资源简介

问题探讨
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、互相争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
讨论：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
教材P64
思考·讨论
资料2：生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(图B)，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。
基因是特定的DNA片段，可以控制特定的性状。
发绿色荧光的水母
绿色荧光蛋白基因
绿色荧光
使生物体发出
问题探讨
讨论：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
教材P64
第4章 基因的表达
资料1：将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。
转基因棉花（右）
Bt抗虫
蛋白基因
Bt抗虫
蛋白
控制合成
抗虫
表现性状
教材P63
思考·讨论
资料2：生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(图B)，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。
发绿色荧光的水母
绿色荧光蛋白基因
绿色荧光蛋白
控制合成
绿色荧光
发出
基因可以控制蛋白的合成，这个过程就是基因的表达。
第1节 基因指导蛋白质的合成
主讲教师：zeg
聚焦
1
基因如何指导蛋白质的合成？
2
中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？
3
几乎所有生物共用一套密码子的基本事实，给我们什么启示？
DNA上的遗传信息怎么传递到细胞质？
遗传信息储存在细胞核的DNA中
蛋白质的合成在细胞质（核糖体）
充当信使的中间物质——RNA
教材P64
1
遗传信息的转录
1.1 RNA的结构与功能
解决以下问题，展示学习成果：
RNA为什么适合作DNA的信使？
RNA与DNA在化学组成和结构上的区别有哪些？
RNA的种类？功能？
教材P64-65
1.1 RNA的结构与功能
RNA的化学组成
基本单位——核苷酸连接而成；
核糖
核糖核苷酸
一分子磷酸
一分子核糖
一分子含氮碱基
核苷酸组成
含氮碱基种类
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
教材P64-65
1.1 RNA的结构与功能
RNA的化学组成与DNA异同
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
A
G
C
T
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
尿嘧啶
A
G
C
U
P
脱氧核苷酸的碱基种类
核糖核苷酸的碱基种类
教材P64-65
1.1 RNA的结构与功能
RNA的结构与DNA异同
RNA是核糖核苷酸连接而成的长链；
一般由一条核糖核苷酸链构成；
比DNA短。
DNA
RNA
DNA由两条脱氧核苷酸链构成；
反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
教材P64-65
1.2 RNA适于作信使的原因分析
结构：RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中；
化学组成：也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U)共同组成4种核苷酸，能携带遗传信息；
遵循“碱基互补配对原则”：但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以U与A配对。
教材P64-65
1.3 RNA的种类及功能
mRNA——信使RNA
tRNA——转运RNA
rRNA——核糖体RNA
传递遗传信息
教材P65
1.3 RNA的种类及功能
{616DA210-FB5B-4158-B5E0-FEB733F419BA}种类
mRNA
tRNA
rRNA
名称
信使RNA
转运RNA
核糖体RNA
功能
结构
示意图
共同点
遗传信息传递的媒介
转运氨基酸的工具
组成核糖体
单链
单链；部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录产物 ②基本单位相同 ③都与翻译过程有关
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
解决以下问题，展示学习成果：
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
什么是转录？场所？转录的具体过程？转录的结果？
转录需要的原料是？模板？碱基如何配对？
遗传信息的流动方向？
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
时间：个体生长发育的整个过程。
场所：细胞核（主要）
条件
能量：ATP
模板：DNA的一条链
原料：游离的4种核糖核苷酸
酶：RNA聚合酶
（*打开氢键、形成磷酸二酯键）
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
原则：碱基互补配对原则。
特点：边解旋边转录。
意义：遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。
方向：从子链的5' 端向 3' 端延伸。
A－U、T－A、G－C、C－G
产物：RNA（三种RNA）
遗传信息传递的方向：DNA→RNA
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
转录的起始（以mRNA为例)
基因
启动子
RNA聚合酶
RNA聚合酶结合到基因的启动子（RNA聚合酶结合位点，位于DNA上）位置，转录开始。
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
过程
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开，双链碱基暴露出来。
5’
3’
3’
5’
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
合成mRNA：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则与DNA模板链上的碱基互补配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
mRNA延伸：通过RNA聚合酶形成磷酸二酯键，从5’→3’延伸。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
形成磷酸二酯键
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
3’
5’
3’
5’
合成mRNA：
特点：边解旋边转录
教材P65
1.4 遗传信息的转录过程
脱离：mRNA释放，DNA双链恢复
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
细胞质
细胞核
mRNA
教材P65
讨论以下问题，展示学习成果：
转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？
思考·讨论
都需要模板；都遵循碱基互补配对原则。
碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性。
DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶。
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶。
教材P66
转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？
思考·讨论
与模板链：碱基互补配对；
与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U）。
写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列。
写出b链的互补a链的碱基序列。
{ED083AE6-46FA-4A59-8FB0-9F97EB10719F}DNA双链片段
a链
b链
C
G
A
A
C
C
T
C
A
C
G
C
信使RNA
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}G
C
U
U
G
G
A
G
U
G
C
G
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}G
C
T
T
G
G
A
G
T
G
C
G
教材P66
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？
DNA携带的遗传信息——碱基序列
蛋白质——氨基酸序列
mRNA携带的遗传信息——碱基序列
转录
?
教材P66
2
遗传信息的翻译
2. 遗传信息的翻译
翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
实质
mRNA——碱基序列
蛋白质——氨基酸序列
碱基4种
氨基酸21种
教材P66
2. 遗传信息的翻译
mRNA上的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
{B301B821-A1FF-4177-AEE7-76D212191A09}决定一个
氨基酸碱基个数
决定
氨基酸种类
图示
1个
2个

3个
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
4
42＝16
43＝64
教材P66
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。
2.1 密码子
密码子：信使RNA（mRNA）上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。
密码子的示意图
位置：在mRNA上
识别：密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
教材P66
2.1 密码子
种类：64种
起始密码子（2种）：AUG、GUG
普通密码子（59种）：只编码氨基酸
终止密码子（3种）：UAA、UAG、UGA，一般不编码氨基酸
教材P66
2.1 密码子
特性
专一性：通常一种密码子只决定一种氨基酸。
简并性：绝大多数氨基酸具有两个及以上不同密码子。
通用性：地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}第一个碱基
第二个碱基
第三个碱基
U
C
A
G
U
苯丙氨酸
丝氨酸
酪氨酸
半胱氨酸
U
苯丙氨酸
丝氨酸
酪氨酸
半胱氨酸
C
亮氨酸
丝氨酸
终止
终止、硒代半胱氨酸
A
亮氨酸
丝氨酸
终止
色氨酸
G
C
亮氨酸
脯氨酸
组氨酸
精氨酸
U
亮氨酸
脯氨酸
组氨酸
精氨酸
C
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺
精氨酸
A
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺
精氨酸
G
A
异亮氨酸
苏氨酸
天冬酰胺
丝氨酸
U
异亮氨酸
苏氨酸
天冬酰胺
丝氨酸
C
异亮氨酸
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
A
甲硫氨酸（起始）
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
G
G
缬氨酸
丙氨酸
天冬氨酸
甘氨酸
U
缬氨酸
丙氨酸
天冬氨酸
甘氨酸
C
缬氨酸
丙氨酸
谷氨酸
甘氨酸
A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始）
丙氨酸
谷氨酸
甘氨酸
G
教材P67
讨论以下问题，展示学习成果：
几乎所有的生物体都共用上述密码子（通用性），根据这一事实，你能想到什么？
思考·讨论
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。
教材P67
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，组成生产蛋白质的“生产线”。
游离在细胞质中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
教材P67
2.2 运输氨基酸的工具——tRNA
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
比mRNA小，RNA单链经过折叠形成4环4臂，环的部分没有碱基互补配对，臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。
形态
识别氨基酸
转运氨基酸
功能
3'
5'
结合
氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
教材P67
2.2 运输氨基酸的工具——tRNA
位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基，有61或62种。（终止密码子不决定氨基酸，不需转运，无对应的反密码子）
反密码子
3'
5'
结合
氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
2.2 运输氨基酸的工具——tRNA
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运
功能特性
3'
5'
结合
氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
氨基酸与tRNA是一一对应的吗？
讨论以下问题，展示学习成果：
从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
思考·讨论
当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。
当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，所以一种氨基酸可以由不同的tRNA转运，保证翻译的速度。
教材P67
2.3 翻译的过程
1
E
2
甲
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
C
A
U
5’
3’
核糖体移动方向
过程
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
教材P68
2.3 翻译的过程
1
E
2
甲
C
A
U
5’
3’
组
G
U
G
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
核糖体移动方向
第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
教材P68
2.3 翻译的过程
1
E
2
甲
C
A
U
5’
3’
色
C
C
A
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
组
G
U
G
5’
3’
精
A
C
G
5’
3’
半
G
C
A
5’
3’
半
A
C
A
5’
3’
脯
A
G
G
5’
3’
核糖体移动方向
第4步：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA进入释放位点离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。
教材P68
2.3 翻译的过程
1
E
2
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
C
A
5’
3’
甲
色
组
精
半
半
脯
A
G
G
5’
3’
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链合成后，从核糖体上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
核糖体移动方向
教材P68
2.3 翻译的过程
翻译场所：细胞质中的核糖体上
条件
能量：ATP
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
工具：tRNA
原则：碱基互补配对原则。
A－U、U－A、G－C、C－G
产物：多肽，经加工后成为成熟的蛋白质
遗传信息传递的方向：RNA 蛋白质
教材P68
2.4 翻译高效的原因分析
多聚核糖体：一个 mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成（如下图），少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
核糖体移动方向
5’
3’
核糖体在mRNA上的移动方向/翻译方向？
多聚核糖体上形成的多条肽链相同吗？
一样。因为模板是一样的。
教材P69
2.5 真核、原核细胞翻译的特点
真核生物
先在细胞核内转录，后在细胞质翻译。
线粒体/叶绿体内转录、翻译同时进行。
原核生物
边转录边翻译。
mRNA
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
2.6 基因表达的相关计算
基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
密码子
反密码子
2.6 基因表达的相关计算
模板链
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
6n？
3n？
n
说明：转录的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸；所以实际上mRNA所含的碱基数大于3n。真核生物基因中存在不编码蛋白质的片段（内含子、启动子、终止子），所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n；因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
小结：基因指导蛋白质合成过程，就是遗传信息从 DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。
3
中心法则
3.1 中心法则
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
提出者：克里克（F.Crick）
内容
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。
克里克（F.Crick）
教材P69
3.2 中心法则完善
内容：
一些RNA病毒（烟草花叶病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA，体内存在RNA复制酶，实现RNA复制；
一些RNA病毒（HIV病毒）的遗传信息可以从RNA流向DNA，存在RNA逆转录酶，RNA逆转录合成DNA。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
HIV病毒
烟草花叶病毒模式图
教材P69
生命是物质、能量和信息的统一体
DNA、RNA是信息的载体；
蛋白质是信息的表达产物；
ATP为信息的流动提供能量。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
3.2 中心法则完善
教材P69
3.2 中心法则完善
同一生物能发生中心法则的所有过程吗？
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}生物种类
遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物
原核生物
真核生物
DNA病毒
以RNA作为遗传物质的生物
一般RNA病毒
(烟草花叶病毒)
逆转录病毒
(HIV)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
各种生物的遗传信息传递过程
教材P69
能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
高度分化的细胞（洋葱表皮细胞、胰岛B细胞）
3.2 中心法则完善
请写出以下生物的遗传信息的传递过程。
哺乳动物成熟的红细胞（高度分化）无DNA复制、转录、翻译过程。
教材P69
4
课堂小结
4. 课堂小结
5
练习与应用

5.1 概念检测
1. 基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。 （ ）
（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。 （ ）
?
?

2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （ ）
A.基因上3个相邻的碱基
B.DNA上3个相邻的碱基
C.tRNA上3个相邻的碱基
D.mRNA上3个相邻的碱基
D
5.1 概念检测

5.2 拓展应用
1.红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。
——《晏子春秋·内篇·杂下》
橘
枳
第2节 基因表达与性状的关系
主讲教师：zeg
聚焦
1
基因如何控制生物体的性状？
2
细胞分化与基因表达有什么关系？
3
表观遗传信息是如何调控基因表达的？
4
怎样理解基因与性状关系的复杂性？
问题探讨
同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。
讨论：这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
一样。
水毛茛
讨论：这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
叶片所处的环境因素引起。
叶呈扁平状
叶呈丝状
问题探讨
水毛茛
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
决定
？
1
基因表达产物与性状的关系
1. 基因表达产物与性状的关系
实例1：豌豆的圆粒与皱粒
基因
酶
代谢
过程
性状
编码淀粉分支酶的基因正常
淀粉分支酶正常合成
蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高
淀粉含量高，有效保持水分
打乱了编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶不能正常合成
蔗糖不能合成为淀粉，淀粉含量降低
淀粉含量低，失水皱缩
编码淀粉分支酶的基因
外来DNA
插入
1. 基因表达产物与性状的关系
实例2：人的白化病
基因
酶
代谢
过程
性状
控制酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸酶不能正常合成
酪氨酸不能正常转化为黑色素
缺乏黑色素而表现为白化病
控制酪氨酸酶的基因正常
酪氨酸酶正常合成
酪氨酸正常转化为黑色素
含黑色素而表现正常
1. 基因表达产物与性状的关系
实例3：囊性纤维病
囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病，患者支气管被异常的粘液堵塞，常于幼年时死于肺部感染。
常染色体隐性遗传病
正常气管
囊性纤维化气管
1. 基因表达产物与性状的关系
实例3：囊性纤维病
编码CFTR蛋白的基因正常
CFTR蛋白正常
CFTR转运氯离子的功能正常
表现正常
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸
CFTR转运氯离子的功能异常
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染
基因
蛋白质结构
功能
性状
1. 基因表达产物与性状的关系
实例4：镰刀型细胞贫血病
控制血红蛋白的基因正常
血红蛋白结构正常
正常红细胞
血红蛋白基因碱基序列发生改变
血红蛋白蛋白结构异常
红细胞形状变为镰刀状，易破裂
基因
蛋白质结构
功能
性状
表现正常
使人患溶血性贫血
1. 基因表达产物与性状的关系
根据以上实例，归纳总结基因、蛋白质、性状之间的关系。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
基因
酶
细胞代谢
生物性状
结构蛋白
生物性状
蛋白质
间接作用
直接作用
基因还能通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状。
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。
生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的，那为什么来自同一个受精卵的细胞发育过程中细胞在形态、功能等方面有差异呢？
细胞分化
2
基因的选择性表达
与细胞分化
思考·讨论
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示：
说明：“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。
{B301B821-A1FF-4177-AEE7-76D212191A09}检测的3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
+ + +
-
-
+
讨论以下问题，展示学习成果：
这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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，但只检测到了其中一种基因的mRNA证明事实说明了什么？
思考·讨论
3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一种，因此这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。
说明细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
讨论以下问题，展示学习成果：
3种细胞中有表达情况相同的基因吗？
思考·讨论
虽然有一些特定功能的蛋白质，只在特定的细胞中合成，但也有些蛋白质在所有的细胞中都合成，比如ATP合成酶基因、细胞呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。
2. 基因的选择性表达与细胞分化
科学家发现，细胞中的基因有些表达，有些不表达。在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分两类：
细胞分化的本质：基因的选择性表达
细胞中表达的基因
管家基因
奢侈基因
在所有细胞中都表达的基因指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必须的；
如：RNA聚合酶基因，核糖体蛋白基因等。
如：胰岛素基因，卵清蛋白基因等。
只在某类细胞中特异性表达的基因，这类基因表达会使细胞在形态、结构和功能上产生稳定的差异；
在细胞分化的过程中，下列哪些物质会发生改变？
DNA、tRNA、rRNA、mRNA、蛋白质的种类
2. 基因的选择性表达与细胞分化
DNA、tRNA、rRNA的种类
①不变
细胞的数目
② 变
mRNA、蛋白质的种类
细胞的形态、结构和功能
表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段，什么是表观遗传？它调控基因表达的机理是什么呢？
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
基因什么时候表达
基因在哪种细胞中表达
基因表达水平的高低
都受调控，这种调控会直接影响性状。
3
表观遗传
思考·讨论
资料1：柳穿鱼花的形态结构
柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。上图所示的两株柳穿鱼，它们体内Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）了。
科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F1的花与植株A的相似，F1自交的F2中绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。
植株A
植株B
思考·讨论
资料1：柳穿鱼花的形态结构
植株A
植株B
正常
植株A
Lcyc基因
高度甲基化
植株B
×
F1
F2
少部分
植株A相似
绝大部分
P
Lcyc基因
?
思考·讨论
资料2：小鼠毛色的遗传
某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
黑色体毛
aa
黄色体毛
Avy
Avy
Avya
介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
思考·讨论
资料2：小鼠毛色的遗传
研究表明，在Avy基因的前端（或称“上游”）有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深。
5’
3’
Avy基因
特殊碱基序列
讨论以下问题，展示学习成果：
上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
思考·讨论
柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为AXY基因的前端有一段影响AXY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
分析资料1，F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？
思考·讨论
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。因此，同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。
F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似。
资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
思考·讨论
资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。
基因的碱基序列保持不变，性状发生改变，这表明基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，基因的表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。
3. 表观遗传
概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
发生时间：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。
基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与甲基化有关
蜂王
雄蜂
工蜂
♀：2n=32
♂：n=16
♀：2n=32
基因甲基化决定了蜜蜂发育成工蜂还是蜂王，
二者在DNA序列方面是完全一致的
3. 表观遗传
类型
DNA甲基化(主要抑制转录)
染色体组蛋白甲基化和乙酰化等修饰（影响基因表达）
组蛋白
甲基化
组蛋白甲基化示意图
5’
3’
3’
5’
C
G
G
C
5’
3’
3’
5’
C
G
G
C
CH3
CH3
胞嘧啶甲基化
DNA甲基化示意图
3. 表观遗传
特点：
可遗传性：基因表达和表型可以遗传给后代。
不变性：基因的碱基序列保持不变。
可逆性：DNA甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化。
小结
基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状。
细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。
细胞分化的实质是基因选择性表达的结果；表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下，发生可遗传的性状改变。
4
基因与性状的关系
4. 基因与性状的关系
一个性状可以受到多个基因影响。
基因与性状是一一对应的关系吗？
如人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。
一个基因可以影响多个性状
如研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要的作用。
一个基因控制一种性状
红绿色盲、白化病等单基因遗传病。
表型=基因型+环境
环境对性状也有着重要的影响
5
课堂小结
5. 课堂小结
思维训练
（1）翅的发育需要经过酶催化的反应
（2）酶是在基因指导下合成的
（3）酶的活性受温度、pH等条件影响。
6
练习与应用

1.1 概念检测
1. 个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。
（1）基因与性状之间是一一对应的关系。（ ）
（2）细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异。（ ）
?
?

2.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是 （ ）
A.这项研究说明人和羊共用一套遗传密码
B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因
C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因
D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
C
1.1 概念检测

4.2 拓展应用
1. 有人说，“基因是导演，蛋白质是演员性状是演员的表演作品。”你认为这种说法有道理吗？为什么？请你整理总结基因、蛋白质和性状三者之间的关系。
这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA上特定的碱基排列顺序，蕴含着一定的遗传信息，可类比成组织者(导演)，负责整部作品的呈现；蛋白质是生命活动的主要承担者，具体参与细胞的各项生命活动，可类比成执行者(演员)；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式(作品)。
当然，生物体内基因对性状的控制，存在着复杂的调控机制。不能一概而论。
三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。

4.2 拓展应用
2.孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3:1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。
(1)为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出3:1和9:3:3:1的数量比?请运用所学知识对可能的原因作出推测。
第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制对性状和一对基因控制多对性状的情形；
第二，核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律；
第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传规律；
第四，个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。

4.2 拓展应用
(2)你怎样看待科学实验的可重复性？
科学实验必须是可重复的，只有这样才能说明实验的现象和结果是一种必然规律，而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面：
第一，实验样本量足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数；
第二，任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致(如山柳菊以无性生殖为主)，导致生命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。

4.2 拓展应用
3.某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色：黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：X0（黄色）和XB（黑色），雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型，这是为什么呢？是不是雌猫的有些细胞内X0表达，而另一些细胞内XB表达呢？请查找资料，寻找答案。
对于基因型为XBX0的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则X0不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为XBX0的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！

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