(共68张PPT)
《侏罗纪公园》
在现实生活中，我们能不能像电影《侏罗纪公园》中描述的那样，利用恐龙的DNA，使恐龙复活呢？
4.1 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
基因
将苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质。基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
性状
蛋白质
指导
体现
控制
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需要的全部遗传信息。但是，从遗传信息（DNA）到遗传性状（蛋白质）的生物体，需要复杂的过程，因此复活恐龙很难做到。
问题探讨
DNA
蛋白质合成
（细胞核）
（细胞质）
核孔
RNA
？
真核细胞中，基因是有遗传效应的 片段。
DNA主要存在于 中，
而蛋白质是在 中合成的。
细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成？
科学家推测：在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。后来发现细胞中的确有这样的物质，它就是RNA。
DNA
细胞核
细胞质(核糖体)
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结构
嘌呤数和嘧啶数
主要存在部位
脱氧核苷酸
脱氧核糖
A、G、C、T
一般双链：双螺旋结构
细胞核
核糖核苷酸
核糖
A、G、C、U
一般单链结构
细胞质
RNA是什么物质？
为什么RNA适于作DNA的信使呢？
DNA和RNA的主要区别
相等
不一定相等
RNA一般是____链，且比DNA ，
因此能够通过_______，从________转移到________中。
单
核孔
细胞核
细胞质
1、RNA适于作DNA的信使的原因：
DNA
mRNA
蛋白质
核孔
短
2、RNA的种类及功能
RNA
①mRNA
(信使RNA)：
传递遗传信息
③rRNA
(核糖体RNA)：
构成核糖体
④少数RNA作为酶，具有催化作用
⑤作为RNA病毒的遗传物质
（核糖体由rRNA与蛋白质构成）
②tRNA
(转运RNA)：
识别并转运氨基酸
基因指导蛋白质合成(基因的表达)
遗传信息的转录
遗传信息的翻译
3、遗传信息的转录
RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
(1)概念：
DNA→RNA(教材P65)
(2)场所：
主要在细胞核、少数在线粒体、叶绿体
(真核生物)
(原核生物)
主要在拟核、少数在质粒
(3)过程：
解旋、配对、连接、释放
活的宿主细胞内
(DNA病毒)
时间：
个体生长发育的整个过程（几乎所有活细胞中）
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
游离的4种核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA
①解旋
RNA聚合酶：使DNA双链解开，碱基暴露出来。(不需要解旋酶)
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
④释放
③连接
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
过程
A-U，T-A，C-G，G-C
②配对
模板：
酶：
原料：
能量：
DNA的一条链
游离的4种核糖核苷酸
ATP提供
RNA聚合酶
mRNA、
边解旋边转录
①RNA聚合酶移动方向
tRNA、
rRNA
碱基互补配对
(4)条件
(催化解旋和RNA合成，断开氢键、形成磷酸二酯键）
(5)产物：
(6)原则：
(7)特点：
(8)转录方向：
②已转录 → 未转录
DNA:A G C T
↓
RNA:U C G A
意义:遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上，为翻译做准备。
DNA的平面结构图
A
G
T
A
C
A
A
A
T
T
C
A
T
G
A
T
T
A
转录的过程
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
G
G
A
C
U
G
C
U
G
A
DNA模板链
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA
聚合酶
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
催化磷酸二酯键形成
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
DNA模板链
mRNA
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
核孔
DNA模板链
核膜
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
核膜
细胞核
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
核孔
DNA
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
mRNA通过核孔进入细胞质
返回
2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，以4种游离的脱氧核苷酸为原料；转录则需要RNA聚合酶，以4种游离的核糖核苷酸为原料。
1.转录与DNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义
转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。
碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
思考 讨论
3.转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录出的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA碱基与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对于在非模板链上的碱基是T。与模板链互补配对，RNA的U对应非模板链的T。
★写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列
★写出b链对应的a链的碱基序列
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
3、转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有
哪些异同？
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
转录成的RNA的碱基序列与b链（DNA模板链）的碱基序列是互补配对的；
转录成的RNA的碱基序列与a链（DNA非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。
4、遗传信息的翻译
核DNA的遗传信息
mRNA的遗传信息
细胞质中的蛋白质
转录
翻译
(2)场所：
游离在细胞质中的各种氨基酸(21种)，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。
细胞质中的核糖体
(3)条件
ATP提供
蛋白质(多肽链)
模板：
酶:
原料：
能量：
mRNA
游离的21种氨基酸
合成酶等
(4)产物：
(6)实质：
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列
(1)概念：
mRNA→蛋白质(教材P66)
工具:
tRNA
（含rRNA）
碱基互补配对
mRNA：A G C U
↓
tRNA：U C G A
(5)原则：
3种RNA都参与翻译
4种碱基只能决定4种氨基酸，41=4
4种碱基最多只能编码16种，42=16
3个碱基决定一个氨基酸能决定64种，43=64，足够有余
（3）一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白
质的21种氨基酸？
（2）如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
（1）如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
思考 讨论
思考：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸？
密码子：
mRNA上
位置：
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基
识别：
5’
3’
从mRNA上5’开始阅读
密码子
U
C
A
U
G
U
C
G
A
mRNA
密码子
密码子
密码子表查法
脯氨酸
例:CCG
第1个字母 第2个字母 第3个字母 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
？
精氨酸 A G G AGG
问题：
一共有多少个密码子？
终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？编码氨基酸的密码子有多少个？
真核生物的起始密码子是哪一个？
起始密码：真核生物只有1种—____，编码_________；
原核生物可以有2种—____(编码_________)和____(编码_________，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码_________）
AUG
甲硫氨酸
AUG
甲硫氨酸
GUG
甲硫氨酸
缬氨酸
一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种；特殊情况下62种。
正常情况下UGA是终止密码子(不编码氨基酸)，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。
原核生物可使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。
①密码子
含义：
种类：
不决定氨基酸：
决定氨基酸：
64种
通常61种
3种终止密码子
1种密码子通常决定1种氨基酸
特点
(1种氨基酸可能有多种密码子)
简并性：
几乎所有的生物体都共用一套密码子
通用性：
专一性:
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基
(UAA、UAG、UGA)
(除GUG、终止密码)
(教材P66)
绝大多数氨基酸都有几种密码子
思考 讨论
1、从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
2、几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
说明当今生物可能有着共同的起源（或生命在本质上是统一的）。
（1）增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；
（2）密码子的使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
那么：
游离在细胞质中的氨基酸
怎样运送到
合成蛋白质的
“生产线”上去的
tRNA
搬运工
搬运到
tRNA——“搬运工”
tRNA上可与密码子互补配对的3个碱基
种类：
特点:
1种氨基酸可能有多种tRNA转运
通常61种
1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
②反密码子
含义：
tRNA比mRNA小得多。RNA链经过折叠，像
的叶形，其一端是携带 的部位，游离的基团为_____，是此单链RNA的_____ ；
另一端有3个相邻碱基,每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对,叫反密码子。
三叶草
氨基酸
-OH
3’-端
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
甲
C
A
U
组
G
U
G
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
位点1
位点2
3’
5’
翻译的过程
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。
甲
组
脱水缩合，形成肽键
C
A
U
G
U
G
位点1
位点2
3’
5’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。
色
C
C
A
组
甲
C
A
U
G
U
G
位点1
位点2
位点1
位点2
3’
5’
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码，合成才告终止。
甲
组
色
精
半
半
脯
终止密码子
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
肽链合成后，就从______ ____________上脱离，通常经过一系列步骤，________成________ ____________的蛋白质分子。
核糖体与mRNA的复合物
盘曲折叠
具有特定空间结构和功能
4、遗传信息的翻译
翻译起点：起始密码子
翻译终点：终止密码子
翻译进程：核糖体沿着mRNA移动
起始、延伸、终止(教材P68)
(7)过程：
游离在细胞质中的各种氨基酸(21种)，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。
核糖体沿着mRNA移动，核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。
一个mRNA可相继结合多个核糖体,同时合成多条(氨基酸序列相同的)肽链。
意义：
少量mRNA就可迅速合成大量(相同的)蛋白质
(7)翻译的方向：
核糖体的移动方向
(8)高效翻译的原因(特点)：
（或肽链短→长的方向）
mRNA的5’端 → 3’端
由下图判断翻译的方向:
（从左到右）
（从右到左）
（从右到左）
思考与讨论
思考与讨论
1.说出物质1、2和结构1 的名称？
2.判断图中核糖体移动方向？
3.图中有几条多肽链正在合成？它们的氨基酸排列顺序相同吗？为什么？
4.该图反映出翻译的效率如何？为什么？
mRNA 、多肽链、 核糖体
从左向右
4条、相同、模板相同
高效
一个mRNA可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链。
ATGGCT……CACTAG
TACCGA……GTGATC
DNA：
AUGGCU……CACUAG
5、基因表达的计算
UAC
CGA
……
GUG
终止
mRNA：
甲
—丙
……
组氨酸
蛋白质：
转录
翻译
氨基酸 个
碱基(核糖核苷酸) 个
碱基(脱氧核苷酸) 个
6n
3n
n
A T G C
T A C G
A U G C
tRNA
U A C G
(至少)
(至少)
RNA：(A+U)%
DNA：(A+T)%
相等吗？
G C A
C G T
G C A
模板链
丙氨酸
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
6
3
1
说明：因为基因中存在不编码蛋白质、终止密码子等片段，实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n，或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样才能使用这个比例关系。
5、基因表达的计算
5、基因表达的计算
1.一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链
模板的信使RNA分子和转录信使RNA的DNA分子至少要
有碱基多少个（ ）
A.300；600 B.900；1800
C.900；900 D.600；900
B
2.某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( )
A．198个 B．199个
C．200个 D．201个
B
巩
固
训
练
真核生物：
核基因先转录后翻译。
原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内。
真核细胞和原核细胞遗传信息表达的区别
原核生物：边转录边翻译
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克提出“中心法则”
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。
7、中心法则
弗朗西斯·克里克
遗传信息可以从____流向____，即_________；也可以从____流向___ ，进而流向______，即___________________。
DNA
DNA
DNA的复制
DNA
RNA
蛋白质
遗传信息的转录和翻译
资料一:1965年，科学家在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
中心法则的补充发展
资料二: 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
补充内容：
少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从___流向___（即___________）以及从__ _流向_ __（即________）。
RNA
RNA
RNA的复制
RNA
DNA
逆转录
①_________ ②_____ ③_____
④_________ ⑤_______
DNA的复制
转录
翻译
RNA的复制
逆转录
**虚线表示少数生物的遗传信息的流向
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
(2)克里克提出：
①DNA的复制、②转录、③翻译
④RNA的复制
(3)补充发展：
(4)实质：
表示遗传信息的流动方向
(5)场所：
细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体
(1) 图解：
复制
是否所有生物均能发生中心法则的所有过程？
⑤逆转录
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
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
各种生物的遗传信息流动过程
都能进行中心法则的5种生理过程。
不是所有生物
(6)不同生物的遗传信息流动
细胞生物及DNA病毒
(如噬菌体)：
一般RNA病毒(如烟草花叶病毒)：
逆转录RNA病毒(如HIV)：
与遗传信息流动有关的几个过程比较
模板 原料 产物 碱基互补
DNA复制
转录
翻译
RNA复制
逆转录
DNA
DNA
RNA
RNA
mRNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
脱氧核苷酸
DNA
DNA
RNA
RNA
多肽
A-T T-A G-C C-G
A-U T-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
A-T U-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
遗传信息传递过程中都遵循 原则。
碱基互补配对
(7)原则：
都遵循碱基互补配对
①对遗传信息流动过程的概括。
②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。
③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。
在遗传信息的流动过程中， 是信息的______，
是信息的 ，而____为信息的流动提供能量，可见：
生命是 、 和 的统一体。
载体
表达产物
ATP
物质
能量
信息
中心法则的意义
(8)生命是物质、能量和信息的统一体。(教材P69)
DNA、RNA
蛋白质
图示中 为转录过程； 为翻译过程；
为DNA复制过程； 为RNA复制过程；
为逆转录过程。
利用图示分类剖析中心法则
1、8
2、5、9
3、10
4、6
7
6.中心法则揭示了生物遗传信息的流动过程(如图)，请回答以下问题：
(1)细胞分裂间期发生的过程有________，分裂期发生的过程一般只有____。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是____，能进行A—U，G—C配对的过程有________。
(3)a和b两个过程发生的主要场所分别_______________，e、d过程发生在________细胞内。
(4)健康的人体内不会发生________过程，胰岛细胞内可发生的过程为________
abc
c
c
bcde
宿主
细胞核、细胞核
de
bc
7.下列过程中，由逆转录酶催化的是( )
A．DNA→RNA B．RNA→DNA
C．蛋白质→蛋白质 D．RNA→蛋白质
B
8.如图为中心法则图解．下列有关的叙述中，正确的是（ ）
A．⑤过程只能发生在真核细胞中
B．① ⑤过程可以发生在同一个细胞中
C．① ⑤过程中都能发生碱基互补配对
D．①④过程均需要DNA聚合酶
C
图甲 图乙 图丙
A.正常人体细胞内不会进行4、6、7过程
B．1、4、6、8、10过程均需要核糖核苷酸作为原料
C．1过程需要RNA聚合酶参与，3过程需要DNA聚合酶参与
D．病毒体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程
9.如图甲、乙、丙表示细胞内正在进行的新陈代谢过程，据图分析下列表述中不恰当的是( )
B
碱基与氨基酸的对应关系
早先猜测：
1个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定4种氨基酸<21种氨基酸）
2个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定42=16种氨基酸<21种氨基酸）
3个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定43=64种氨基酸>21种氨基酸）
推测：3个碱基决定1个氨基酸。
科学家通过推测与实验，得出结论：
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。
每3个这样的碱基叫作1个密码子。
G
U
G
C
A
U
C
G
A
mRNA
5'
3'
密码子
缬氨酸
密码子
组氨酸
密码子
精氨酸
8、遗传密码的破译
(1)克里克的实验
实验时间：1961年
实验材料：T4噬菌体
实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响
实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。
实验结果：
①增加或删除1个/2个碱基，无法正常产生蛋白质；
②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
实验结论：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。(遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符)
遗传密码的破译
(2)尼伦伯格、马太的实验
时间：1961年
实验技术：
实验材料：
②除去DNA和mRNA的细胞提取液
防止细胞中原有的mRNA和以原有DNA为模板新合成的mRNA干扰实验结果
③人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
遗传密码的破译
(含ATP、酶、tRNA、核糖体等)；
(原料)；
(模板)；
U—U—U—U—U—U—U—U—U
mRNA
氨酸 —— 氨酸 —— 氨酸
翻译
多肽链
肽键 肽键
蛋白质的体外合成技术
①21种氨基酸
(2)尼伦伯格、马太的实验
实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
加苯丙氨酸的组出现肽链
遗传密码的破译
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
肽链
实验结论：
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU
(UUU——第一个被破译的密码子)
实验不足：
在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。
应设置对照
(所有成分同实验组，但不加多聚尿嘧啶核苷酸)
21种氨基酸的密码子表
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G(共40张PPT)
4.2 基因表达与性状的关系
第4章 基因的表达
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？
2、这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？
其细胞的基因组成是一样的。
可能是由叶片所处的环境因素引起的。
基因与性状不一定是一一对应的关系
遗传信息
储存于
分类
属于
RNA
mRNA
缩合
转运
知识回顾：将概念图补充完整
DNA
mRNA
转录
蛋白质
翻译
rRNA
tRNA
氨基酸
性状
体现
如
何
控
制
？
生物性状的控制者：
生物性状的体现者：
基因
蛋白质
淀粉分支酶的基因正常
淀粉正常合成,含量升高
淀粉含量高，保水，
豌豆为圆粒
淀粉分支酶正常合成
DNA中插入一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶异常，活性降低
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
例1：豌豆的圆粒与皱粒的形成机制
1、基因表达产物与性状的关系
基因
酶
细胞代谢
性状
白化病人
编码酪氨酸酶的基因异常
缺少酶，酪氨酸不能转化为黑色素
酪氨酸酶无法正常合成
缺乏黑色素表现白化症状
控制酶形成的基因正常
酪氨酸酶正常合成
酪氨酸转化为黑色素
表现正常
正常人
例2：人的白化症状形成机制
基因
酶
细胞代谢
性状
①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；
根本原因
直接原因
白化症状与老年人头发变白的原因有什么不同？
例3：囊性纤维病形成机制
编码CFTR蛋白(跨膜蛋白)的基因缺失3个碱基
CFTR蛋白缺少1个苯丙氨酸，空间结构异常
CFTR蛋白转运氯离子的功能异常
支气管内黏液增多，管腔受阻，细菌大量繁殖，肺功能严重受损
基因
蛋白质结构
功能
性状
例4：镰刀型细胞贫血症形成机制
编码血红蛋白的基因中一个碱基对变化
蛋白质中一个氨基酸改变，空间结构异常
细胞呈镰刀型，运输O2能力降低
红细胞容易破裂，出现溶血性贫血等症状
基因
蛋白质结构
细胞
结构
性状
②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
基因表达产物与性状的关系
归纳总结
①间接控制：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。如豌豆的圆粒和皱粒、白化病(教材P71)
②直接控制：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。例：囊性纤维病(教材P72)、镰刀型细胞贫血症
性
状
控制
控制
酶的合成
细胞代谢
蛋白质结构
间接
直接
基
因
基因控制性状的方式
2、基因的选择性表达与细胞分化
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，这是为什么呢
(1)细胞分化形成基因相同但形态、结构和功能不同的细胞。
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 + + + - - +
分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
思考·讨论
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，对着三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下：
1、这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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，虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。
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，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
(2)细胞分化
本质：
基因的选择性表达
表现
管家基因：
在所有细胞中都表达，产生维持基本生命活动必需的蛋白质，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。
奢侈基因：
只在某类细胞中特异性表达，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。
机制：
与基因表达的调控有关
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的。
在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类
资料1 柳穿鱼是一种园林花卉。如图所示的两株柳穿鱼，除了花的形态结构不同，其他方面基本相同。
柳川鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。如图所示的两株柳穿鱼，它们体内的Lcyc基因的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcyc基因不表达。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了。
科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F1的花与植株A的相似，F1自交的F2中，绝大部分植株的花与植株A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。
柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传
思考·讨论
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
资料1：柳穿鱼的花
讨论2：分析资料1，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？
F1植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性；植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因此，同时含有这两个基因的F1中，F1的花与植株A的相似。
F1自交后，F2中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似。
资料2 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度类型。
柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传
思考·讨论
研究表明，在Avy基因的前端（“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发生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当这些位点甲基化后，Avy基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。
1、上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？
柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为AVY基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。
思考·讨论
3、资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点？这对你认识基因和性状的关系有什么启示？
资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，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。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。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。
3、表观遗传
(1)概念：教材P74
①基因的碱基序列不变；
③可遗传给后代。
(3)类型：
①DNA甲基化；
②染色体中的组蛋白甲基化、乙酰化等修饰。
②基因表达和表型改变；
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，叫做表观遗传。
(2)特点：
(4)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。
G
C
G
C
5'
5'
3'
3'
CH3
G
C
G
C
CH3
3'
3'
5'
5'
DNA或组蛋白被选择性地加上甲基-CH3、乙酰基-COCH3等
(5)实例：
①柳穿鱼花的形态结构遗传；
②小鼠的毛色遗传；
③同卵双胞胎的微小差异；
④蜂王和工蜂的差异。
健康提示：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，还有研究发现，吸烟可使男性精子活力下降，精子中DNA的甲
基化水平明显升高；但是若这些不良习惯被消除，这些表观遗传的改变
又会逐渐减弱甚至消失。
(7)注意：
吸烟会使DNA甲基化水平升高，对组蛋白产生影响。
(6)实质：
使生物体在基因的碱基序列不变的情况下，
发生可遗传的性状改变。
4、基因与性状间的对应关系
基因决定生物性状
①一个基因 一种性状
控制
②一个基因 多种性状
控制
③多个基因 一种性状
控制
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。
人的身高是由多个基因决定的。
(1)多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应关系。
基因通过表达产物——蛋白质来控制性状，细胞内的基因表达与否及表达水平的高低都是受到调控的。
(2)性状是基因和环境共同作用的结果。
生物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。例如，后天的营养和锻炼等对人的身高也有重要作用。可见，生物体的性状还受环境条件的影响。
水毛茛两种类型叶
萝卜不同颜色
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。
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
它们产生的后代
请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释。
性状是基因和环境共同作用的结果；该现象并非表观遗传，
因为未发生可遗传的性状改变。
①果蝇翅的发育是经过酶催化的反应
②酶是在基因控制下合成的
③酶的活性受温度、pH等条件的影响
基
因
环境
影响
性
状
控制
控制
酶的合成
细胞代谢
蛋白质结构
不变
改变
表观遗传
间接
直接
性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境)相互作用的结果，并且环境能够通过对基因或染色体上其他成分的修饰，调控基因的表达，进而影响性状。
课堂小结
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
基因工程的应用
科学 技术 社会
人们设想把一种生物的某个别基因提取出来，加以改造，然后转移到另一种生物的细胞里，创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。这种技术就是基因工程。基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
例如：将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵，培育出转基因鲤鱼，转基因鲤鱼，生长速度加快。将海蛰的绿色荧光蛋白基因的导入鼠体内，在紫外线的照射下，转基因鼠也能发光。
抗除草剂、抗虫、抗病毒等转基因农作物
将苏云金杆菌中的毒蛋白的基因，导入棉花细胞中，培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。
基因工程的应用
科学 技术 社会
生长迅速、优良品质、生产药物的转基因动物
将转基因动物作为生物工厂，以转基因绵羊生产人的α1-抗胰蛋白酶，以转基因山羊、奶牛生产LAt-PA，以转基因猪生产人血红蛋白等，且多随乳汁分泌，便于分离纯化。
基因工程的应用
科学 技术 社会
胰岛素
转基因细菌
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素。大规模工业化生产解决药品产量和降低了价格。
基因工程的应用
科学 技术 社会
课时作业P133
课时作业P134
1、这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA上特定的碱基排列顺序，蕴含着一定的遗传信息，可类比成组织者（导演），负责整部作品的呈现；蛋白质是生命活动的主要承担者，具体参与细胞的各项生命活动，可类比成执行者（演员）；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式（作品）。当然，打比方总会有比得不合理之处，因此，只能说有一定的道理。三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。
拓展应用
2、（1）第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制一对性状和一对基因控制多对性状的情形；第二，核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律；第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传定律；第四，个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。
（2）科学实验必须是可重复的，只有这样才能说明实验的现象和结果是一种必然规律，而不是偶然发生的。科学实验的可重复性包括两方面：第一，实验样本足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察次数；第二，任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致（如山柳菊以无性生殖为主），导致生命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和条件限制的。
拓展应用
3、哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X染色体数量不同，但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出1条X染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。对于基因型为XBXO的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则XO不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黑色体毛。因此，基因型为XBXO的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。
拓展应用
2．我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ）
A、该项研究说明人和羊共用一套遗传密码子
B、该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因
C、该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因
D、该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
C
巩固练习
教材P59
对点练2：人胰岛B细胞能产生胰岛素，但不能产生红细胞中的血红蛋白，根据此推测人胰岛B细胞中（ ）
A.只有合成胰岛素的基因
B.在细胞分化过程中，基因的数目发生了变化
C.既有合成胰岛素的基因也有合成血红蛋白的基因，
但不同细胞遗传信息的执行情况不同
D.只有合成胰岛素的基因和其他基因，但没有合成
血红蛋白的基因
C
巩固练习
创新P69
D
典例1：牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图：
从图中不能得出( )
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程
C.生物体的性状由基因决定，也受环境影响
D.若基因①不表达，则基因②和基因③也不表达
巩固练习
创新P68
[对点练1] (2019·兰州一中期末)酶A、B、C是大肠杆菌的三种酶，每种酶只能催化下列反应链中的一个步骤，其中任意一种酶的缺失均能导致该菌因缺少化合物丁而不能在基本培养基上生长。
化合物甲酶(――→)化合物乙酶(――→)化合物丙酶(――→)化合物丁
现有三种营养缺陷型突变体，在添加不同化合物的基本培养基上的生长情况如下表可知：酶A、B、C在该反应链中的作用顺序依次是( )
突变体添加物 突变体a(酶A缺陷) 突变体b(酶B缺陷) 突变体c(酶C缺陷)
化合物乙 不生长 不生长 生长
化合物丙 不生长 生长 生长
A.酶A、酶B、酶C B.酶C、酶A、酶B
C.酶B、酶C、酶A D.酶C、酶B、酶A
创新P68
6.(2019·兰州一中期末)下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径。
(1)缺乏酶________会导致人患白化病。
(2)尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露于氧气会变成黑色，这种症状称为尿黑酸症。缺乏酶________会使人患尿黑酸症。
(3)导致苯丙酮尿症的直接原因是由于患者的体细胞中缺少酶________，致使体内的苯丙氨酸不能沿正常途径转变为酪氨酸，只能转变为苯丙酮酸。
(4)从以上实例可以看出，基因通过控制________来控制________，进而控制生物体的性状。
创新P72、教材P78
2.肠道病毒EV71为单股正链(＋RNA)病毒，是引起手足口病的主要病原体之一。下面为该病毒在宿主细胞肠道内增殖的示意图。据图分析错误的是( )
A.图中物质M的合成场所是宿主细胞的核糖体
B.催化①、②过程的物质可能是RNA复制酶
C.图中＋RNA具有催化＋RNA形成－RNA的功能
D.若＋RNA含有7 500个碱基，其中A＋U占40%，
子代＋RNA形成过程共需G和C 9 000个
创新P72
创新P73
[典例3] (2019·龙岩市质检)下图所示为甲、乙两类细胞内遗传信息的传递过程，下列相关叙述正确的是
A.细胞甲可表示大肠杆菌细胞内遗传信息的表达过程
B.细胞甲中多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译
C.细胞乙中①和②过程都有T－A碱基配对现象
D.细胞乙中核糖体从mRNA的3′端向5′端移动
[典例4] (2019·广东省实验中学期末)关于图示生理过程的说法(不考虑细胞器)，正确的是( )
A.能发生图示生理过程的细胞有以核膜为界限的细胞核
B.mRNA 上所含有的密码子均能在 tRNA 上找到与其相
对应的反密码子
C.该图表示的是转录和翻译
D.该图表示的生理过程所需要的能量都是由线粒体提供
创新P73
[对点练2] 多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。这类基因经转录、加工形成的成熟mRNA中只含有编码蛋白质的序列。某同学为检测某基因中是否存在内含子，进行了下面的实验：
创新P73
