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第三节 遗传信息控制生物的性状
第二章 遗传的分子基础
第2课时
遗传信息可以从DNA流向DNA（DNA自我复制），也可以从DNA流向RNA（转录），进而流向蛋白质（翻译）。这可以用1957年克里克提出的中心法则来表示。当时，克里克认为，遗传信息流从DNA到RNA再到蛋白质是单向的。
课前引入
复制
积极思维
遗传信息流是单向的吗？
事实：
1.流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人体后，它们的RNA能够自我复制并以自身为模板指导蛋白质的合成。
2.劳斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA为模板。反向合成一段DNA，再以这段DNA为模板，互补合成病毒RNA。
朊病毒是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的具有感染性的因子。朊病毒与正常蛋白质接触后能改变其折叠状态，将其变为朊病毒。朊病毒能引起羊瘙痒症，疯牛病。
思考：
质疑 怎样修改克里克提出的中心法则？
中心法则
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
随着研究的深入，科学家对中心法则做出了补充。
RNA
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
RNA复制
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA ，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
RNA复制
1
2
3
4
5
烟草花叶病毒（TMV）
人免疫缺陷病毒（HIV）
3
1
2
3
RNA病毒
5
4
具备分裂能力的细胞
不能分裂的细胞
造血干细胞：
1
2
3
神经细胞：
2
3
原核细胞
噬菌体
1
2
3
1
2
3
(发生在：_____________)
宿主细胞内
中心法则
生物种类 遗传信息的传递过程
原核生物
真核生物
DNA病毒
RNA复制病毒
逆转录病毒
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
翻译
蛋白质
RNA
RNA复制
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
RNA
中心法则
基因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系？
基因
控制
蛋白质
体现
性状
蛋白质是生命活动的主要承担者
怎样控制？
结合教材第64页,阅读相关内容,请仔细分析下面的实例，说说基因是如何控制生物性状的？
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
请阅读 P64，从基因的角度解释以下现象：
1.豌豆的花色
2.人的身高
3.囊性纤维病
4.镰状细胞贫血
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
实例：白化病
人的白化病
①性状对比
正常：皮肤颜色正常，毛发为黑色
患病：皮肤、毛发为淡白色
②基因对比：
正常：含有编码酪氨酸酶的基因
患病：编码酪氨酸酶的基因异常
白化病患者
正常人
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
正常的形成机制
患者的形成机制
编码酪氨酸酶的基因正常
酪氨酸酶正常
酶将酪氨酸转变为黑色素
表现正常
编码酪氨酸酶的基因被打乱
酪氨酸酶异常，无法正常合成
缺少酶，酪氨酸无法合成黑色素
缺乏黑色素表现白化症状
基因
酶
细胞代谢
性状
实例：白化病
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
实例：豌豆的圆粒与皱粒
①性状对比（淀粉在细胞中具有保留水分的作用）
圆粒：饱满，能有效保留水分
皱粒：皱缩，失水
②基因对比：
圆粒：含有编码淀粉分支酶的基因
皱粒：插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
______淀粉分支酶
___________________
淀粉含量_____
淀粉________，含量降低
豌豆能有效地保留水分，十分饱满
___________________
正常的淀粉分支酶基因
被插入的DNA序列打乱的异常淀粉酶基因
正常的
异常的淀粉分支酶
丰富
合成受阻
豌豆由于失水而皱缩
基因
酶
细胞代谢
性状
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
实例：豌豆的圆粒与皱粒
结论：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。
基因间接控制性状
实例1：豌豆的圆粒和皱粒
实例2：白化病
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
实例三：囊性纤维化
囊性纤维化是北美白种人中一种常见的遗传病，大约70%的囊性纤维化患者中编码CFTR转运蛋白的基因缺失了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生改变，使CFTR转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
编码CFTR蛋白的基因_____________
CFTR蛋白在508位缺少________
CFTR蛋白转运_______的功能异常
支气管黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，肺功能严重受损
基因
蛋白质结构
性状表现
CFTR蛋白________发生变化
缺失3个碱基
苯丙氨酸
空间结构
氯离子
实例三：囊性纤维化
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
实例四：镰状细胞贫血
编码血红蛋白的
基因中一个碱基对变化
血红蛋白的结构发生变化
红细胞成镰刀型
容易破裂，患溶血性贫血
基因
性状表现
蛋白质结构
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
结论：基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
直接控制
实例3：囊性纤维病
实例4：镰刀型细胞贫血症
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
2.基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。例3囊性纤维病、例4镰刀型细胞贫血症
1.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 例1豌豆的圆粒和皱粒 例2白化病
性
状
控制
控制
酶的合成
细胞代谢
蛋白质结构
间接
直接
基
因
基因与生物性状的关系
同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的（都是来自同一个受精卵），而形态结构和功能却各不相同，这是为什么呢？
细胞分化的本质是基因选择性表达
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果，回答下列问题：
检测的三种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋白 mRNA 珠蛋白 mRNA 胰岛素
mRNA
输卵管细胞 +++ + - -
红细胞 +++ - + -
胰岛细胞 +++ - - +
(1)这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
细胞中有各自特异性的蛋白质
(2) 3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
细胞中并非所有的基因都表达，不同种类细胞中基因的表达情况有差别。
细胞分化的本质就是基因的选择性表达
细胞分化的本质是基因选择性表达
细胞分化的“不变”与“变”
DNA、tRNA、rRNA
①不变
细胞的数目
②变
细胞的形态、结构和功能
mRNA、蛋白质的种类
细胞分化的本质
基因的选择性表达
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
特别提醒：基因选择性表达过程中，遗传物质没有发生改变。
细胞分化的本质是基因选择性表达
细胞分化的标志
(1)分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素。
(2)细胞水平：形成不同种类的细胞。
细胞分化的本质是基因选择性表达
表观遗传及其作用机制
表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。表观遗传在一定的条件下才能遗传给后代。
自然界中存在一些非常典型的表观遗传现象。例如，多年生花卉柳穿鱼通常是对称花型，在自然界中也发现了不对称花型的柳穿鱼。1999年，英国科学家科恩（E.Coen）等人在《自然》上发表文章，揭示了柳穿鱼花型改变的分子机制。他们发现，对称花型的柳穿鱼，基因L yc甲基化水平低，基因正常表达；不对称花型的柳穿鱼，基因Lcyc发生了高度甲基化，引起基因表达水平下降，最终导致柳穿鱼的花器官由对称变成了不对称。他们还证明了这种高度甲基化能通过种子遗传给后代。
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表达
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表达
柳穿鱼性状改变的原因
甲基化
柳穿鱼花形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化
表观遗传及其作用机制
少部分植株的花与植株B相似
绝大部分植株的花与植株A相似
Lcyc基因
正常
植株A
开花时表达
Lcyc基因
高度甲基化
植株B
开花时不表达
×
（杂交）
F1
（自交）
F2
（与植株A相似）
F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因；
植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；
植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性；
甲基化的·Lcyc的基因可遗传，
并控制生物的性状
表观遗传及其作用机制
。
①基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关
不变性
可遗传
普遍性
表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
在蜂王和工蜂的脑中具有不同的DNA甲基化特征，而被敲除Dnmt3基因的蜜蜂的脑中，其DNA甲基化特征与那些由蜂王浆诱导的正常蜂王相似。可见，持续取食蜂王浆的营养效应之与DNA甲基化有关。
持续吃蜂王浆
只吃三天蜂王浆
蜂王
工蜂
表观遗传及其作用机制
同卵双胞胎
吸烟会使人的体细胞内的DNA的甲基化水平升高，而戒烟多年后，DNA的甲基化水平会降低。
表观遗传及其作用机制
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
细胞分化的实质是基因的选择性表达
分化的实质
不同类型细胞中基因表达的分类
表观遗传
间接：基因→酶→代谢过程→性状
直接：基因→蛋白质的结构 →性状
概念
修饰类型
实例
表观遗传的特点
课堂小结
随堂小测
1、下图所示的过程，正常情况下在动植物细胞中都不可能发生的是（ ）
A、①② B、③④⑥ C、⑤⑥ D、②④
B
2、甜豌豆的紫花对白花是一对相对性状，由非同源染色体上的两个相对基因共同控制，只有当同时存在两个显性基因（A和B）时，花中的紫色素才能合成，下列说法正确的是（ ）
A．一种性状只能由一种基因控制
B．基因在控制生物体的性状上是互不干扰的
C．每种性状都是由两个基因控制的
D．基因之间存在着相互作用
D
随堂小测
3、许多基因的启动子内富含CG重复序列，若其中的部分胞嘧啶（C）被甲基化成为5-甲基胞嘧啶，就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述中，正确的是（ ）
A. 胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
B. 胞嘧啶甲基化导败表达的蛋白质结构改变
C. 基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
D. 在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
A
随堂小测
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汇报人

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