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(共25张PPT)
第四节 基因控制蛋白质的合成
（第三课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
通过对中心法则的理解记忆，认同遗传信息流动的观念。
01
生命观念
通过对资料进行分析归纳，概括中心法则的提出及发展过程。
02
科学思维
教学重难点
01
02
基因控制生物性状
中心法则
课程导入
叶呈扁平状
叶呈丝状
用概念图表示基因与性状之间可能的关系。
性状
基因表达
受精卵
有丝分裂
叶呈扁平状与丝状
（基因组成相同）
环境
可能影响
不同
蛋白质（不同）
直接
决定
作出假设：基因通过蛋白质控制生物性状
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
基因控制生物性状的情况是复杂的，一方面，多对基因共同控制生物的某个性状，基因之间存在复杂的相互作用；另一方面，基因的表达受到环境的影响，所以生物的性状 （或表型） 是基因（或基因型） 与环境共同作用的结果。生物的性状主要通过蛋白质来体现。
基因
酶
细胞代谢
生物性状
结构蛋白
生物性状
蛋白质
间接控制
直接控制
从基因角度解释囊性纤维化遗传病
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
囊性纤维化（CF）是一种遗传病，该病的病因是位于7号染色体上基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白（CTFR）中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
红色面包霉
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
美国遗传学家比德尔和塔特姆以红色面包霉为材料，进行一系列的生化遗传学实验，发现在红色面包霉的生物合成中，每一阶段都有相应的基因控制，当某个基因发生突变而不显示活性时，相应的生物合成即中断。
红色面包霉
尿黑症
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
尿黑症患者的基因型为双隐性aa，这是由相对应的显性基因A结构发生变化所致。患者的肝细胞里不能合成有活性的尿黑酸氧化酶，酪氨酸分解代谢产生的尿黑酸不能被分解，便从血液里运送到排泄器官随尿液排出，含有尿黑酸的尿液在空气中放置一段时间就会变黑。尿黑酸在体内积累会引起色素沉着，并引发多关节炎，引起剧痛。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
尿黑症
控制酶形成的基因正常
控制酶形成的基因异常
尿黑酸氧化酶正常合成
尿黑酸被分解
表现正常
尿黑酸氧化酶不能合成
尿黑酸不能被分解
随尿液排出，尿液呈黑色
基因
性状
酶
代谢过程
镰刀型细胞贫血症
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
人的正常红细胞呈圆饼状，当血红蛋白基因的结构发生改变时，红细胞变为镰刀形，影响运输氧的功能，出现贫血症状。
正常红细胞
镰刀形红细胞
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
镰刀型细胞贫血症
编码血红蛋白的基因正常
编码血红蛋白的基因
中一个碱基对变化
红细胞呈镰刀状
血红蛋白结构改变
性状正常
血红蛋白结构正常
红细胞呈圆饼状
出现贫血症状
基因
性状
蛋白质结构
果蝇无眼
在果蝇的眼睛发育中有一个无眼基因，这个基因一旦变化，就会使幼虫的有关眼细胞不能发育成眼球组织，造成果蝇成虫没有眼睛。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
有眼果蝇
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
基因控制生物性
状的复杂性
多对基因共同控制生物的某个性状,基因之间存在复杂的相互关系。
基因的表达受到环境的影响。生物的性状是基因与环境共同作用的结果。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
多种功能性RNA分子
参与性状的表现
tRNA、rRNA直接参与蛋白质的合成。
一些RNA具有调控基因表达的功能。
一些RNA具有催化功能,即核酶。
中心法则
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1957年，克里克首先预见了遗传信息的传递规律，并将这一规律命名为中心法则。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
中心法则及其发展
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
RNA RNA
RNA复制酶
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
RNA DNA
逆转录酶
目前完整的中心法则
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
生命是物质、能量和信息的统一体。
各种生物的遗传信息传递过程
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
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 某些RNA病毒
逆转录病毒（如劳氏肉瘤病毒）
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
课外读 · 特定的双链RNA可以抑制基因的表达
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
RNA干扰现象最早是在1990年由美国科学家乔根森研究组意外发现的。矮牵牛花花瓣的深紫色是由花青素决定的。为了研究植物类黄酮合成的关键酶——查尔酮合成酶，是否决定花青素的合成速度，乔根森和其研究组的成员在矮牵牛花中过量表达查尔酮合成酶，以期得到颜色更深的矮牵牛花。但是，他们却意外地得到了具有白色和白紫杂色的矮牵牛花，并且在过量表达查尔酮合成酶的矮牵牛花中，查尔酮合成酶的浓度远低于正常矮牵牛花中的浓度。这种现象让乔根森等人推测，外源转入的编码查尔酮合成酶的基因同时也抑制了矮牵牛花中内源查尔酮合成酶基因的表达。
课外读 · 特定的双链RNA可以抑制基因的表达
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1998年，美国生物学家安德鲁·菲尔和美国医学家克雷格·梅洛通过一系列设计精巧的实验,证明双链RNA是引起上述基因表达抑制现象的根源。他们认为，以往观察到的外源导入的与 mRNA 序列相同的 RNA 引起内源 RNA 降解的现象是因为在制备单链 RNA 的过程中混入了双链 RNA，并且证明外源导入的单链 RNA 只有在与mRNA序列互补的RNA存在的条件下才能引起RNA降解。安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛将这一发现发表在1998年2月19日的Nature杂志上。在这篇文章中,他们首次将这种双链 RNA 引起的基因表达抑制现象称为 RNA 干扰现象。RNA 干扰现象的发现不仅解释了许多在转基因实验中出乎意料甚至自相矛盾的结果，而且首次揭示了一种由 RNA 介导的全新的基因表达调控机制。更为重要的是，RNA干扰技术的发现及其普遍应用引起了生命科学研究和基因治疗等领域的一系列变革，极大地推动了上述两个领域的发展。这也是两位科学家获得2006年诺贝尔生理学或医学奖的主要原因之一。
课堂练习
解析：中心法则适用于真核生物和原核生物，A错误；乳酸菌体内的遗传信息的传递发生在DNA、RNA和蛋白质之间，即发生在生物大分子之间，B正确；DNA在复制过程中可能会发生差错，但是由于密码子的简并性，这种差错不一定改变生物的性状，C错误；致癌的RNA病毒在遗传信息的传递中，可发生逆转录，可存在A—T的配对，D错误。
1.下列有关遗传信息传递的叙述，正确的是（ ）
A.中心法则适用于真核生物而不适用于原核生物
B.乳酸菌体内的遗传信息传递发生在生物大分子之间
C.DNA在复制过程中若发生差错，一定会使生物的性状发生改变
D.致癌的RNA病毒在遗传信息的传递中，只有A—U的配对，不存在A—T的配对
B
课堂练习
2.下列关于中心法则相关概念的理解，正确的是（ ）
A.转录和翻译过程中的碱基互补配对方式不完全相同
B.噬菌体壳体蛋白的合成原料来自细菌，由细菌基因编码
C.ATP的水解产物可作为转录和逆转录过程所需的原料之一
D.中心法则揭示了生物界共用同一套遗传密码
解析：本题考查中心法则的相关知识。转录过程中，碱基互补配对方式有A—U、C—G、T—A、G—C，翻译过程中，碱基互补配对方式有A—U、U—A、C—G、G—C，A正确；合成噬菌体的蛋白质外壳需要以细菌中的氨基酸为原料，由噬菌体自身遗传物质指导，B错误；ATP水解掉两个磷酸基团后的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是转录所需要的原料之一，但不是逆转录过程所需的原料，逆转录是由RNA指导合成DNA的过程，需要脱氧核糖核苷酸作为原料，C错误；中心法侧揭示了遗传信息的流动方向或传递规律，并没有揭示生物界共用同一套遗传密码，D错误。
A
课堂练习
3.某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是（ ）
A.抑制该病毒RNA的转录过程
B.抑制该病毒蛋白质的翻译过程
C.抑制该RNA病毒的逆转录过程
D.抑制该病毒RNA的自我复制过程
解析：RNA病毒的遗传物质为RNA，真核宿主的遗传物质为DNA，病毒的遗传物质需要经过逆转录过程才能整合到真核宿主的基因组中，又知Y物质结构与脱氧核苷酸相似，可抑制病毒的增殖，不抑制宿主细胞的增殖，所以Y物质不抑制DNA的复制，抑制的是逆转录过程。
C
课堂练习
4.下面关于基因、蛋白质和性状三者之间关系的叙述不正确的是（ ）
A.生物体的表现型是由基因型和环境共同控制
B.基因与性状之间都是一一对应的关系
C.基因通过控制结构蛋白的合成，进而直接控制生物体的性状
D.基因可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
解析：A、生物体的性状是基因与环境共同作用的结果，A正确；B、基因与性状之间并不是简单的一一对应的关系，如有些性状由多对基因控制，B错误；C、基因可通过控制结构蛋白的合成，直接控制生物体的性状，C正确；D、基因可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，D正确。故选B。
B
总结归纳
基因控制生物的性状
中心法则
间接：基因→酶→生物化学反应→性状
提出者：克里克
直接：基因→蛋白质的结构 →性状
中心法则及其发展
各种生物的遗传信息传递过程

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