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(共53张PPT)
基因的表达
课标要求 1.概述DNA上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现
2.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象
内容 要求 1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成
2.概述基因与性状的关系
与旧教 材对比 增: ①mRNA和tRNA的3′端和5′端；②基因的选择性表达与细胞分化；③表观遗传。
改: ①密码子表；②密码子的破译由选学变为“科学史话”。
删: 细胞质基因。
基因控制生物性质
体现
蛋白质
？
主要在细胞核
在细胞质进行
基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
DNA
核糖体
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达
DNA能否直接从细胞核进入细胞质中指导蛋白质合成？
一 、RNA的结构与功能
自学课本P64-65，回答下面的问题，限时4min，画出答案，圈出重点，标出疑惑
1.思考细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成？
2.如何设计一个实验说明RNA可能就是基因与蛋白质之间的信使？
3.RNA的元素组成，基本单位，种类及功能
4.DNA和RNA在化学组成上的区别
5.遗传信息的转录场所，条件
6.转录的过程
一 、RNA的结构与功能
1.元素组成:
C、H、O、N、P
核糖核苷酸
蛋白质
密码子
核糖体
遗传物质
2.DNA与RNA在化学组成的异同
一 、RNA的结构与功能
一 、RNA的结构与功能
3.如何设计一个实验说明RNA可能就是基因与蛋白质之间的信使？
①加入RNA酶降解细胞中的RNA，观察蛋白质合成情况
②再加入从细胞提取的RNA，观察蛋白质的合成情况
加入RNA酶降解细胞中的RNA后，蛋白质合成停止，再加入细胞中提取的RNA后，细胞又可重新合成蛋白质。
提出问题
实验思路
减法原则
自身对照
预期结果
实验证据
①1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验；若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
②1955Goldstein和Plaut用放射性同位素标记变形虫RNA的原料，发现放射性都在核内，然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现放射性已在细胞质中。
4. 概念:
在细胞核中，通过RNA聚合酶以______________为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。
5. 场所:
主要是 ，在 、 中也能发生转录过程。
【注意】真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。
7. 产物:
信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
DNA的一条链
细胞核
叶绿体
线粒体
DNA的一条链
4种核糖核苷酸
RNA聚合酶
一 、RNA的结构与功能
8.RNA适合作为DNA信使的原因
①RNA是由4种核糖核苷酸连接而成，分子组成与DNA很相似，使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。
②RNA一般是单链，而且比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”
一 、RNA的结构与功能
二 .遗传信息的转录
转录
（RNA释放，DNA双链恢复）
DNA分子
场所：
原则：
模板：
条件：
遗传信息流动：
时间：
mRNA
t RNA
r RNA
转 录
碱基互补配对
主要在细胞核
四种核糖核苷酸
DNA的一条链（供转录的那一条）
ATP、RNA聚合酶
A-U、T-A、G-C、C-G
DNA→mRNA
活细胞新陈代谢过程中
（线粒体、叶绿体）
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程叫做转录。
①RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
②游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
③在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上
④合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
RNA与模板链是互补的
mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的
★注意：细胞中不是所有基因都会转录，转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。
二 .遗传信息的转录
mRNA
非模板链
模板链
RNA聚合酶
①特点：
转录时DNA是完全解开的吗？
边解旋，边转录
②条件：
模板、原料、酶、能量等
转录方向
③方向：
以3’端→5’端方向阅读模板，合成方向5‘端→3’端
④RNA聚合酶
的作用
将DNA双链解开，碱基暴露出来
催化RNA的合成，催化形成磷酸二酯键
二 .遗传信息的转录
特别提醒：启动子、终止子、外显子、内含子
【拓展】有义链和反义链
有义链或编码链:
反义链或模板链:
基因中具有转录功能的链, 即与有义链互补的链。
基因中无转录功能的链, 与转录产物mRNA碱基序列相同的那条链(除用T代替U外)。
A
T
T
C
A
G
C
A
C
T
T
A
A
G
T
C
G
T
G
A
3′
5′
5′
3′
A
U
U
C
A
G
C
A
C
U
3′
5′
转录
有义链或编码链
反义链或模板链
mRNA
自学课本P66-68，回答下面的问题，限时4min，画出答案，圈出重点，标出疑惑
1.翻译过程场所，模板，条件，原则，实质，产物
2.密码子的定义，种类，特点
3.翻译的过程
翻译
mRNA分子
碱基互补配对
细胞质的核糖体
mRNA
A－U、U－A
G－C、C－G
mRNA→蛋白质
场所：
原则：
模板：
条件：
遗传信息流动：
蛋白质
21种游离氨基酸、
ATP、酶
tRNA
转 录
翻译
三 .遗传信息的翻译
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顺序的蛋白质的过程
三. 遗传信息的翻译
2.产物:
将________中的碱基序列翻译为_______的氨基酸序列。
1.实质:
mRNA
蛋白质
3. 碱基与氨基酸之间的对应关系
密码子
（1）密码子定义:
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
三. 遗传信息的翻译
（2）密码子的种类:
64(43)种
3种终止密码
61种编码
20种氨基酸
UAG
UGA
→在特殊情况下可编码第21种氨基酸: 硒代半胱氨酸
AUG
编码甲硫氨酸同时作为起始密码
GUG
编码缬氨酸，在原核生物中作为起始密码时编码甲硫氨酸
色氨酸和硒代半胱氨酸只有1个密码子。
【注意】一般情况下，一种密码子只决定 氨基酸，但一种氨基酸可以由___________不同的密码子决定。
一种或几种
一种
【注意】有62种决定氨基酸的密码子
起始密码
UAA
真核生物:
AUG(编码甲硫氨酸)
原核生物:
AUG(编码甲硫氨酸)
GUG(编码甲硫氨酸)
21种氨基酸的密码子表
缬氨酸
缬氨酸、甲硫氨酸（起始）
a. 简并性
含义:
绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称为密码子的简并性。
（3）密码子的特点:
【思考】你认为密码子简并性对生物体生存发展有何意义？
①当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。增强密码子的容错性
②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
三. 遗传信息的翻译
b.通用性
（3）密码子的特点:
几乎一切生物共用一套遗传密码
含义:
【思考】地球上几乎所有的生物共用一套密码子表，依据这一事实，说明了 。
说明地球上生物有共同起源
三. 遗传信息的翻译
4. tRNA——“搬运工”
①tRNA比mRNA小得多。
②RNA链经过折叠，像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基。
③每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
④一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，
一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运
三. 遗传信息的翻译
5.密码子与反密码子的比较
项目 密码子 反密码子
位置 _________ ________
作用 直接决定蛋白质中_________的序列 识别_________
特点 与_____________上的碱基互补 与_________________的碱基互补
三. 遗传信息的翻译
mRNA
氨基酸
密码子
DNA模板链
mRNA中密码子
tRNA
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
U
C
U
G
G
G
A
U
A
C
G
G
C
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C
C
G
U
G
G
A
C
U
G
多肽链
核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。
6.翻译的过程
与mRNA结合的核糖体读取到起始密码AUG，翻译开始
核糖体沿mRNA移动，依次读取密码子，不断将tRNA携带的氨基酸合成到多肽链上
核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止，肽链与核糖体脱离
翻译
过程
起始
延伸
终止
氨基酸之间通过什么方式连接？
三. 遗传信息的翻译
三. 遗传信息的翻译
生物学意义：
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
注意：多个核糖体翻译的是同一条mRNA，得到的是同一种多肽链。
是核糖体在mRNA上移动
7.如何加快翻译的速度？
→多个核糖体同时进行翻译
翻译的方向：
5'-端→3'-端
图中合成的多肽链种类相同吗？最终形成的蛋白质呢？
翻译方向是？为何多肽链长短不同？
三. 遗传信息的翻译
8.三种模型图解读
①甲中一个核糖体与mRNA的结合位点形成几个tRNA结合位点？核糖体沿着mRNA移动的方向是？
②乙反映出mRNA与核糖体存在的数量关系是？图中核糖体移动的方向是？多聚核糖体形成的意义是？
③丙是哪一类细胞内内发生的什么过程？特点是？与真核细胞不同的原因是？
自学课本P69，回答下面的问题，限时2min，画出答案，圈出重点，标出疑惑
1.中心法则提出者，具体内容
2.中心法则后又作出怎样补充
四. 中心法则
1957年 克里克提出中心法则：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
少数生物遗传信息可以从RNA流向RNA或RNA流向DNA
生命是物质、能量和信息的统一体
逆转录和RNA复制通常发生在RNA病毒中，一般认为正常细胞不发生逆转录和RNA复制。
四. 中心法则
不同生物遗传信息的传递过程
其他
RNA病毒
DNA生物
原核生物
真核生物
DNA病毒
能够增殖
不能增殖
RNA病毒
烟草花叶病毒、冠状病毒、 HIV等
逆转录病毒
DNA复制、转录和翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
意义 时期 场所
模板
原料
酶
能量 碱基配对
产物
传递遗传信息
表达遗传信息
(以真核细胞的核DNA为例)
细胞分裂前的间期
主要间期(能分裂细胞)或整个生命进程(不分裂细胞)
主要是细胞核
主要是细胞核
细胞质中的核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
A-T、G-C
A-U、T-A、G-C
A-U、G-C
DNA
RNA
多肽或蛋白质
都需要能量
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因:
A.基因中的内含子转录后被剪切。
B.在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。
C.合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
D.转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。
关注计算中“最多”和“最少”问题
五.基因指导蛋白质的合成
自学课本P71-74，回答下面的问题，限时5min，画出答案，圈出重点，标出疑惑
1.基因控制性状的途径
2.什么是表观遗传，表观遗传原因，特点
六.基因表达与性状的关系
(一)基因控制性状的途径
1. 间接控制途径
(1)方式: 基因通过控制_________来控制代谢过程, 进而控制生物体的性状。
(2)实例:
a. 豌豆种子形状
酶的合成
b. 白化症状
2. 直接控制途径
(1)方式: 基因通过控制_______________直接控制生物体的性状。
蛋白质的结构
(2)实例: 囊性纤维化
缺失3个
CFTR
蛋白结构
六.基因表达与性状的关系
七. 基因的选择性表达与细胞分化
1.细胞分化的实质:___________________。
2.表达的基因的类型
(1)管家基因: 在所有细胞中都表达的基因, 指导合成的蛋白质是________________________________, 如ATP合成酶基因。
(2)奢侈基因: 只在某类细胞中特异性表达的基因, 如胰岛素基因。
3.基因选择性表达的原因:
与基因表达的_______有关。
基因的选择性表达
维持细胞基本生命活动所必需的
调控
资料1: 柳穿鱼花的形态结构
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
讨论1:
①柳穿鱼体内的Lcyc基因在________时表达，在________的细胞中表达；
②F1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？
开花
花
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的花与植株A的相似。
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
资料1: 柳穿鱼花的形态结构
×
讨论1:
①柳穿鱼体内的Lcyc基因在________时表达，在________的细胞中表达；
②F1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？
开花
花
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。
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
讨论1:
资料1: 柳穿鱼花的形态结构
③F2中绝大部分植株的花与植株A相似，少部分与植株B相似？
说明甲基化可能是可逆的
小鼠的毛色受一对等位基因控制：
Avy是显性基因，表现为黄色体毛；
a为隐性基因，表现为黑色体毛。
纯种黄色×纯种黑色→F1: 基因型为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。
讨论2: 小鼠性状改变的原因是什么？
因为Avy基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化修饰，Avy基因表达受到抑制。且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。
资料2: 小鼠毛色的遗传
讨论3: 资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？
柳穿鱼花Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，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。
讨论4: 这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
基因的碱基序列保持不变，但性状发生改变，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。
九. 表观遗传
1.概念: 生物体基因的___________保持不变, 但基因表达和表型发生
_______ 变化的现象。
碱基序列
可遗传
2.表观遗传原因: DNA甲基化, 构成染色体的组蛋白甲基化、乙酰化等影响基因的表达, 即基因表达的调控直接影响性状, 如:
导致表观遗传现象发生的主要因素:
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
工蜂
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.表观遗传的特点
(1)可遗传: 基因表达和表型可以遗传给后代。
(2)不变性: 基因的碱基序列保持不变。
(3)可逆性: DNA的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。
(4)普遍性: 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。
关于表观遗传的几点提醒:
(1)表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。
(2)表观遗传一般是影响基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。
(3)可遗传变异一般是指会引起遗传信息发生改变的变异，如基因突变、基因重组和染色体变异，但DNA甲基化等表观遗传，遗传信息不变也能遗传给后代，也属于可遗传变异。
十. 基因与性状间的对应关系
1. 基因与性状的关系
A.推测蜂王浆的作用可能是抑制DNA甲基转移酶发挥作用
B.DNA分子上CpG中的胞嘧啶被甲基化后会改变DNA分子碱基序列
C.推测SiRNA作用可能是与目标mRNA结合导致其降解或翻译受阻
D.DNA甲基化后可能阻止RNA聚合酶对DNA分子特定区域识别与结合
B
表观遗传的调控机制①: DNA甲基化
【典例】在一个蜂群中，一直以蜂王浆为食的雌性幼虫发育成蜂王，而以花蜜为食的雌性幼虫发育成工蜂。研究表明，DNMT3基因表达的DNA甲基转移酶能使DNA分子上的CpG岛上的胞嘧啶甲基化从而导致基因转录失活。若向雌性幼虫注入一种小型RNA(SiRNA)会导致DNMT3 基因不表达，能模拟蜂王浆的作用使雌性幼虫发育成蜂王。下列叙述错误的是( )
A项: 取食蜂王浆的幼虫和DNMT3基因不表达的幼虫都会发育成蜂王,因此可推测蜂王浆可能抑制该基因的表达
表观遗传的调控机制②: 组蛋白乙酰化
【典例】已知组蛋白乙酰化与去乙酰化分别是由HAT(组蛋白乙酰转移酶)和HDAC(去乙酰化转移酶)催化的, 组蛋白的乙酰化促进转录, 而去乙酰化则抑制转录。染色质上的组蛋白被乙酰化后成为活性染色质、去乙酰化后成为非活性染色质，
如图。下列相关推
测不合理的是( )
A.染色质中的组蛋
白乙酰化与去乙酰
化不属于可逆反应
B.HDAC复合物使
组蛋白去乙酰化伴
随着对基因转录的抑制
C.激活因子、抑制因子可能改变了组蛋白的空间结构
D.活性染色质更便于DNA聚合酶与DNA的结合
D
A项:催化乙酰化与去乙酰化的酶不同
RNA聚合酶
表观遗传的调控机制③: 控制X染色体失活
【典例】已知猫的毛色中有黑色对黄色为显性，且由位于X染色体上的基因A、a控制。当体细胞中存在两条X染色体时，只有一条X染色体上的基因能正常表达，另一条X染色体高度螺旋化失活成为巴氏小体(如图所示),猫的毛色可能呈现黄、黑相间的玳瑁色。下列叙述错误的是( )
A.利用高倍镜观察巴氏小体的有无可确定正常猫的性别B.若出现黑黄相间的雄猫，则其基因型可能为XAXaYC.只有黑猫和黄猫杂交，才能获得最大比例的玳瑁猫D.由图示早期胚胎细胞发育而成的猫，其毛色最可能是黑色
D项: 该早期胚胎细胞中同时含A、a基因, 其中一条X染色体随机失活。该猫的毛色很可能是玳瑁色。
C项: XAXA和XaY或XaXa和XAY,后代出现玳瑁猫的比例均为1/2.即达到最大比例;
D
【典例】遗传印记是因亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象，DNA甲基化是遗传印记重要的方式之一。印记是在配子发生过程中获得的，在个体发育过程中得以维持，在下一代配子形成时印记重建。下图为遗传印记对转基因鼠的 Igf2 基因(存在有功能型A和无功能型a两种基因)表达和传递影响的示意图，被甲基化的基因不能表达。
表观遗传的调控机制④: 印记基因
(1)雌配子中印记重建后，A基因碱基序列_____，表达水平发生可遗传变化的现象叫做 ____________ 。
(2)由图中配子形成过程中印记发生的机制，可以断定亲代雌鼠的A基因来自它______(填父方或母方或不确定), 理由是 。
不变
表观遗传
父方
雄配子中印记重建去甲基化，雌配子中印记重建甲基化，雌鼠的A基因未甲基化
(3)亲代雌、雄鼠的基因型均为Aa，但表型不同，原因是 。
(4)亲代雌鼠与雄鼠杂交，子代小鼠的表现型及比例为 。
体细胞里发生甲基化的等位基因不同，且甲基化的基因不能表达
生长正常鼠：生长缺陷鼠 = 1：1

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