遗传物质发现的实验及其内容:1、遗传物质:
①概念:能单独传递遗传信息的物质。
②遗传物质的主要载体是染色体。
③作为遗传物质应具备的特点是:
a、分子结构具有相对稳定性;
b、能自我复制,保持上下代连续性;
c、能指导蛋白质合成;
d、能产生可遗传变异。
2、实验:包括肺炎双球菌转化实验、艾弗里证明DNA是遗传物质的实验(肺炎双球菌体外转化实验)、T
2噬菌体侵染细菌的实验(用分别含有放射性同位素
35S和放射性同位素
32P培养基培养大肠杆菌。)、烟草花叶病毒的感染和重建实验。
实验证明DNA是主要的遗传物质,少部分生物的遗传物质是RNA。
(1)肺炎双球菌转化实验:
①肺炎双球菌
|
S型细菌 |
R型细菌 |
菌落 |
光滑 |
粗糙 |
菌体 |
有多糖类荚膜 |
无多糖类荚膜 |
毒性 |
有毒性,使小鼠患败血症死亡 |
无毒性 |
②肺炎双球菌体内转化实验
a、研究者:1928年,英国科学家格里菲思。
b、实验材料:S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
c、实验原理:S型肺炎双球菌使小鼠患败血病死亡;R型肺炎双球菌是无毒性的。
d、实验过程:
e、结论: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。
(2)艾弗里证明DNA是遗传物质的实验(肺炎双球菌体外转化实验):
a、研究者:1944年,美国科学家艾弗里等人。
b、实验材料:S型和R型肺炎双球菌、细菌培养基等。
c、实验设计思路:把DNA与其他物质分开,单独直接研究各自的遗传功能。
d、实验过程及分析
e、实验分析:①只有S型细菌的DNA能使R型细菌发生转化。 ②DNA被水解后不能使R型细菌发生转化。
d、实验结论:①S型细菌的DNA是“转化因子”,即DNA是遗传物质。 ②同时还直接证明蛋白质等其他物质不是遗传物质。
(3)T
2噬菌体侵染细菌的实验:
a、研究着:1952年,赫尔希和蔡斯。
b、实验材料:T
2噬菌体和大肠杆菌等。
c、实验方法:放射性同位素标记法。
d、实验思路: S是蛋白质的特有元素,DNA分子中含有P,蛋白质中几乎不含有,用放射性同位素
32P和放射性同位素
35S分别标记DNA和蛋白质,直接单独去观察它们的作用。
e、实验过程:标记细菌→标记噬菌体→用标记的噬菌体侵染普通细菌→搅拌离心。
科学家首先用放射性同位素
35S标记了一部分噬菌体的蛋白质,并用放射性同位素
32P标记了另一部分噬菌体的DNA,然后,用被标记的T
2噬菌体分别去侵染细菌(上图),当噬菌体在细菌体内大量增殖时,生物学家对被标记物质进行测试。
f、测试的结果表明,噬菌体的蛋白质并没有进入细菌内部,而是留在细菌的外部,噬菌体的DNA却进入了细菌体内,可见,噬菌体在细菌内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。即结论:在噬菌体中,亲代和子代间具有连续性的物质是DNA,即子代噬菌体的各种性状是通过亲代 DNA传给后代的,DNA才是真正的遗传物质。
体内转化实验与体外转化实验的比较:
|
体内转化实验 |
体外转化实验 |
实验者 |
格里菲思 |
艾弗里及同事 |
培养细菌 |
用小鼠(体内) |
用培养基(体外) |
实验原则 |
R型细菌与S型细菌的毒性对照 |
S型细菌各成分作用的相互对照 |
实验结果 |
加热杀死的S型细菌能使R型细细菌转化为S型细菌 |
S型细菌的DNA使R型菌转化为S型细菌 |
实验结论 |
S型细菌体内有“转化因子” |
S型细菌的DNA是遗传 物质 |
两实验联系: |
(1)所用材料相同,都是肺炎双球菌R型和S型 (2)体内转化实验是基础,仅说明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)两实验都遵循对照原则、单一变量原则 |
肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较:
1.实验设计思路比较
|
艾弗里实验 |
噬菌体侵染细菌实验 |
思路相同 |
设法将DNA与其他物质分开,单独、直接研究它们各自不同的遗传功能 |
处理方式有区别 |
直接分离:分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型细菌混合培养 |
同位素标记法:分别标记DNA和蛋白质的特殊元素(32P和35S) |
2.两个实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
3.实验结论比较
(1)肺炎双球菌转化实验的结论:证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。
(2)噬菌体侵染细菌实验的结论:证明DNA是遗传物质,不能证明蛋白质不是遗传物质,因为蛋白质没有进入细菌体内。知识点拨:
1、上清液和沉淀物中都有放射性的原因分析:
①用
32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中有少量放射性的原因:
a.保温时间过短,部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射陡。
b.保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代,经离心后分布于上清液中,也会使上清液的放射性含量升高。
②用
35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中也有少量放射性的原因:由于搅拌不充分,有少量
35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中,使沉淀物中出现少量的放射性。
2、关于噬菌体侵染细菌实验中放射性元素的去向问题
①若用
32P和
35S标记病毒而宿主细胞未被标记,相当于间接地将核酸和蛋白质分开,只在子代病毒的核酸中有
32p标记。
②若用
32p和
35S标记宿主细胞而病毒未被标记,则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均有标记元素。
③若用C、H、O、N等标记病毒而宿主细胞未被标记,则只在子代病毒的核酸中有标记元素。
④若用C、H、O、N等标记宿主细胞而病毒未被标记,则在子代病毒的核酸和蛋白质外壳中均可找到标记元素。
3、标记噬菌体时应先标记细菌,用噬菌体侵染被标记的细菌,这样来标记噬菌体。因为噬菌体是没有细胞结构的病毒,只能在宿主细胞中繁殖后代,所以在培养基中它是不能繁殖后代的。
4、噬菌体侵染细菌实验只能证明DNA是遗传物质,不能证明蛋白质不是遗传物质,因蛋白质没有进入细菌体内。除此之外,还能证明DNA能进行自我复制,DNA控制蛋白质的合成。
5、两个实验都不能证明DNA是主要的遗传物质。
6、细胞生物(包括原核和真核生物)含有两种核酸(DNA和RNA),遗传物质是DNA;病毒没有细胞结构,只有一种核酸(DNA病毒、RNA病毒)。
7、DNA有四种碱基(AGCT),四种脱氧核苷酸。RNA有四种碱基(AGCU),四种核糖核苷酸。
知识拓展:1、实验设计的基本思路是设法把 DNA和蛋白质分开,单独观察它们的作用。
2、加热杀死的S型细菌,其蛋白质变性失活; DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键被打断,但缓慢冷却时,其结构可恢复。
3、转化因子的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即实现了基因重组。
4、T
2噬菌体
(1)结构:
(2)T
2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的,头部内含有DNA。T
2噬菌体侵染大肠杆菌后,就会在自身遗传物质的作用下,利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分,进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后,大肠杆菌裂解,释放出大量的噬菌体。
5、侵染特点及过程
①进入细菌体内的是噬菌体的DNA,噬菌体的蛋白质外壳留在外面不起作用。
②噬菌体侵染细菌要经过吸附→注入核酸→合成 →组装→释放五个过程。
6、增殖特点:在自身遗传物质的作用下,利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分,进行增殖。
激素调节的概念与特点:1、激素调节:由内分泌器官(或细胞)分泌的化学物质对生命活动的调节。
(1)促胰液素是人们发现的第一种激素。
(2)激素调节的三个特点:
①微量和高效:激素在血液中含量很低,但能产生显著的生理效应,这是由于激素的作用被逐级放大的结果。
②通过体液运输内:分泌腺产生的激素扩散到体液中,由血液来运输,临床上常通过抽取血样来检测内分泌系统的疾病。
③作用于靶器官、靶细胞:
①靶器官、靶细胞含义:能被特定激素作用的器官、细胞就是该激素的靶器官、靶细胞。
②作用机理:靶器官、靶细胞上含有能和相应激素特异性结合的受体,当激素与受体结合后,引起细胞代谢速率的改变,从而起到调节作用。激素产生后随血液运往全身,但只作用于靶器官和靶细胞。
③不同的激素都有自己特定的靶器官、靶细胞,但范围有大有小,如甲状腺激素几乎对所有的细胞都起作用,而促甲状腺激素只作用于甲状腺。
(3)各种激素的名称和作用:
内分泌腺 |
激素名称 |
化学本质 |
主要生理功能 |
垂 体
|
腺 垂 体 |
促甲状腺激素 |
糖蛋白 |
促进甲状腺的增生与分泌 |
促肾上腺激素 |
39肽 |
促进肾上腺皮质增生与糖皮质类固醇的分泌 |
促性腺激素 |
糖蛋白 |
促进性腺生长、生殖细胞生成和分泌性激素 |
生长激素 |
蛋白质 |
促进蛋白质的合成和骨的生长 |
催乳素 |
蛋白质 |
促进成熟的乳腺分泌乳汁 |
神经 垂体 |
抗利尿激素 |
9肽 |
促进肾小管、集合管对水分的重吸收 |
催产素 |
9肽 |
促进妊娠末期子宫收缩 |
甲 状 腺 |
甲状腺激素 |
氨基酸衍生物 |
氨基酸衍生物 |
促进新陈代谢(糖的吸收、肝糖原的分解、升高 血糖、加强组织对糖的利用);促进生长发育, 提高神经系统的兴奋性;促进神经系统的发育。 |
胰 岛 |
A细胞 |
胰高血糖素 |
29肽 |
升高血糖 |
B细胞 |
胰岛素 |
蛋白质 |
降低血糖 (人体内唯一降低血糖的激素) |
肾 上 腺 |
肾上腺 皮质 |
糖皮质激素 |
类固醇 |
升高血糖、抗过敏、抗炎症、抗毒性 |
盐皮质激素 |
类固醇 |
促进肾小管吸收钠和钾 |
肾上腺 髓质 |
肾上腺激素 |
儿茶酚胺 |
增加心输出量,使血糖升高, 舒张呼吸道和消化道的平滑肌 |
性 腺 |
睾丸 |
雄激素 |
类固醇 |
促进精子和生殖器官生长发育, 激发并维持男性的第二性征 |
卵巢 |
雌激素 |
类固醇 |
促进卵巢、子宫、乳腺等女性生殖器官的生长发育, 激发并维持女性第二性征 |
孕激素 |
类固醇 |
促进子宫内膜增生和乳腺泡发育 |
2、常见的激素分泌不足或过多引起的病症:
激素名称 |
相关内分泌腺 |
分泌不足引起的疾病 |
分泌过多引起的疾病 |
生长激素 |
垂体前叶 |
侏儒症 |
巨人症、肢端肥大症 |
甲状腺素 |
甲状腺 |
呆小症、生理性便秘、水肿 |
甲亢 |
胰岛素 |
胰岛 |
糖尿病 |
低血糖 |
易错点拨: 1、激素既不组成细胞结构,又不提供能量,也不起催化作用,只是作为信号分子使靶细胞原有的生理活动发生变化。
2、激素经靶细胞接受并起作用后会被灭活,体内需源源不断地产生激素以维持激素含量的动态平衡。
知识拓展:
1、脊椎动物激素在生产中的应用
(1)动物激素在生产中的应用
①给人工养殖的雌、雄亲鱼注射促性腺激素类似物,促进亲鱼的卵子和精子的成熟,从而进行人工授精
②让蝌蚪快速发育为一只小青蛙的原理:甲状腺激素有促进生长发育的作用。
③阉割催肥的原理:割除牲畜生殖腺,使其不具有性行为和生殖能力,利育肥。
④给牲畜注射生长激素以促进生长,缩短生长周期。
(2)动物激素的不正当应用
①使用瘦肉精(激素类物质)提高猪的瘦肉率,人食用该物质后,会引起“心悸、肌肉震颤、头晕、乏力、心动过速、室性早搏”等症状。
②运动员服用睾丸酮衍生物(一种兴奋剂),可增强肌肉的力量,提高比赛成绩,但会引起内分泌系统紊乱。
2、不同的激素化学本质不同
①同醇类激素:性激素。
②氨基酸衍生物类激素:甲状腺激素、肾上腺素。
③多肽和蛋白质类激素:下丘脑和垂体分泌的激素,胰岛素和胰高血糖素。
3、激素间的相互作用
①协同作用:不同激素对同一生理效应都发挥相同作用,如生长激素和甲状腺激素在促进生长发育方面具有协同作用。
②拮抗作用:不同激素对同一生理效应发挥相反作用,如胰岛素和胰高血糖素在调节血糖方面具有拮抗作用。
神经调节和体液调节的比较:1.体液调节:激素等化学物质(除激素以外,还有其他调节因子,如CO
2等)通过体液传送的方式对生命活动进行调节。
2.神经调节与体液调节
比较项目 |
神经调节 |
体液调节 |
作用途径 |
作用时间 |
体液运输 |
反应速度 |
迅速 |
较缓慢 |
作用范围 |
准确、比较局限 |
较广泛 |
作用时间 |
短暂 |
比较长 |
3、联系:二者相互协调地发挥作用
(1)不少内分泌腺本身直接或间接地接受中枢神经系统的调节,体液调节可以看作神经调节的一个环节;
(2)内分泌腺所分泌的激素也可以影响神经系统的发育和功能。
4、意义:便各器官、系统活动协调一致,内环境稳态得以维持,细胞正常进行各项生命活动,机体适应环境的不断变化。
5、反馈调节:在一个系统中,系统本身工作的效果,反过来又作为信息调节该系统的工作,这种调节方式叫反馈调节。
反馈调节是生命系统中非常普遍的调节机制,它对于机体维持稳态具有重要意义。(激素调节一般都属于反馈调节)
正确区分生命活动的调节方式:
调节方式 |
调节机制 |
举例 |
神经调节 |
刺激引起的反射活动,通过反射弧完成 |
各种反射活动 |
体液调节 |
体液中激素和化学物质直接对生命活动起作用 |
激素、CO2、 H+等的调节 |
神经一体液调节 |
|
口渴时抗利尿激素分泌增加,尿量减少 |
体液一神经调节 |
|
CO2对呼吸运动的调节 |
神经一体液调节过程的类型:
例如:膝跳反射的过程。
例如:人进食后血糖升高,引起胰岛B细胞分泌胰岛素财血糖的调节作用。
例如:当血糖浓度下降时,下丘脑发出指令会使胰岛A细胞分泌胰高血糖素,进而使血糖恢复正常。
例如:刺激下丘脑体温调节中枢,下丘脑会分泌物质作用于垂体,垂体分泌物质作用于甲状腺,进而使甲扶腺分泌甲状腺激素作用于靶细胞。
知识点拨:
机体稳态中下丘脑功能分析
1.感受:下丘脑的渗透压感受器可感受机体渗透压升降,维持水分代谢平衡。
2.传导:下丘脑可将渗透压感受器产生的兴奋传至大脑皮层,使人产生渴感。
3.分泌
(l)水盐平衡调节
(2)体温调节
4.调节:下丘脑中含体温调节中枢、渗透压调节中枢和血糖调节中枢。
知识拓展:
1、神经调节和体液调节的基本方式:神经调节和体液调节的基本方式不相同,前者是反射,后者是与靶器官或靶细胞特异性结合,调节其特定生理过程的速率,而不启动一个新的代谢过程,只起着把调节组织活动的信息传递给靶器官或靶细胞的作用。
2、神经调节和体液调节的信息传递方式:前者是以局部电流方式在神经纤维上双向传导,以神经递质形式在神经细胞之间单向传递;后者是通过体液运输到全身各处。
免疫系统的组成和功能:
一、免疫系统的组成:
二、免疫系统的功能:
1、非特异性免疫
(1)组成:
①第一道防线:皮肤、黏膜。
②第二道防线:体液中的杀菌物质(如溶菌酶)和吞噬细胞。
(2)特点:人人生来就有,不针对某一特定病原体。
2、特异性免疫(第三道防线)
(1)组成:主要由免疫器官和免疫细胞借助血液循环和淋巴循环而组成。
(2)作用:抵抗外来病原体和抑制肿瘤等。
(3)方式:体液免疫和细胞免疫。
(4)过程
①体液免疫:
②细胞免疫
3.监控和清除功能:监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞,以及癌变的细胞。
知识点拨:
识别抗原和特异性识别抗原的细胞
1、识别抗原的细胞:吞噬细胞.B细胞、T细胞、记忆细胞、效应T细胞。
2、特异性识别抗原的细胞:吞噬细胞只能识别自己与非己成分,因而没有特异性的识别能力,除吞噬细胞以外①中其余的细胞都有特异性的识别能力。
3、抗体与抗原结合后的反应
①抑制病原体的繁殖,或揶制病原体对人体细胞的黏附。
②多数情况下,抗原、抗体形成沉淀或细胞集团进而被吞噬细胞吞噬消化。
4、体液免疫和细胞免疫的关系
|
体液免疫 |
细胞免疫 |
作用对象 |
抗原 |
靶细胞 |
作用方式 |
浆细胞产生的抗体与相应的抗原特异性结合 |
①效应T细胞和靶细胞密切接触②T细胞释放淋巴因子,促进免疫作用 |
联系 |
①在病毒感染中,往往先通过体液免疫阻止病原体通过血液循环而散布;再通过细胞免疫予以彻底消灭②细胞免疫作用使靶细胞裂解、死亡,抗原暴露,与抗体结合而被消灭③二者相互配合,共同发挥免疫效应 |
知识拓展:1、免疫细胞的来源和功能
细胞名称 |
来源 |
功能 |
吞噬细胞 |
造血干细胞 |
处理、呈递抗原,吞噬抗体一抗原结合体 |
B细胞 |
造血干细胞(骨髓中成熟) |
识别抗原,分化成为浆细胞(效应B细胞)、记忆细胞 |
T细胞 |
造血干细胞(胸腺中成熟) |
识别抗原,分泌淋巴因子,分化为效应T细胞、记忆细胞 |
浆细胞(效应B细胞) |
B细胞或记忆B细胞 |
分泌抗体 |
效应T细胞 |
T细胞或记忆T细胞 |
与靶细胞结合发挥免疫效应 |
记忆细胞 |
B细胞或T细胞 |
识别抗原,分化成相应的效应细胞 |
2、免疫活性物质并非都由免疫细胞产生,如唾液腺、泪腺细胞都可产生溶菌酶。
3、抗原和抗体
①成分:抗原并非都是蛋白质,但抗体都是蛋白质。
②来源:抗原并非都是外来物质(异物性),体内衰老、癌变的细胞也是抗原;抗体是人体受抗原刺激后产生的,但也可通过免疫治疗输入。
③分布
抗原:主要存在于细胞外的抗原引起体液免疫,存在于细胞内的抗原由细胞免疫清除。
抗体:主要分布于血清,也分布于组织液和外分泌液(如乳汁)中。
免疫学的应用:
1、免疫预防和免疫治疗
①免疫预防:患病前的预防,即把疫苗接种到人体内,使人产生对传染病的抵抗能力,增强了人的免疫力。通过预防接种,使机体产生相应的抗体和记忆细胞(主要是得到记忆细胞),人们能够积极地预防多种传染病,但不能预防所有传染病。
②免疫治疗:患病后的治疗,即在人体患病条件下,通过榆入抗体、胸腺素、淋巴因子等调整人的免疫功能,使机体抵抗疾病的能力增强,达到治疗疾病的目的。
2、器官移植:器官移植的成败主要取决于器官供者与受者的人类组织相容性抗原(HLA)是否一致或相近。
3、疾病的检测:利用抗原、抗体发生特异性免疫反应,用相应的抗体检验是否有抗原;