资源简介

基因的结构
基因的结构
一、教学内容
基因的结构
二、教学目的
1、知识方面
认识原核细胞的基因结构、真核细胞的基因结构
知道人类基因组研究
2、思想方面
正确认识人类基因组草图的价值及人类基因组计划的艰巨性，通过阅读分析有关新闻报道，理解新闻工作者必须具备广博的知识，否则会误导公众。
3、能力方面
培养阅读相关生物资料的能力，利用已有的生物学知识能够辨析新闻的真实性与宣传的可靠性。
三、教学重点
原核细胞和真核细胞的基因结构
四、教学难点
原核细胞和真核细胞基因结构中非编码区上的与RNA聚合酶结合位点的作用，以及真核细胞基因的间隔序列。
五、教学用具
投影片、供学生阅读的文字材料
六、教学方法
教师启发式讲授、演示与学生观察、阅读、探究相结合
七、教学过程
复习导课
1、 什么叫基因？基因的化学本质是什么？
2、 基因有什么功能？
3、 思考：唾液淀粉酶和胃蛋白酶的基因存在于人体的什么细胞中？为什么细胞含基本相同的基因，但只有唾液腺细胞中合成唾液淀粉酶、胃腺细胞中合成胃蛋白酶呢？这与基因的结构密切相关的，那么，基因的结构究竟是怎样的呢，
新授：
（1） 要求学生带着下列思考题阅读教材《原核细胞的基因结构》部分内容
出示思考题：
1、 原核细胞基因的结构包括哪几部分？
2、 什么叫编码区？
3、 什么叫非编码区？其重要作用是什么？为什么？
4、 RNA聚合酶的化学本质及作用分别是什么？它是如何催化DNA转录RNA的？
学生阅读、思考、回答、补充，教师归纳。
1、基因的概念：基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的功能单位。遗传效应是指能转录为
　 mRNA，继而翻译为蛋白质，或转录为核糖体RNA．转运RNA的功能。
3、RNA聚合酶：位于编码区上游，其作用是催化DNA转录成RNA。
（2） 再要求学生阅读教材《真核细胞的基因结构》部分内容，并思考下列问题：
1、真核细胞的基因结构如何？
2、与原核细胞基因结构相比较有什么相同和不同？
3、旁栏思考题
投影原、真核细胞基因结构示意图，并比较它们的异同，由旁栏思考题的解决过程加深对上述内容的理解。
2、真核细胞基因结构特点：与原核生物的基因结构基本相似，只是编码区是间隔的、不连续的，可编码蛋
白质的序列（即外显子）被不能编码蛋白质的序列（即内含子）隔开。而且外显子序列在整个基因中所占的比例较小。
（三）提供资料，指导学生阅读有关《人类基因组研究》有关内容，并分组讨论银屏出示的思考题，教师在学生探究的基础上给予适当的点拨、归纳。
材料一
人类基因组计划是人类历史上第一次由全世界各国不分大小、不分强弱，所有科学家一起执行的科研项目。实施人类基因组计划伊始，发达国家具有远见的科学家即号召全球各个国家的政府都重视这一项目，并号召全世界科学家共同参与，建议所有的进展、所有的数据、所有的实验资源应随时公布于众，让全世界所有国家兔费享用。在实施过程中，各国科学家精诚合作、共享材料、共享数据，共同攻关。这在人类自然科学史上，是史无前例的。人类基因组计划与另两个有全球性意义的项目，即曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划相比，更显示了人类的谐同与进步。
材料二
人类基因组计划（Human Genome Project， HGP）
也称人类基因测序计划，主要目标是完成对人类的基因组的所有碱基序列的测定，阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变的全部信息。
材料三
20世纪70年代的人类疾病的“基因论”之说，无疑是人类基因组计划的主要思路。不仅疾病与基因有关，人类的生存、出生、生长都与基因有关，都与DNA的序列有关。正如著名的诺贝尔奖获得者、意大利的杜伯克在他发表的一篇文章，即后来被称为“人类基因组计划”的“标书”之中写的：人类的DNA序列是人类的真谛。这个世界上发生的一切，都与之息息相关。……正如杜伯克说的：既然大家都知道基因的重要性，那我们就只有两种选择，一是“零敲碎打”，大家都去“个体作业”，去研究自己“喜欢”的，认为是重要的基因。而另一种选择呢？则是前所未有的大胆说法：从整体上来搞清楚人类的整个基因组，集中力量先认识人类的所有基因。
资料四
1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖获得者、 DNA分子双螺旋模型提出者沃森（J．waston）出任第一任主任。1990年，历经5年辩论之后，美国国会批准美国的“人类基因组计划”于同年10月1日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是：拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的分析。此计划在1993年作了修改，其主要内容包括：人类基因组的基因图构建与序列分析；人类基因的鉴定；基因组研究技术的建立；人类基因组研究的模式生物；信息系统的建立。此外，还有人类基因组研究的社会、法律与伦理问题，交叉学科的技术训练，技术的转让，研究计划外延等共9方面的内容。
资料五：人类基因组草图也仅仅是草图
1990年首先在美国启动的“人类基因组计划”是为了测定组成人类基因组的核苷酸序列。人类基因组大约由30亿个碱基对组成，打个比方，就像是一部由30亿个由ATCG四个字母交替组成的大书。这个计划的目的，就是要知道这四个字母的排列顺序。但是由于技术的原因，在测序之前，需要先把这本书撕成许多个片断分别阅读，然后再把这些片断拼接起来恢复成一本完整的书。所谓完成了“工作草图”，这仅仅指的是初步把这些片断拼凑了起来，里面还有空白和错误，并不是一本完整准确的书。
即使在两三年以后得到了完整的书，也绝不意味着就读懂了这本书。知道了基因组序列并不是就破译人类基因的奥秘。人类基因组绝大部分是没有功能意义的DNA序列，只有少部分是有意义的，包括了大约十万个基因。在获得基因组完整序列之后，下一步的工作，是把其中的全部基因找出来。只有找到了这十万个基因，了解了其编码的蛋白质的结构和基本功能以及基因调控的机制，才可以说初步破译了人类基因的奥秘，这是极其艰巨的工作，目前已从基因组序列找出来的人类基因已有三万多个，但是能跟被编码的蛋白质对上号的，也不过数千个。最乐观的估计，没有几十年的时间，不可能初步完成这项破译，而如果要把所有蛋白质的相互关系研究透彻，那要花上更长久的时间。
即使到了这个遥遥无期的时刻，也绝不意味着我们完全掌握了人类遗传的奥秘。人类基因组计划是源于一个并不恰当的观念，以为存在着一种典型的纯粹的人，可以用少数几个人（塞来拉公司用的是5个不同种族的人）的基因组来代表人类基因组。但是人类的遗传有着无限多的变异性。基因的变异远多于蛋白质的变异，并不存在一本单一的基因标准“密码本”。如果将某些个特定个体的遗传当成了人类遗传的标准而忽视了人类遗传的多样性，是极其危险的。
人类基因组的完整序列，无疑能成为遗传学研究的重要工具，至少，它有助于我们更快速地鉴定、克隆人类基因，特别是那些已先在别的生物中发现的基因。但是，人类基因组序列所起的作用是相当有限的。就像一张地图，它能给旅行者带来很大的便利，却不能保证就能达到目的地。何况还存在着无数不尽相同的地图。人类基因组序列的获得，只是全面破译人类遗传奥秘的起点，而不是结束。自《叩问基因时代的争论》方舟子著 P35。
材料六：六国科学家公布人类基因组细节研究成果
新华网华盛顿2月11日专电（记者吴伟农）人类基因计划、美国塞莱拉遗传信息公司、美国《科学》杂志和英国《自然》杂志联合宣布，继科学家去年绘制成功人类基因组工作框架图之后，他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱，对人类基因的面貌有了新的发现：
一、基因数量少得惊人。一些研究人员曾经预测人类约有14万个基因，但塞莱拉公司将人类基因总数定在2．6383万到3．9114万个之间。如果最终确定出的基因数在这个范围内，比如3万个左右，那么，人类只比果蝇多大约1．3万个基因。塞莱拉公司的科学家测出的序列准确地覆盖了基因组的95％，并已经确定了所有基因的2/3，平均测序精度为99．96％。
二、人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”，人类基因组序列中所谓的“荒漠”就是包含极少或根本不包含基因的部分，基因组上大约1／4的区域是长长的、没有基因的片段。基因密度在第17、第19和第22号染色体上最高，在X染色体，第4、第18号和Y染色体上相对贫瘠。
三、35．3％的基因组包含重复的序列。这意味着所有这些重复序列，即原来被认为的“垃圾DNA”应该被进一步研究。事实上，第19号染色体57％是重复的。除了重复片段，科学家还鉴定了210万个人与人之间不同的基因序列，这些序列被称为“单核苷酸多态性”，它们通常是无害的。
四、地球上人与人之间99．99％的基因密码是相同的。研究发现，来自不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似。在整个基因组序列中，人与人之间的变异仅为万分之一。
在谈到这一发现的意义时，《科学》杂志总编肯尼迪说，塞莱拉科学家揭示的人类基因组面貌是一项出色的成就，它代表了所有迄今完成的最准确的人类基因组，也为人类医学新发展提供了崭新的、激动人心的前景。
讨论：
1.人类基因组计划于哪年启动？耗资多少？有哪些国家参与？
2.人类基因组计划的研究对象是什么？
3.耗此巨资意义何在？我国有什么必要参与其中？
4. 2000年6月26日宣布的“人类基因组草图”完成的是什么？是不是如同《中国青年报》（2000年6月27日）所言“人类基因密码破译”？
5.某报道说，当某科学家被记者问到，以后是否可能用转基因技术创造出从事特殊服务的“新人类”，如不吃不拉埋头苦干的转基因奴隶时，他断言“这是可能的！”（《南方周未》2000年7月7日）你的意见呢？
6.由于人类基因组计划的实施，某科学家预言：“不久的几年内，人们将看到一份描述人类自身的说明书，它是一本完整地讲述人体构造和运转情况的指南，届时危害人类健康的5 000种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、精神病等，都可以得到早期诊断和治疗。你同意此种说法吗？
1、研究对象：人体1—22号常染色体和X、Y两条性染色体上的全部基因（22+XY）
2、研究内容：绘制人类基因组四张图，即：遗传图、物理图、序列图、转录图
3、启动时间：1990年
4、参与国家：美、英、法、德、日、中（我国承担其中1%的测序任务）
5、研究意义：
①对各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义；
②进一步了解基因表达的调控机制、细胞的生长、分化和个体发育的机制，以及生物的进化等具有
　重要意义；
③推动生物高新技术的发展，并产生巨大的经济效益。
八、疑难点拔
1．启动子与起始密码
启动子是基因结构中位于编码区上游的核苷酸序列，是RNA聚合酶结合位点，能够准确地识别转录的起始点并开始转录，有调控遗传信息表达的作用。而起始密码则是mRNA上的三个相邻碱基。启动子不止三个碱基。
2．外显子与内含子
一般说，真核细胞结构基因都是由外显子和内含子组成，但是，外显子和内含子的关系并不是完全固定不变的，有时同一条DNA链上的某一段DNA序列，当它作为编码某多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多肽链的基因时，则是内含子，结果是同一基因可以同时转录为两种或两种以上的mRNA。
3．区分终止子和终止密码
终止子位于DNA上，确切地说是属于非编码区的核苷酸序列。它特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录工作结束。终止密码位于mRNA上，共有三种：UAA、UAG、UGA。这三种核苷酸不能决定氨基酸为“无字义密码”，也就是终止密码位子。表明一条肽链已经翻译完成。
4．一般说来，在一个基因中，其编码区的外显子的数目总比内含子的数目多一个。即：外显子数目=内含子数目+1。
九、板书设计：　　
第二节　基因的结构
二、真核细胞的基因结构
编码区：间隔的、不连续的
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列
外显子在整个基因中所占比例较小
三、人类基因组研究
　　（一）人类基因组概念
　　（二）人类基因组计划
　　1、起始情况
　　2、研究内容
　　3、进展情况
　　4、研究意义
　 5、中国成就　　　　　　　　　　　　　　　　
十、随堂练习
一、填充题
真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是___________、___________。也就是说能够编码________的序列被不能够编码_________的序列分隔开来成为一种断裂形式。其中能够编码__________的序列叫做__________，不能够编码________的序列叫__________。
二、选择题
1、 下面对基因结构的认识中，不正确的是
A、编码区能够转录为相应有RNA，参与蛋白质的合成
B、启动子、终止子包括在非编码区
C、原核细胞与真核细胞的基因结构中都有存在有外显子和内含子
D、内含子是不能编码蛋白质的序列　　　　　　　　　　　　　　（　　）
2、基因的结构包括①启动子、②终止子、③终止密码、④外显子、⑤内含子等组成，真核细胞的基因结构组成是：
A、①②③　　　B、①②④⑤　　　C、①②③④⑤　　　D、③④⑤
三、分析说明题
经研究发现，在以DNA为模板的mRNA的碱基序列的末端有一串碱基U。这一串碱基U必定与DNA的一串碱基A相对应。这样有结构阻碍了RNA聚合酶的移动。请分析原因。
参考答案：
一、间隔的　不连续的　蛋白质　蛋白质　蛋白质　外显子　蛋白质　内含子
二、1、C　　2、B
三、因为A与U之间形成的氢键结合力较弱，使mRNA与DNA杂交部分的结合不稳定，mRNA就会从模板上脱落下来。同时，mRNA聚合酶也从DNA上脱离下来，使转录终止。
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