人教2019生物必修2同步课件：4-2 基因表达与性状的关系(共54张PPT)

(共54张PPT)
4-2 基因表达与性状的关系
人教生物必修2同步课件
目 标 素 养
1.举例说明基因通过控制酶的合成或蛋白质的结构控制生物体的性状。
2.通过比较同一生物体不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果,说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象,概述生物体的表观遗传现象。
4.阐明基因、环境与性状之间的复杂关系,认同生命的复杂性。
知 识 概 览
一、基因表达产物与性状的关系
1.基因对生物性状的间接控制
(1)实质: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。
(2)实例
2.基因对生物性状的直接控制
(1)实质:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)实例
微思考下图为豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解。图中豌豆为圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关 为什么相关基因异常则为皱粒
提示:豌豆为圆粒或皱粒与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常,则合成的淀粉分支酶异常,活性大大降低,导致淀粉合成受阻,含量降低。淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩,表现为皱粒。
微判断1下图为人体内基因对性状的控制过程,判断下列相关表述是否正确。
(1)基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中。
(　　)
(2)图中过程①需要RNA聚合酶的催化,过程②需要tRNA的协助。(　　)
×
√
(3)过程④⑤的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。(　　)
(4)图中过程①②发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体。(　　)
(5)人体衰老引起白发的原因是图中酪氨酸酶不能合成。
(　　)
(6)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同。
(　　)
√
√
×
√
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞,基因都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同。
2.表达的基因的类型:一类是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需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因;另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、胰岛素基因。
3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
三、表观遗传
1.表观遗传: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。如柳穿鱼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。
2.表观遗传现象: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。例如,基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关;一个蜂群中,蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同,表观遗传也在其中发挥了重要作用。
3.表观遗传类型:除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
4.吸烟与人体健康的关系
吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,对染色体上的组蛋白也会产生影响。
四、基因与性状的关系
1.基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状,细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。
2.在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。
(1)一个性状可以受到多个基因的影响。例如,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。
(2)一个基因也可以影响多个性状。例如,我国科学家研究发现水稻中的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作用。
(3)生物体的性状不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。
微判断2个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。
(1)细胞分化是基因选择性表达的结果。(　　)
(2)生物体的基因型相同,表型就一定相同。(　　)
(3)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(　　)
(4)吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高。(　　)
(5)表观遗传现象比较少见,并非普遍存在于生物体的整个生命活动过程中。(　　)
(6)基因与性状是一一对应的关系。(　　)
√
×
√
√
×
×
(7)细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态,不可逆转。(　　)
(8)生物体内所有的细胞都要发生细胞分化。(　　)
(9)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变,因此不会遗传给下一代。(　　)
√
×
×
微训练 黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化现象出现(如下图所示),甲基化不影响DNA的复制。下列有关分析错误的是( )
A.F1个体体色的差异与A基因甲基化的程度有关
B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基的甲基化不影响碱基互补配对过程
D.发生甲基化后遗传信息无法传递给子代细胞
答案:D
解析:碱基的甲基化不影响DNA复制过程,因此发生甲基化后遗传信息可以传递给子代细胞。
一 基因表达产物与性状的关系
重难归纳
1.基因控制性状的方式
2.基因与性状的关系中的注意点
体现某性状的物质并不一定是蛋白质,如甲状腺激素、黑色素、淀粉等,该类性状往往是通过基因控制性状的间接途径
牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,请回答下列问题。
(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径 除此之外,另一条途径是什么
提示:图中反映的途径是基因可以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。另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)牵牛花的颜色只由一对基因控制吗
提示:不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。
(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明什么
提示:生物体的性状也受环境影响。
典例剖析 下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。据图判断,下列叙述错误的是(　　)
A.图中显示了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
B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升
C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高,味道更甜美
D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异
答案:B
解析:当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,会导致淀粉分支酶异常,活性大大降低,从而使淀粉的含量下降。
学以致用 下图为基因控制性状表现的流程示意图。据图判断,下列叙述错误的是(　　)
A.①过程以DNA的一条链为模板,
四种核糖核苷酸为原料合成RNA
B.某段DNA上发生核苷酸序列改变,则形成的蛋白质一定会改变
C.③过程中需要多种转运RNA,转运RNA不同,所搬运的氨基酸也可能相同
D.大约70%的囊性纤维化患者是基因对性状的直接控制,使结构蛋白发生变化所致
答案:B
解析:某段DNA上发生核苷酸序列改变,则形成的蛋白质不一定会改变。
二 基因的选择性表达与细胞分化
重难归纳
1.细胞分化的实质
基因的选择性表达,即在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息的执行情况不同,转录出不同的mRNA,控制合成出不同的蛋白质,如下图所示。
2.细胞分化的标志
(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。
(2)细胞水平:形成不同种类的细胞,尤其是细胞器种类和数量有较大差异。
3.细胞分化的“变”与“不变”
(1)变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。
(2)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,细胞的数目。
科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞,对这3种细胞的DNA和mRNA进行了检测,结果如下表所示。
注“+”表示检测发现相应的分子,“-”表示检测未发现相应的分子。
(1)这3种细胞中的基因组成是否相同 它们合成的蛋白质种类是否相同
提示:这3种细胞都属于鸡的体细胞,经有丝分裂而来,因此基因组成相同,但是它们合成的蛋白质种类不同。
(2)这3种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但是只检测到了一种基因的mRNA,由此说明什么问题
提示:细胞中并不是所有的基因都会表达,基因的表达具有选择性。
(3)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞的形态、结构和功能明显不同,请从分子水平解释其成因。
提示:基因的选择性表达→转录出不同类型的mRNA→翻译出不同类型的蛋白质→分化出形态、结构和功能不同的细胞。
典例剖析 下列数据是人体部分器官中所表达基因的估计数,有关叙述错误的是(　　)
A.人体各器官表达的基因数目有差异是细胞内基因选择性表达的结果
B.血细胞所表达的基因的数目最多,说明其遗传物质相对含量较高
C.人体各器官基因表达数目有差异,说明细胞中所含蛋白质有差异
D.不同功能的细胞表达的基因不相同,这是与其不同功能相适应的
答案:B
解析:同一个体不同的体细胞所含的基因相同,但表达的基因不同。
学以致用
同一生物体内的不同组织细胞之间,不同的是(　　)
A.染色体上的基因
B.细胞质中的tRNA
C.遗传密码的种类
D.细胞质中的mRNA
答案:D
解析:同一生物体内的不同组织细胞中选择性表达的基因不同,因此细胞质中的mRNA不同。
三 表观遗传、基因表达与性状的关系
重难归纳
1.表观遗传
(1)表观遗传的特点
①可遗传,即这类改变通过有丝分裂或减数分裂,能在细胞或个体世代间遗传。
②可逆性的基因表达。
③没有DNA碱基序列的改变。
(2)表观遗传对基因表达的调控
①生物遗传信息的表达与否,既受控于基因序列又受制于表观遗传,表观遗传主要通过DNA修饰、蛋白质修饰与非编码RNA的调控3个层面调控基因表达。
②DNA甲基化:DNA甲基化是最早被发现,也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基(—CH3)的生物化学反应,是普遍存在于原核生物和真核生物中的DNA修饰作用。甲基化没有改变基因的序列,但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA分子中,甲基化一般发生在胞嘧啶(C)上。
(3)对表观遗传的理解
①不变:生物体基因的碱基序列保持不变。
②变:基因表达和表型发生可遗传变化。
2.基因与性状的关系
(4)生物的性状还受环境条件的影响,生物的性状是基因型和环境条件共同作用的结果。如水毛茛,其裸露在空气中的叶为扁平状,而浸在水中的叶却为丝状。
结合教科书第73页“思考·讨论”提供的资料,回答下列问题。
(1)资料1中,柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同 为什么植株A、B的花的形态结构出现差异
提示:柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的。植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化,从而被抑制表达。
(2)资料2中,F1小鼠的基因型是Avya,小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
提示:因为小鼠的Avy基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点,当这些位点甲基化后,Avy基因的表达就受到抑制,并且甲基化程度越高,受到的抑制越明显,小鼠的毛色越深。
典例剖析
许多基因的启动子(转录起始位点)内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述,正确的是(　　)
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
答案:C
解析:在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的,而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的,A项错误。胞嘧啶甲基化导致表达过程中基因转录被抑制,对已经表达的蛋白质结构没有影响,B项错误。根据题意,胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录,可推知,抑制的实质就是阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C项正确。由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以与基因的甲基化程度有关,D项错误。
学以致用 表观遗传是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。下列不可以用表观遗传进行解释的是(　　)
A.环境压力使雄性小鼠产生攻击性行为,其后代具有同样的行为
B.我国古代记载的“橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳”
C.将乳腺细胞的核移植到去核卵母细胞中培育出的克隆羊表型发生变化
D.高茎豌豆自交产生的子代出现高茎和矮茎
答案:D
1.下列关于基因、蛋白质、性状之间的关系的叙述,错误的是( 　)
A.生物体的一切性状完全由基因控制,与环境因素无关
B.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
C.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.基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质
答案:A
解析:表型是基因型与环境共同作用的结果。
2.人胰岛细胞能产生胰岛素,但不能产生血红蛋白,胰岛细胞
(　　)
A.只有胰岛素基因
B.既有胰岛素基因,也有血红蛋白基因和其他基因
C.比人的受精卵基因要少
D.有胰岛素基因和其他基因,但没有血红蛋白基因
答案:B
3.DNA甲基化发生于DNA的CG序列密集区。发生甲基化后,那段DNA就可以与甲基化DNA结合蛋白相结合。结合后DNA链发生高度紧密排列,其他转录因子、RNA聚合酶都无法再结合了,所以这段DNA的基因就无法得到表达。下列相关说法错误的是(　　)
A.DNA甲基化过程可能需要酶的催化作用
B.柳穿鱼的Lcyc基因高度甲基化导致Lcyc基因不表达
C.基因碱基序列的甲基化程度越高,基因的表达受到的抑制越明显
D.吸烟会降低细胞内DNA的甲基化水平
答案:D
解析:由题意可知,DNA甲基化是甲基化的DNA与甲基化DNA结合蛋白结合,这一过程可能需要酶的催化作用,A项正确。基因甲基化导致基因无法表达,所以柳穿鱼的Lcyc基因甲基化可导致Lcyc基因不表达,B项正确。基因甲基化抑制基因的表达,甲基化程度越高,基因的表达受到的抑制越明显,C项正确。根据题干信息无法得出吸烟产生的烟雾中的有害物质对细胞内DNA的甲基化水平的影响,且有研究表明,吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,D项错误。
4.下列关于同一人体内的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞的叙述,正确的是(　　)
A.因为来自同一人体,所以这3类细胞中DNA、蛋白质的种类相同
B.因为这3类细胞细胞核中的基因不同,所以它们的形态、功能不同
C.虽然这3类细胞的大小不同,但细胞中含量最多的化合物相同
D.葡萄糖进入该人体所有细胞的方式相同
答案:C
解析:同一人体中的神经细胞、白细胞和小肠上皮细胞都是由受精卵分裂、分化而来的。这3类细胞细胞核中的基因相同。细胞分化的实质是基因的选择性表达,所以这3类细胞中蛋白质的种类不同,进而导致细胞的形态、功能不同。这3类细胞中含量最多的化合物都是水。葡萄糖进入不同细胞的方式可能不同,为协助扩散或主动运输。