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高中生物知识点关于DNA的那些事!

高中生物 05-11 浏览量: 分享:
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高中生物知识点关于DNA的那些事!三好网在线一对一老师本期总结了关于DNA的知识,其主要是帮大家理清楚遗传学研究的思路,以便于做概念性辨析方面的选择题。尤其对于划横线的概念与术语,大家要重点注意。这些内容大家可以轻松翻阅。

 

 

  【遗传规律的发现】

 

  ◇1866年,孟德尔发表了他一生之中的唯一一篇涉及其八年研究成果的公开论文,阐述了自己所做的豌豆杂交实验。他提出:生物的性状由成对的遗传因子控制,并且遵循分离定律和自由组合定律。现代遗传学就此诞生了。

 

  ◇在孟德尔之前,其实已经有许多科学家做过动物或植物的杂交实验,但为什么只有孟德尔成功的发现了遗传定律呢?原因有四:

 

  ①他选取了一种堪称完美的实验材料——豌豆;

 

  ②他采用了从简单到复杂的方式进行探索:先分析一对性状,得到结果和推论之后再分析两对、多对性状;

 

  ③他设计了严谨而科学的实验研究方法:假说—演绎法;

 

  ④他引入了统计学的方法进行遗传学分析(这是生物学史上的第一次,也是他的论文不被当时的生物学家所重视的原因之一,因为大家没办法理解统计学居然能和遗传联系起来。

 

  ◇可惜的是,从拉马克到达尔文,同时代的人们都只能理解更符合直觉的用进废退和获得性遗传理论,没有人认为一个奥地利的默默无名的神甫的论文会提出多么惊人的发现。直到1900年,有三位来自不同国家的科学家分别独立地发现和验证了孟德尔定律的正确性。孟德尔的论文才又从故纸堆里重见天日,他的名字也因此开始迅速传遍了欧美。

 

  【遗传因子在哪里?】

 

  ◇孟德尔提出的遗传因子这个概念,在当时仅仅是一个抽象的术语,包括他自己也不明白遗传因子究竟会是什么东西。1909年, 丹麦科学家约翰逊将遗传因子改名为基因,并提出基因型和表现型两个概念,以区分生物的基因组成和性状表现。但对于基因到底在哪里,人们依旧一无所知。

 

  ◇让我们回到细胞这个层次来看,在19世纪八十年代的时候科学家们发现了有丝分裂和减数分裂现象,并且观察到了染色体这一结构。当时就有科学家做出了大胆预言:染色体和遗传有关。但直到1903年, 才有一位科学家——萨顿发现了染色体行为和孟德尔所提出的遗传因子的行为存在高度一致性,他因此提出一个假说:基因在染色体上。不过在经历了一次短暂转行之后他没再继续这方面的工作,未满40岁就英年早逝。

 

  ◇到了1909年,对孟德尔和萨顿的理论极度反感的摩尔根决定要做出实验成果来验证这两人的错误,他开始选择果蝇作实验材料。但通过对白眼果蝇的伴性遗传现象研究,他得出了一个让自己也大吃一惊的结论:控制白眼和红眼的基因位于性染色体上。在接下来的多年研究里,他证明了基因在染色体上呈现直线排列,创立了细胞遗传学,并因此获得了1933的诺贝尔奖。

 

  【遗传物质是什么?】

 

  ◇摩尔根在其经典著作《基因论》中预测:基因是一种化学实体。但生物学家和化学家、物理学家一起又花了接近半个世纪才搞清楚这种化学实体究竟是什么、长什么样子。这里要提到的是生物学史上一个著名的争论:DNA与蛋白质之争。

 

  ◇在摩尔根确认基因在染色体上的当时,生物学家对蛋白质的研究是领先DNA30年的,那时候蛋白质的结构才刚刚被发现不久,大家在惊叹于蛋白质结构的多样性和复杂性之余,不免开始认为正是这种复杂的大分子在遗传中起了主要作用。

 

  ◇观念的改变要从1928年说起,格里菲斯从肺炎双球菌的研究中发现:细菌的遗传信息会因为转化而发生改变(R型菌 → S型菌),因此他提出了转化因子这个概念。但当时大家都默认为这个东西大概是蛋白质,格里菲斯也就继续忙于研究他的肺炎双球菌,把转化因子这件事抛在了脑后。

 

  ◇在格里菲斯发表论文的16年后,也就是1944年,艾弗里看到了格里菲斯的论文,决定设计实验研究一下这个转换因子是什么。这个著名的肺炎双球菌体外转化实验证明了S型菌的DNA是诱导R型菌发生转化的因子。但是当时的主流科学家还是固执地认为这可能是DNA中没有分离干净的杂质蛋白质在起作用。

 

  ◇直到1952年,赫尔希和他的学生蔡斯做的噬菌体侵染大肠杆菌的实验以巧妙的方法证明了DNA有传递遗传信息的功能,而蛋白质则是由DNA的指令合成的。至此,学术界才接受了DNA是遗传物质的这一观点,那么下一个问题就来了:DNA到底长什么样子?

 

  ◇一场以英美学者为种子选手、他国学者参与陪跑的竞赛开始了。一年以后,来自剑桥大学的沃森和克里克拔得了头筹,提出了著名的DNA双螺旋结构。为什么他们俩的成功速度这么快?因为他们早早地注意到了艾弗里的实验,以天才般的直觉意识到了DNA的重要性,因此从1951年开始他们俩就开始了DNA结构的研究,领先了其他科学家两年。

 

  ◇后来的事情大家都知道了,由于DNA分子结构的发现开创了现代分子生物学,沃森和克里克与和他们共同工作的化学家威尔金斯一道分享了1962年的诺贝尔奖。

 

  【遗传信息如何复制传递】

 

  ◇在提出DNA结构的论文里,沃森和克里克两人就大胆指出DNA的遗传信息很可能是通过半保留复制的方式传递。 1958年,Meselson 和Stahl 采用重同位素15N作标记证明了这一过程。

 

  ◇另一方面,克里克则在1957年进一步提出一个振动人心的观点:中心法则(DNA → RNA →蛋白质)。这样,遗传物质与相关性状的联系就建立起来了。至于4种碱基究竟是如何编码20种氨基酸的呢?克里克提出并用实验证明了遗传密码由三个一组的碱基构成。但要等到1961年,尼伦伯格与霍拉纳证明了与苯丙氨酸对应的遗传密码是UUU,第一个密码子才就此被发现。5年后,所有密码子被宣布全部破译完毕。

 

  【生物学的大发展】

 

  ◇至此,我们对遗传的解释已经深入到了分子水平,许多以前无法理解的问题现在终于得到了解决,更多的新领域也因此而开启。在搞清楚了基因如何控制性状之后,基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程相继诞生。可以说,没有前面这些科学家前仆后继的努力,就没有现代生物学的繁硕成果!

 

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