要在微生物中。 ②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 ③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 B．基因的针线——DNA连接酶。 ①连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键。 ②结果：两个相同的黏性未端的连接。 C．基困的运输工具——运载体 ①作用：将外源基因送入受体细胞。 ②具备的条件：a、能在宿主细胞内复制并稳定地保存。b、 具有多个限制酶切点。 c、有某些标记基因。 ③种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 ④质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。 (3)基因操作的基本步骤 A．提取目的基因 目的基因概念：人们所需要的特定基因，如人的胰岛素基因、抗虫基因、抗病基因、干扰素基因等。 提取途径： ①直接分离基因：从体细胞的DNA中直接分离基因。 常用方法：“鸟枪法”或“散弹射击法”——用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段载入运载体，通过运载体分别转入不同的受体细胞，使这些DNA片段大量扩增，找出含目的基因细胞，从中分离出目的基因。 优点：操作简便。 缺点：工作量大，具有一定的盲目性。 ②人工合成基因：适用于获取真核细胞中的目的基因。 B．目的基因与运载体结合 用同一种限制酶分别切割目的基因和质粒DNA（运载体），使其产生相同的黏性末端，将切割下的目的基因与切割后的质粒混合，并加入适量的DNA连接酶，使之形成重组DNA分子（重组质粒） C．将目的基因导入受体细胞 常用方法：可以将受体细胞为细菌的用氯化钙处理，增大细菌细胞壁的通透性，使重组质粒导入细菌细胞中。常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌、动植物细胞 D．目的基因检测与表达 检测方法如：质粒中有抗菌素抗性基因的大肠杆菌细胞放入到相应的抗菌素中，如果正常生长，说明细胞中含有重组质粒。 表达：受体细胞表现出特定性状，说明目的基因完成了表达过程。如：抗虫棉基因导入棉细胞后，棉铃虫食用棉的叶片时被杀死；胰岛素基因导入大肠杆菌后能合成出胰岛素等。 3、遗传的基本规律 (1)基因