生物人教版2019必修2 4.2基因表达与性状的关系（共46张ppt）

(共46张PPT)
1、DNA和RNA在基本组成单位方面的两个的主要区别：
4.1基因指导蛋白质的合成 复习提问
DNA中的五碳糖是脱氧核糖，含氮碱基特有T
RNA中的五碳糖是核糖，含氮碱基特有U
2.RNA的种类及作用
⑴信使RNA（m RNA）：转录遗传信息，翻译的模板，即传递遗传信息的作用。
⑵转运RNA （t RNA ）：识别密码子，运输特定氨基酸，呈三叶草型结构。
⑶核糖体RNA （r RNA ）：核糖体的组成成分。
3.转录知识点：
1、转录的场所：主要是细胞核。
2、转录的模板：DNA分子的一条链。
3、转录的原料：四种核糖核苷酸。
4、转录的条件：模板、原料、能量、酶。
5、转录时的碱基配对：
6、转录的产物：mRNA。
DNA
RNA
A
T
C
G
U
A
G
C
G－C、C－G、T－A、A－U
7、遗传信息传递的方向
特殊密码子说明：
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
4.密码子的种类：
64种
终止密码子：
起始密码子：
编码氨基酸的密码子：______种或_____种
UAA
UGA（特殊条件下可编码硒代半胱氨酸）
UAG
GUG（原核生物中）
AUG
61
62
判断：1）起始密码子都能编码氨基酸（ ）
2）终止密码子都不能编码氨基酸（ ）
5.氨基酸的搬运工——tRNA
1.形态：
三叶草形
2.功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
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
3.种类：
61或62种
注意 反密码子问题
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
1.概念：
2.场所：
3.翻译的
条件：
细胞质中的核糖体上
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
能量：ATP
6.遗传信息的翻译总结：
多种酶
tRNA
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同。
多聚核糖体现象
7.多聚核糖体： 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程，通常，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。少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
（1）翻译的方向？
（即核糖体移动的方向）
思考：
从左向右
（3）多聚核糖体存在的意义是？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
核基因先转录后翻译
边转录边翻译
原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程常紧密偶联，同时发生(边转录边翻译)；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。　
真核生物转录翻译过程
原核生物转录翻译过程
8.原核生物 真核生物遗传信息表达区别
4.2基因表达与性状的关系
1
理解基因表达产物与性状的关系
2
理解细胞分化的原因
3
掌握表观遗传信息是如何调控基因表达的
4
理解基因与性状关系的复杂性
本节重难点：
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。
1、这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？
一样
水毛茛
2、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
为什么细胞的基因组成相同，而性状却表现出明显不同？
基因
酶
代谢
过程
性状
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，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓（圆粒）
编码淀粉分支酶的基因正常
外来DNA序列打乱了
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（皱粒）
一、基因表达产物与性状的关系
实例1：豌豆的圆粒与皱粒
实例2：白化病的成因
控制酪氨酸酶的基因异常
酪氨酸不能正常转化______
________不能正常合成
缺乏黑色素，表现_______
酪氨酸酶
黑色素
白化病
基因型
酶
代谢过程
表型
想一想：通过豌豆圆粒和皱粒的实例及白化病的病因，体现了基因控制生物性状的方式是哪种？
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。(间接控制）
囊性纤维病是北美白种人常见的一种遗传病，每1800个人中就有一个患者，每25个人中就有一个致病基因携带者。
正常气管
囊性纤维化气管
气流大小
患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，最终使肺功能严重受损。
一、基因表达产物与性状的关系
实例3：囊性纤维病
基因
蛋白质结构
性状
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，空间结构异常
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
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
红细胞易破裂,患溶血性贫血
实例4：镰状细胞贫血
控制血红蛋白形成的
基因中一个碱基对变化
血红蛋白的结构发生变化
红细胞呈镰刀状
基因
蛋白
质结构
性状
血红蛋白的结构正常
红细胞呈圆饼状
控制血红蛋白形成的基因碱基对正常
红细胞正常
基因还能通过控制蛋白质的结构而直接 控制生物体的性状 。（直接控制）
想一想：
通过囊性纤维病的实例及镰状细胞贫血症的病因，体现了基因控制生物性状的方式是哪种？
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
总结：基因的表达产物与性状的关系
1.基因通过控制________来控制_______，进而控制生物体的性状
酶的合成
代谢过程
例如：豌豆的圆粒和皱粒、白化病等
2.基因还能通过控制__________ _来_____控制生物体的性状
蛋白质的结构
直接
例如：囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症等
想一想：同一生物体的不同类型细胞中，基因都是相同的，而形态结构和功能却各不相同，这是为什么呢？
二 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。
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 + + + - - +
问题1：这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
问题2： 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？
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。
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 + + + - - +
问题3：3种细胞中有表达情况相同的基因吗？
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。
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 + + + - - +
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：
细胞分化的实质：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；
1.同一生物体中不同类型的体细胞，基因都是相同的，但细胞中基因表达情况不同（即mRNA不都相同，蛋白质也不都相同）
总结：
遗传物质相同
(DNA)
细胞生理功能不同
mRNA
有不同
蛋白质
有不同
细胞形态结构不同
细胞器种类和数量不同
2.细胞分化的实质：
基因的选择性表达。
基因的选择性表达如何实现？
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
调控基因是否表达
调控基因表达多少
表观遗传就是一种非常重要的基因表达调控手段
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
基因的选择性表达是怎样调控的？
这种调控会直接影响性状
A,B两种植株，体内的Lcyc基因的序列相同
植株A：Lcyc基因在开花时表达
植株B：Lcyc基因不表达
植株A
植株B
三、表观遗传
资料一：柳穿鱼花的形态
讨论：柳穿鱼性状改变的原因？
Lcyc基因被高度甲基化
（有多个碱基连接甲基基团）
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
绝大部分植株的花与植株A相似
少部分植株的花与植株B相似
CG
GC
CG
GC
CH3
CH3
讨论：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？
植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。
资料2：实验小鼠的毛色
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
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_________________的位点，当这些位点___________时， Avy基因_________，小鼠表现为黄色；当这些位点_______后， Avy基因的表达就_________；
这段序列的甲基化程度越高， Avy基因的表达受到的抑制越_____，小鼠体毛的颜色就越____；
发生DNA甲基化修饰
没有甲基化
正常表达
甲基化
受到抑制
深
明显
3.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？
基因的碱基序列_________，但是部分碱基发生了____________，
______了基因的表达，进而对表型产生了影响；
这种DNA甲基化修饰还可以________，使后代出现同样的表型；
没有变化
甲基化修饰
抑制
遗传给后代
启示：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。
1、定义：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，叫作表观遗传。
柳穿鱼Lcyc基因
小鼠Avy基因
碱基序列没有变化
部分碱基发生了甲基化修饰
抑制了基因的表达
表型产生影响
可传给后代
表型传给后代
三、表观遗传
2.表观遗传的调控机制
①DNA甲基化修饰
5`
3`
3`
5`
C
G
G
C
5`
3`
3`
5`
C
G
G
C
CH3
CH3
胞嘧啶甲基化
通常是胞嘧啶发生甲基化修饰
甲基化通常是抑制基因表达
②染色体组蛋白甲基化、乙酰化等修饰
组蛋白是组成染色质的主要蛋白质
组蛋白被修饰后，染色质形态发生变化，有利于基因表达(促进表达)或不利于基因表达(抑制基因表达)。
DNA
组蛋白
甲基化
组蛋白甲基化示意图
③非编码RNA
非编码RNA：不编码蛋白质的RNA。(除tRNA和rRNA)
DNA
DNA
mRNA
非编码RNA
蛋白质
阻止翻译(抑制基因表达)
互补配对
如下图所示的一种非编码RNA
主要抑制翻译；
3.发生时期:
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；
1)同卵双胞胎生长发育过程中所具有的差异
4.实例:
三.表观遗传
同卵双胞胎
异卵双胞胎
蜂王
工蜂
持续获得蜂王浆
不能持续获得蜂王浆
2)蜂王和工蜂的差异
蜂王和工蜂的遗传物质相同，但它们在形态特征、行为职能和寿命方面表现出显著的差异。营养因素是造成蜜蜂级型分化现象的主要原因，它可以影响蜂王幼虫和工蜂幼虫体内大量基因的差异表达。
四、基因与性状的关系
基因与性状的关系
大多数生物性状是由一对(个)基因控制的；
生物体有一些性状是由多对（个）基因控制的；
有的基因也可以影响多个性状；
生物体的性状由基因决定，也受环境影响；
生物的性状有的是细胞核基因控制的，也有细胞质基因控制的。
1
2
3
4
5
基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。这种相互作用形成一个错综复杂的网络，精细的调控着生物体的性状。
一个基因影响一个性状。
一个基因可以影响多个性状。
多个基因影响一个性状。
如红绿色盲、白化病等单基因遗传病。
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。
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。
基因
通过改变遗传物质如基因突变，染色体变异等，使性状发生改变。
通过表观遗传，导致产生性状差异。
环境
▲
▲
③
②
①
遗传学家曾做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将孵化后4~7d的长翅果蝇幼虫在35~37℃处理6~24h后，得到了某些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。
1、请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。
提示：翅的发育是否经过酶催化的反应？酶与基因的关系是怎样的？酶与温度的关系是怎样的？
2、这个实验说明基因与性状的关系是怎样的？
假说： 翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件影响。
说明：基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。
思维训练
这个实验说明基因与性状的关系是怎样的？
刚孵化的残翅果蝇幼虫
31℃培养
翅长接近正常的果蝇
残翅果蝇
25℃下培养
产生的后代
果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错踪复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
生物体的性状还受环境条件的影响。
【知识链接】
基因表达与性状的关系
基因表达产物与性状的关系
酶的合成
蛋白质的结构
代谢
性状
环境
控制
控制
影响
间接
直接
基因的选择性表达与细胞分化
细胞分化的本质就是基因的选择性表达
表观遗传
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
DNA甲基化、组蛋白甲基化、组蛋白乙酰化。
课堂总结
1.如图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知（　　）
A. 基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中
B. 图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助
C. ④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同
D. 过程①②③④⑤表明基因通过控制酶的合成来控制生物体性状
课堂巩固
B
2、有人把分化细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。“管家基因”在所有细胞中表达，是维持细胞基本生命活动所必需的；而“奢侈基因”只在特定组织细胞中表达。下列属于“奢侈基因”表达产物的是( )
A. ATP水解酶 B. RNA聚合酶 C. 膜蛋白 D. 血红蛋白
D
3.
C
4.
D
5.
6.
B