生物：必修2第四章基因的表达（新人教版）

(共78张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
人教版高中生物必修2 《遗传与进化》
你看过电影《侏罗纪公园》吗？
影片说复活的恐龙是科学家利用提取出的恐龙DNA分子培育繁殖而来的。
？利用已灭绝的生物的DNA分子，真的能够使灭绝的生物复活吗？
哪些细胞组分参与了蛋白质的合成？
什么是遗传密码？
基因如何指导蛋白质的合成？
基因指导蛋白质的合成
什么是基因？
蛋白质的合成场所在哪里？
DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？
当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢？
遗传信息的转录
RNA
RNA与DNA的不同：
碱基，U（T） ；核糖；单链，比DNA短，易通过核孔（分布；染色；基本单位名称；）。
RNA种类
mRNA（信使RNA）
tRNA （转运RNA）
rRNA （核糖体RNA）
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖
核糖
磷酸
磷酸
DNA与RNA分子的比较
单击画面继续
转录
a. DNA 解旋，以一条链为模板合成RNA
b. DNA与RNA的碱基互补配对：A—U ; T—A；
C—G； G—C
c. 组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来
场所：
细胞核
条件：
模板：DNA的一条链
酶： 解旋酶、RNA聚合酶等
原料：四种核糖核苷酸
能量： ATP
结果： 形成一条mRNA
这样：DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
在人体内，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共有（　　）
A．２种　　　　　B．３种　　
C．４种　　　　　D．５种
反馈评价：
Ｄ
转录过程
1 DNA双链解开，碱基暴露。
2 游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA上的碱基互补时，两者以氢键结合。
3 核糖核苷酸不断连接，新合成的mRNA分子不断延长→最后从DNA链上释放→DNA双链恢复。
运载工具：转运 RNA（tRNA)
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
反密码子
*一种tRNA只能携带一种氨基酸
2 .翻译
mRNA经核孔进入细胞质，在细胞质中再进行翻译
在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译
密码子：遗传学上把信使RNA（mRNA）上决定一个氨 基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA翻译模板
密码子
密码子
密码子
信息传递
DNA上的遗传信息
（脱氧核苷酸排序）
转录
细胞核
mRNA(核糖核苷
酸排序)
翻译
细胞质
蛋白质
（特定的氨基
酸顺序）
遗传信息的传递只有这种模式吗？
中心法则
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
基因对性状的控制
控制酶的合成来控制代谢过程而控制性状
控制蛋白质分子的结构而直接影响性状
（略）
场所：
细胞质的核糖体上
过程：
条件：
模板：mRNA
原料：20种氨基酸
能量： ATP
结果： 多肽
翻译
翻译者：
转运RNA ( tRNA )
课堂练习：
1、若DNA分子中，含有脱氧核糖200个，胞嘧啶为60个，则该片段转录而成的mRNA中含有尿嘧啶的数目最多为 （ ）
A．20个　　　　　B．40个　　
C．60个　　　　　D．200个
B
2、已知一段mRNA中含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是 （ ）
A．12个　　　　　B．24个　　
C．18个　　　　　D．30个
D
3、研究基因控制蛋白质的合成过程，最好选择下列哪一项为实验材料（ ）
A．人的成熟红细胞　B．成熟的白细胞　　
C．卵细胞　　　　　D．受精卵
D
4.某基因中含有1200个碱基对，则由它控制合成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有肽健的个数是 ( )
A．198个 B．398个
C．400个 D．798个
5.一条多肽链中有氨基酸1000个，则合成该肽链的mRNA和基因分别至少有碱基多少个？
A. 3000 , 3000
B. 1000 , 2000
C. 2000 , 4000
D. 3000 , 6000
6.根据中心法则完成下表
DNA双
螺旋 G
G
信使RNA C
转移RNA
氨基酸 丙 氨 酸
密码子 A
G
C
G
T
U
A
C
G
C
C
A
7、某多肽的基因如下图所示: :①┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ 　ＣＡＣＴＣＴＴＡＣＣＣＧＡＣＴＧＣＣＣ 　ＧＴＧＡＧＡＡＴＧＧＧＣＴＧＡＣＧＧＧ ②┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷ 如果以②链为模板转录，该多肽有氨基酸———个，氨基酸依次为————————————————。如果第一个碱基对改变为上Ｔ下Ａ，第一个氨基酸将变为————；如果第一个碱基对丢失，肽链的氨基酸将依次为————————————————；如果在第一个碱基对前增加一个上Ｇ下Ｃ碱基对，肽链的氨基酸将依次为————————————.
６
组，丝，酪，脯，苏，丙
酪氨酸
苏，亮，苏，精，亮，脯
丙，亮
中心法则内容
中心法则图解
遗传信息的传递规律（流动方向）
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
表示
克里克的预见
一、中心法则的提出及其发展
P69资料分析 中心法则的发展
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
中心法则实质蕴涵着______和________这两类生物大分子之间的相互______和相互作用。
核酸
蛋白质
联系
二、基因、蛋白质与性状的关系
基因指导________的合成
基因控制生物体的______
蛋白质
性状
蛋白质是生命活动的______者和______者
体现
承担
Q：蛋白质与生命性状特征有何关系
Q：蛋白质如何承担生命活动？
运动(如肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白，助肌肉收缩)
运输(如血红蛋白、协助扩散和主动运输时的载体蛋白)
调节(如生长激素、胰岛素)
防御(如抗体)
催化（各种酶）
从基因的角度来解释孟德尔的圆粒与皱粒豌豆
DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶不能________
蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高
淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩
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，豌豆显得圆鼓鼓
正常合成
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
缺乏黑色素表现为白化病
① 基因通过控制______合成来控制代谢过程，进而控
制生物体的_____
② 基因还能通过控制蛋白质的______而_____
控制生物体的_______
编码血红蛋白的
基因中一个碱基变化
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
酶的
性状
结构
直接
性状
直接控制
间接控制
单基因控制某性状
多
人的身高、血压、智力、长相、记忆力、性格、自尊、对社会的态度等
基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂而又繁而有序的网络，精细地调控着生物体的性状
表现型=
基因型 + 外界环境
水毛茛
即表现型是基因型与环境相互作用的结果。
DNA的分布
主要在染色体上
细胞质内
细胞核遗传
细胞质遗传
生物的遗传
（所以说，染色体是DNA的主要载体）
例：线粒体肌病
细胞质遗传________孟德尔的遗传规律， 后代只表现出______的性状
______和______中的DNA中的基因都称为细胞质基因
线粒体DNA的缺陷与数十种人类的遗传病有关，这些疾病多与脑部和肌肉有关，如：
线粒体脑肌病：乳酸中毒，中风样发作综合症，母系遗传病。表现
为身材矮小、多毛、头痛、肌无力、运动诱发呕吐、癫痫发
作、再发性脑损伤，并引起偏瘫、偏语
这些疾病有什么特点？为什么？
受精过程中，受精卵的细胞质几乎全部来自母亲的卵细胞
线粒体
叶绿体
不符合
母本
基因对性状的控制
1. 通过控制酶的合成来控制代谢过程，
从而间接控制生物性状。
2. 通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。
DNA—蛋白质—性状的关系
DNA的多样性
蛋白质的多样性
生物界的多样性
决定
导致
根本原因
直接原因/物质基础
表现形式
知识小结
1、揭示生物体内遗传信息传递一般规律的是（ ）
A．基因的遗传定律
B．碱基互补配对原则
C．中心法则
D．自然选择学说
课堂巩固
C
2．果蝇长翅对残翅显性。用一定高温处理长翅
基因纯合子的幼虫，其发育为成虫后，翅膀表现
为残翅。下列解释错误的是：（ ）。
A．翅膀基因在幼虫阶段就已经开始表达
B．高温下相关蛋白质活性下降
C．这种长翅个体的基因型已经变为杂合子
D．表现型是基因与环境因素共同作用的结果
3．美国德克萨斯州科学家在2002年2月14日宣布，
他们已经培育出世界上第一只克隆猫。这只名为
CC的小猫毛色花白，看上去完全不像生养它的花
斑猫妈妈，也不完全像为它提供细胞核的基因妈
妈。对该克隆猫毛色的解释合理的是：（ ）
（1）发生了基因重组所造成的结果
（2）提供卵细胞的雌猫细胞质基因表达的结果
（3）表现型是基因型与环境共同作用的结果
（4）生养它的花斑猫妈妈的基因表达的结果
A．（1） B．（2）（3）
C．（2）（3）（4） D．（1）（2）（3）（4）
4、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
5、引发非典型肺炎的SARS病毒为单链RNA病毒，复制不经过DNA中间体，使用标准密码子。下图为SARS病毒在宿主细胞内的增殖示意图：
请概括出SARS病毒遗传信息传递和表达的主要途径： 。
（病毒）RNA→（互补）RNA→（病毒）RNA→蛋白质或RNA（自我复制）→蛋白质
基因突变
和基因重组
生物的变异
高中生物多媒体教学课件
表现型
基因型
+ 环境条件
（改变）
（改变）
（改变）
复习:表现型与基因型的关系
引入:生物体遗传性状的改变就是生物的变异
普通的小麦种子种植在肥沃的土壤中，给予充足的阳光和水分，结出的是粒多饱满的种子，但是再把这些种子种下去结出的仍就是普通的种子
不可遗传的变异
太空椒（经过太空遨游，也就是经过辐射的）和普通椒相比，太空椒具有明显的优势，果实肥大，把其种下去后结出的仍是太空椒
可遗传的变异
变异的类型
遗传的变异：
不遗传的变异：
基因突变
染色体变异
基因重组
仅仅由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能进一步遗传给后代。
由于生殖细胞中遗传物质发生了改变，其后代将继承这种改变
生物变异的类型
1、下面叙述的变异现象，可遗传的是　
A．由于水肥充足而造成的小麦粒大粒多性状
B．果树修剪后所形成的树冠具有特定的形状
C．用生长素处理未经受粉的番茄雌蕊，得到的果实无籽
D．开红花的一株豌豆自交，后代部分植株开白花
D
精典例题
1910年，赫里克医生的诊所来了一位黑人病人，病人脸色苍白，四肢无力，是严重的贫血病患者。医生使用所有能治疗贫血病的药物，但对这个病人无效。对病人做血液检查时发现，红细胞在显微镜不是正常的圆饼形，而是又长又弯的镰刀形，称镰刀状细胞贫血症。
一、基因突变
(一)基因突变的实例
镰刀型贫血症是一种异常血红蛋白病。一旦缺氧，患者红细胞变成长镰刀型，血液的粘性增加，引起红细胞的堆积，导致各器官血流的阻塞。而出现脾脏肿大，四肢的骨骼、关节疼痛，血尿和肾功能衰竭等症状，病重时，红细胞受机械损伤而破裂产生溶血现象，引起严重贫血而造成死亡。
患者不能进行激烈运动，长期遭受慢性贫血折磨。常在幼年发现。
镰刀型贫血症简介
　　　
　　　1949年，美国鲍林博士首先意识到，红细胞中血红蛋白分子不完善引起使红细胞变形，从而失去输氧功能。
　　
　　　血红蛋白究竟出了什么问题？
　　　
　　　为什么谷氨酸会被缬氨酸取代呢？
　　　随着分子遗传学的崛起，已经查明DNA分子中的一组碱基由CTT变成CAT。
1956年，英国科学家英格拉姆发现镰刀状细胞贫血症患者血红蛋白有两条肽链（共四条）上，第6位上的谷氨酸被缬氨酸取代。
正常
异常
…－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸—…
…－脯氨酸－缬氨酸－谷氨酸 —…
思考与讨论
CTT
GAA
谷氨酸
缬氨酸
DNA
mRNA
氨基酸
蛋白质
正常
异常
GUA
CAT
GTA
突变
GAA
_____原因
_____原因
镰刀型细胞贫血症是由_________引起的一种遗传病，是由于基因的______发生了改变产生的。
病因：
基因突变
结构
根本
直接
相应性状的改变
相应蛋白质的改变
相应氨基酸的改变
mRNA分子中的碱基发生变化
DNA分子中的碱基对发生变化
具体变化过程:
这种变化可否遗传
如何遗传？
可以遗传
突变后的DNA分子复制,通过减数分裂形成带有突变基因的生殖细胞,并将突变基因传给下一代.
┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷
┯┯┯┯┯ ＡＴＡＧＣ ＴＡＴＣＧ ┷┷┷┷┷
┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷
┯┯┯ ＡＧＣ ＴＣＧ ┷┷┷
┯┯┯┯ ＡＣＧＣ ＴＧＣＧ ┷┷┷┷
┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷
增添
缺失
改变
DNA分子中发生碱基对的 、 和 ，而引起的 的改变。
增添
缺失
改变
基因结构
（一）基因突变的概念：
思考与讨论：
①由于碱基对的改变，是否一定会引起蛋白质的改变？
②基因突变都会遗传给后代吗？
2、在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则
A.不能转录
B.不能翻译
C.在转录时造成插入点以前的遗传密码改变
D.在转录时造成插入点以后的遗传密码改变
3、若某基因原为303对碱基，现经过突变，成为300个碱基对，它合成的蛋白质分子与原来基因合成的蛋白质分子相比较，差异可能为　　　　　
A．只相差一个氨基酸，其他顺序不变
B．长度相差一个氨基酸外，其他顺序也有改变
C．长度不变，但顺序改变
D．A、B都有可能
D
D
精典例题
(二)基因突变发生的时间？ Why？
细胞周期中的分裂间期
A.有丝分裂间期
B.减数第一次分裂间期
体细胞
生殖细胞
中可以发生基因突变
（但一般不能传给后代）
中也可以发生基因突变
（可以通过受精作用直接传给后代）
DNA在进行复制时发生错误或由于某种原因断裂后进行修复时发生错误。
4、人类能遗传给后代的基因突变常发生在
A.减数第一次分裂
B.四分体时期
C.减数第一次分裂的间期
D.有丝分裂间期
C
精典例题
(三)基因突变的原因
物理因素
化学因素
生物因素
基因突变的原因
X射线、激光等
亚硝酸和碱基类似物等
病毒和某些细菌等
(四)基因突变的类型
1、按来源分__________与__________
2、按突变后对生物个体的影响分 与________,对生物体而言，多数为____________。
自然突变
诱发突变
有利突变
有害突变
有害突变
①打破生物对环境的适应性
为何基因突变对生物体而言，多数为有害突变 如此的话基因突变对生物岂不是没有意义
②产生新基因
引发生物变异
为进化提供原始材料
3、按表现条件分显性突变和隐性突变
棉花 正常枝——短果枝
果蝇 红眼——白眼
长翅——残翅
家鸽 羽毛白色——灰红色
人 正常色觉——色盲
正常肤色——白化病
你认为突变有什么特点？
常见突变性状：
一 在生物界普遍存在；
讨论与思考
短腿安康羊（中）
玉米白化苗
人类多指
以植物的个体发育为例：
开花结果的植株
胚
幼苗
具根茎叶的植株
分化出花芽的植株
受精卵
基因突变发生的时期与突变性状在生物体的表现部位及范围大小有没有关系？
有什么关系？
突变发生的时间越早，表现突变的部分越多，突变发生的时期越晚，表现突变的部分越少。
基因突变发生在生物个体发育的什么时期？
哪些细胞能发生基因突变？
任何时期
分裂间期的细胞
有
二 在生物体内随机发生；
基 因 突变率
大肠杆菌组氨酸缺陷型基因 2×10－６
果蝇的白眼基因 4×10－5
果蝇的褐眼基因 3×10－5
玉米的皱缩基因 1×10－６
小鼠的白化基因 1×10－5
人类色盲基因 3×10－5
小资料
三 突变率低；
白化苗
四 大多数突变是有害的
白化病
为什么呢？
任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们 与环境取得了高度的协调。
五 基因突是 不定向的
(五)基因突变的特点
自然界的物种中广泛存在
可发生在任何时期
自然界突变率很低：10－5- 10-8
(打破对环境的适应性)
多数有害,少数有利
①普遍性:
②随机性:
③低频性:
④多害少利性：
一个基因可以产生一个以上的等位基因
⑤不定向性：
(六)基因突变的意义
生物变异的根本来源，为生物进化提供了最初的原始材料,能使生物的性状出现差别，以适应不同的外界环境，是生物进化的重要因素之一。
基因突变的结果：
使一个基因变成它的等位基因
①成功率低,有利个体往往不多
②需大量处理材料
(七)人工诱变在育种上的应用
诱变意义:
是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法
（2）优点：
①提高突变率，缩短育种周期
②大幅度改良某些性状
（3）缺点:
物理因素：X射线、γ射线、紫外线、激光等
化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等 　
（1）常用的方法：
这种太空南瓜王最大能长到200多公斤，
在生长繁殖期高峰时，南瓜每天能增大5公斤。
（4）实例：“黑农五号”大豆
高产青霉菌株
太空椒
5.诱发突变与自然突变相比，正确的是　　　
A．都是有利的 B．都是定向的
C．都是隐性突变 D．诱发突变率高
D
精典例题
6 .大丽花的红色( C )对白色( c )为显性，一株杂合的大丽花植株有许多分枝，盛开众多红色花朵，其中有一朵花半边红色半边白色，这可能是哪个部位的C基因突变为c造成的？
A 、幼苗的体细胞
B、早期叶芽的体细胞
C、花芽分化时的细胞
D、杂合植株产生的性细胞
C
精典例题
“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的
基因重组
二、基因重组
1、概念:
在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的自由组合.
2、类型:
①基因的自由组合:
②基因的互换:
非同源染色体上的非等位基因的
自由组合
同源染色体上的非姐妹染色体之间
发生局部互换.
后一页
非同源染色体上的 非等位基因自由组合
一种具有20对等位基因（这20对等位基因分别位于 20对同源染色体上）的生物进行杂交时，F2可能出现的表现型就有 种。
A
a
b
B
A
a
B
b
Ab和aB
AB和ab
上一页
220=1048576
A
a
b
B
A
a
B
b
同源染色体的非姐妹染色单体之间的局部交换
上一页
3、意义:
通过有性生殖实现基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源,是生物多样性的重要原因之一.
基因重组能否产生新的基因？
基因突变和重组引起的变异有什么区别
1．基因突变：
基因_________改变，它________新的基因
发生时期：________________________
特点：①普遍性、②随机性、③___________、
④多数有害、⑤不定向性。 2．基因重组：
控制不同性状的_____________，_______新基因，可形成新的________。
发生时期：___________________
特点：__________
内部结构
能产生
细胞分裂间期（DNA复制时）
突变率低
基因重新组合
不产生
基因型
有性生殖过程中(减数分裂)
非常丰富
1、生物变异的根本来源是　　
A．基因重组 B．染色体数目变异　
C．染色体结构变异　D．基因突变
2、基因重组发生在
A．减数分裂形成配子的过程中　　
B．受精作用形成受精卵的过程中
C．有丝分裂形成子细胞的过程中　　
D．通过嫁接，砧木和接穗愈合的过程中
课堂巩固
D
A
3、某自花传粉植物连续几代开红花，一次开出一朵白花，白花的后代全开白花，其原因是
A．基因突变 B．基因重组
C．基因分离 D．环境影响
A
4、上眼睑下垂是一种显性遗传病,某一男性患者,其父母正常，请判断这人性状最可能是
A.伴性遗传 B.常染色体遗传
C.基因突变 D.基因重组
C
5.如果将一个镰刀型细胞贫血症的患者血液,输给一个血型相同的正常人,将使正常人
B
A、 基因产生突变,使此人患病
B、无基因突变,性状不遗传给此人
C、基因重组,将病遗传给此人
D、无基因突变,此人无病,其后代患病
7、生物界是千姿百态，多种多样的，这都要建立在生物丰富变异的基础上。生物丰富的变异主要来源于
A.基因重组 B.基因突变
C.染色体变异 D.环境变化
A
6、若一对夫妇所生育子女中，性状差异甚多，这种变
异主要来自　
A.基因突变 B.基因重组
C.环境影响 D.染色体变异
B