2.3 课时2 中心法则、细胞分化的本质、表观遗传 教学课件 (共31张PPT) 2024-2025学年苏教版高中生物学必修2
文档属性
| 名称 | 2.3 课时2 中心法则、细胞分化的本质、表观遗传 教学课件 (共31张PPT) 2024-2025学年苏教版高中生物学必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-03-02 18:32:56 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
第3节 遗传信息控制生物的性状
第2课时 中心法则、细胞分化的本质、表观遗传
1.能阐明中心法则的具体内容。
2.能概述细胞分化的本质。
3.能阐明表观遗传的作用机制。
“橘生淮南则为橘，生于淮北则为积，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”(右图)像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系？为什么生物在不同的发育阶段会先后出现不同的性状？
南橘（上）北枳（下）
回忆DNA复制、基因指导蛋白质合成过程，尝试画出一张遗传信息的传递方向图。
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
前情回顾
1957年，克里克－－中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
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。
弗朗西斯·克里克
1.中心法则
一、中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1.流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人体后，它们的RNA能够自我复制并以自身为模板指导蛋白质的合成。
2.劳斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA为模板反向合成一段DNA，再以这段DNA为模板，互补合成病毒RNA。
3.朊病毒是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的具有感染性的因子。朊病毒与正常蛋白质接触后能改变其折叠状态，将其变为朊病毒。朊病毒能引起羊瘙痒症、疯牛病。
遗传信息流是单向的吗
积极思维
质疑 根据上述事实，我们会质疑克里克提出的中心法则吗 如果有修改意见，怎样标示在下图呢
逆转录
复制
DNA
复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
遗传信息流是单向的吗
积极思维
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 某些RNA病毒
逆转录病毒
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
不同生物遗传信息传递的过程
与遗传信息流动有关的几个过程比较：
模板 产物 原料 酶 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
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
逆转录酶
DNA聚合酶
肽酰转移酶
1. 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
实例1：囊性纤维化的形成机制
囊性纤维化是美国高加索人中一种常见的遗传病，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。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
CFTR（囊性纤维）基因缺失了三个碱基(碱基缺失)
CFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸，导致结构异常，从而使其功能异常。
导致患者支气管内黏液增多
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染。
基因表达产物与性状的关系
2. 基因通过控制酶的合成一定要控制代谢过程，进而控制生物体的性状
实例1：人类白化病形成的机理
白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色（图1)。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。
图1 白化病患者
基因A
mRNA
酪氨酸酶
酪氨酸
中间产物
黑色素
转录
翻译
图2 合成黑色素的代谢途径
(1)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，其中每个基因对身高都有一定的作用。
2.基因与性状的关系
基因与性状的关系并不是简单一一对应的关系
25℃下培养
它们产生的后代
如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
如刚孵化的残翅果蝇幼虫
31℃下培养
得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫
残翅果蝇
(2)生物性状还会受到环境等条件的影响
为什么基因组内的遗传信息会在特定发育阶段、特定组织部位、特定细胞类型上有不同的表达呢
多莉羊的成功克隆说明乳腺细胞含有全套基因组序列。
每个人都来自一个受精卵，但受精卵通过分裂和分化形成了约200种不同类型的细胞，如血细胞、肌细胞、神经细胞，每种类型细胞中的DNA序列都是相同的。
[资料1]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3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。
1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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？
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 +++ － － +
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
二、细胞分化的本质
从上述资料分析可以得出：
1.同一生物体不同类型的细胞或不同发育阶段的细胞都含有相同的DNA，但并非所有的基因都表达。
2.基因表达的产物不仅决定细胞的形态结构，而且决定细胞的生理功能。
3.细胞中的全部基因只是为生物体提供了生命活动的蓝图，不同细胞在特定时空发生着基因的选择性表达。
细胞分化的本质就是基因选择性表达
奢侈基因
只在某些细胞中特异性表达的基因。
比如：卵清蛋白基因、胰岛素基因。
细胞中的基因可以分为两类
管家基因
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。
比如：核糖体蛋白基因，ATP合成酶基因。
细胞分化的本质——基因的选择性表达
例如，不参与编码蛋白质的微RNA (miRNA) 也能在转录后介导对mRNA的降解，一些 miRNA具有组织特异性和时序性，即只在特定的组织或某个发育阶段起着调控作用。
1.基因选择性表达的机制非常复杂，涉及多种调控方式。
2.细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。
基因选择性表达造成了细胞分化，形成了在形态、结构和功能上不同的细胞类型。不同类型的细胞形成了组织、器官(系统)和个体。
干细胞
造血干细胞
脂肪细胞
肝脏
骨骼
心脏
免疫系统
肌肉细胞
神经细胞
血细胞
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，叫作表观遗传。（教材P65页）
三、表观遗传及其作用机制
柳穿鱼的形态结构的遗传——DNA甲基化
柳穿鱼花的形态结构与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（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）。
柳穿鱼是一种园林花卉。其花的形态结构有两种形态。
植株A
植株B
柳穿鱼花的形态结构的遗传
Lcyc基因
正 常
开花时表达
Lcyc基因
高度
甲基化
开花时不表达
植株A
植株B
×
植株A
绝大部分与植株A相似
少大部分与植株B相似
植株B的Lcyc基因高度甲基化，使其不表达。
DNA甲基化
DNA甲基化
DNA甲基化后转录异常
表观遗传
1.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。（教材P74，相关信息）
H3 组蛋白修饰与染色质活性的关系
在蜂王和工蜂的脑中具有不同的DNA甲基化特征，而被敲除Dnmt3基因的蜜蜂的脑中，其DNA甲基化特征与那些由蜂王浆诱导的正常蜂王相似。可见，持续取食蜂王浆的营养效应之与DNA甲基化有关。
DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。
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。
同卵双胞胎
吸烟会使人的体细胞内的DNA的甲基化水平升高，而戒烟多年后，DNA的甲基化水平会降低。
3.表观遗传的特点
可遗传性
01
不改变DNA的碱基配对特性
02
DNA的碱基序列不变
03
可逆性
04
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
细胞分化的实质是基因的选择性表达
分化的实质
不同类型细胞中基因表达的分类
表观遗传
间接：基因→酶→代谢过程→性状
直接：基因→蛋白质的结构 →性状
概念
修饰类型
实例
表观遗传的特点
1．如图是中心法则图解，中心法则揭示了生物的遗传信息传递的一般规律，下列说法错误的是（ ）
A．五个过程都会发生碱基互补配对
B．c 过程还需要 tRNA 和核糖体参与
C．某些病毒增殖时可发生 d 过程，需逆转录酶
D．在所有的真核细胞中，a 和 b、c 三个过程均可发生
D
2．在遗传信息的传递过程中，一般不可能发生的是（ ）
A．DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则
B．核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中进行翻译过程
C．DNA复制、转录都是以DNA一条链为模板，翻译则是以mRNA为模板
D．DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
C
3．表观遗传现象普遍存在于生物体生命活动过程中。下列有关叙述错误的是（ ）
A．基因突变和表观遗传都导致了基因的碱基序列发生改变
B．同一蜂群中的蜂王和工蜂在形态结构、生理和行为等方面的不同与表观遗传有关
C．柳穿鱼Leye基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达
D．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
A
第3节 遗传信息控制生物的性状
第2课时 中心法则、细胞分化的本质、表观遗传
1.能阐明中心法则的具体内容。
2.能概述细胞分化的本质。
3.能阐明表观遗传的作用机制。
“橘生淮南则为橘，生于淮北则为积，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”(右图)像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系？为什么生物在不同的发育阶段会先后出现不同的性状？
南橘（上）北枳（下）
回忆DNA复制、基因指导蛋白质合成过程，尝试画出一张遗传信息的传递方向图。
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
前情回顾
1957年，克里克－－中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
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。
弗朗西斯·克里克
1.中心法则
一、中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1.流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人体后，它们的RNA能够自我复制并以自身为模板指导蛋白质的合成。
2.劳斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA为模板反向合成一段DNA，再以这段DNA为模板，互补合成病毒RNA。
3.朊病毒是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的具有感染性的因子。朊病毒与正常蛋白质接触后能改变其折叠状态，将其变为朊病毒。朊病毒能引起羊瘙痒症、疯牛病。
遗传信息流是单向的吗
积极思维
质疑 根据上述事实，我们会质疑克里克提出的中心法则吗 如果有修改意见，怎样标示在下图呢
逆转录
复制
DNA
复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
遗传信息流是单向的吗
积极思维
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 某些RNA病毒
逆转录病毒
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
不同生物遗传信息传递的过程
与遗传信息流动有关的几个过程比较：
模板 产物 原料 酶 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
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
逆转录酶
DNA聚合酶
肽酰转移酶
1. 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
实例1：囊性纤维化的形成机制
囊性纤维化是美国高加索人中一种常见的遗传病，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。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
CFTR（囊性纤维）基因缺失了三个碱基(碱基缺失)
CFTR蛋白缺少一个苯丙氨酸，导致结构异常，从而使其功能异常。
导致患者支气管内黏液增多
黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染。
基因表达产物与性状的关系
2. 基因通过控制酶的合成一定要控制代谢过程，进而控制生物体的性状
实例1：人类白化病形成的机理
白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色（图1)。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。
图1 白化病患者
基因A
mRNA
酪氨酸酶
酪氨酸
中间产物
黑色素
转录
翻译
图2 合成黑色素的代谢途径
(1)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，其中每个基因对身高都有一定的作用。
2.基因与性状的关系
基因与性状的关系并不是简单一一对应的关系
25℃下培养
它们产生的后代
如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
如刚孵化的残翅果蝇幼虫
31℃下培养
得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫
残翅果蝇
(2)生物性状还会受到环境等条件的影响
为什么基因组内的遗传信息会在特定发育阶段、特定组织部位、特定细胞类型上有不同的表达呢
多莉羊的成功克隆说明乳腺细胞含有全套基因组序列。
每个人都来自一个受精卵，但受精卵通过分裂和分化形成了约200种不同类型的细胞，如血细胞、肌细胞、神经细胞，每种类型细胞中的DNA序列都是相同的。
[资料1]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3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。
1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？
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？
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 +++ － － +
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
二、细胞分化的本质
从上述资料分析可以得出：
1.同一生物体不同类型的细胞或不同发育阶段的细胞都含有相同的DNA，但并非所有的基因都表达。
2.基因表达的产物不仅决定细胞的形态结构，而且决定细胞的生理功能。
3.细胞中的全部基因只是为生物体提供了生命活动的蓝图，不同细胞在特定时空发生着基因的选择性表达。
细胞分化的本质就是基因选择性表达
奢侈基因
只在某些细胞中特异性表达的基因。
比如：卵清蛋白基因、胰岛素基因。
细胞中的基因可以分为两类
管家基因
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。
比如：核糖体蛋白基因，ATP合成酶基因。
细胞分化的本质——基因的选择性表达
例如，不参与编码蛋白质的微RNA (miRNA) 也能在转录后介导对mRNA的降解，一些 miRNA具有组织特异性和时序性，即只在特定的组织或某个发育阶段起着调控作用。
1.基因选择性表达的机制非常复杂，涉及多种调控方式。
2.细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。
基因选择性表达造成了细胞分化，形成了在形态、结构和功能上不同的细胞类型。不同类型的细胞形成了组织、器官(系统)和个体。
干细胞
造血干细胞
脂肪细胞
肝脏
骨骼
心脏
免疫系统
肌肉细胞
神经细胞
血细胞
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，叫作表观遗传。（教材P65页）
三、表观遗传及其作用机制
柳穿鱼的形态结构的遗传——DNA甲基化
柳穿鱼花的形态结构与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（Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团）。
柳穿鱼是一种园林花卉。其花的形态结构有两种形态。
植株A
植株B
柳穿鱼花的形态结构的遗传
Lcyc基因
正 常
开花时表达
Lcyc基因
高度
甲基化
开花时不表达
植株A
植株B
×
植株A
绝大部分与植株A相似
少大部分与植株B相似
植株B的Lcyc基因高度甲基化，使其不表达。
DNA甲基化
DNA甲基化
DNA甲基化后转录异常
表观遗传
1.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。（教材P74，相关信息）
H3 组蛋白修饰与染色质活性的关系
在蜂王和工蜂的脑中具有不同的DNA甲基化特征，而被敲除Dnmt3基因的蜜蜂的脑中，其DNA甲基化特征与那些由蜂王浆诱导的正常蜂王相似。可见，持续取食蜂王浆的营养效应之与DNA甲基化有关。
DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。
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。
同卵双胞胎
吸烟会使人的体细胞内的DNA的甲基化水平升高，而戒烟多年后，DNA的甲基化水平会降低。
3.表观遗传的特点
可遗传性
01
不改变DNA的碱基配对特性
02
DNA的碱基序列不变
03
可逆性
04
中心法则诠释了基因与生物性状的关系
细胞分化的实质是基因的选择性表达
分化的实质
不同类型细胞中基因表达的分类
表观遗传
间接：基因→酶→代谢过程→性状
直接：基因→蛋白质的结构 →性状
概念
修饰类型
实例
表观遗传的特点
1．如图是中心法则图解，中心法则揭示了生物的遗传信息传递的一般规律，下列说法错误的是（ ）
A．五个过程都会发生碱基互补配对
B．c 过程还需要 tRNA 和核糖体参与
C．某些病毒增殖时可发生 d 过程，需逆转录酶
D．在所有的真核细胞中，a 和 b、c 三个过程均可发生
D
2．在遗传信息的传递过程中，一般不可能发生的是（ ）
A．DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则
B．核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中进行翻译过程
C．DNA复制、转录都是以DNA一条链为模板，翻译则是以mRNA为模板
D．DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
C
3．表观遗传现象普遍存在于生物体生命活动过程中。下列有关叙述错误的是（ ）
A．基因突变和表观遗传都导致了基因的碱基序列发生改变
B．同一蜂群中的蜂王和工蜂在形态结构、生理和行为等方面的不同与表观遗传有关
C．柳穿鱼Leye基因的部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达
D．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
A