基因表达与调控教案

1、遗传学教案授课题目基因的本质及其表达知识点1、基因的本质2、原核生物基因调控的基本模式3、真核生物基因调控的基本模式教学目标通过理解基因的本质，重点学习掌握原核生物基因调控的基本模式和真核生物基因调控的基本模式。教学重点基因的概念、原核生物基因调控的基本模式教学难点原核生物基因调控的基本模式教学方式与分析讲授 探究 问答 实验 演示练习本节课程包含三个知识点，主要是理论课程，学生学习有一定的难度，为此本节将利用动画播放形式，加深同学们的理解。授课类型理论课讨论课实验课练习课演示练习参考资料1卢良峰主编遗传学，中国农业出版社，第三版2朱军主编遗传学，中国农业出版社3孙乃恩、孙东旭、朱德煦主编分子

2、遗传学，南京大学出版社知识点1 基因的本质（一）基因的概念发展1、经典遗传学关于基因的概念有如下几个要点：（1）基因是不连续的颗粒状因子，在染色体上有固定的位置，并且呈直线排列，具有相对的稳定性。（2）基因作为一个功能单位控制有机体的性状表达。（3）基因以整体进行突变，是突变的最小单位。（4）基因在交换中不再被分割，是重组的最小单位。（5）基因能自我复制，在有机体内通过有丝分裂有规律地传递，在上下代之间能通过减数分裂和受精作用有规律地传递。2、分子遗传学关于基因的概念（1）突变子：是指性状发生突变时，产生突变的最小单位，即改变后可以产生突变型表型的最小单位。（2）重组子：是指发生性状重组时，可

3、交换的的最小单位，或者说不能由重组分开的基本单位。也称为交换子。（3）顺反子：是与一条多肽链的合成相对应的一段DNA序列，是一个完整的不可分割的最小功能单位，它的平均大小为5001500bp，一个顺反子可包含若干个重组子和突变子。3、现代基因概念的新发展基因的多样性（1）重叠基因：是指不同基因共用相同的碱基密码，即同一段DNA编码顺序，由于阅读的框架不同或终止的早晚不同，同时编码两个以上的基因。（2）重复基因：是指基因组内有多份相同编码的核苷酸序列。根据重复的拷贝数可分为以下三种：高度重复顺序中度重复顺序单一重复顺序（3）间隔基因：在真核生物中，基因的结构既包括可转录可翻译的外显子，也包括可转

4、录但不翻译的内含子，二者镶嵌排列。（4）跳跃基因：是指在染色体上可以转移位置的基因，也称为转座因子。（5）假基因：是指没有启动子、内含子、外显子的C-DNA，是在反转录酶作用下以mRNA为模板形成的DNA。启动子：是指在转录起点上游启动转录开始的一段DNA序列。终止子：是指给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。（二）基因的作用与性状的表现1、直接作用如：人类镰刀红细胞贫血症，在人的血红蛋白基因的密码中，仅仅改变其中一个碱基就可以引起它的最后产品血红蛋白的性质发生改变，从而引起红细胞镰刀形贫血症。2、间接作用大多数情况下，基因是通过控制酶的合成，间接地影响生物性状的表达。例如在孟德尔的豌豆杂

5、交试验中，高茎豌豆（TT）矮茎豌豆（tt），其F1表现为高茎豌豆（Tt），这是因为高茎基因T对矮茎基因t是显性。知识点2 原核生物的基因调控的基本模式（一）乳糖操纵子模型及阻遏物调控 乳糖代谢操纵子由5个紧密连锁但功能不同的DNA片段组成，其中3个区段分别携带着2个结构基因z、y和a，相应编码-半乳糖苷酶、-半乳糖苷透性酶和-半乳糖苷转乙酰酶这3种E.coli利用乳糖所需的酶；另外两个区段是1个调节基因（i）和1个操纵基因（o）。E.coli通过i基因形成1个阻遏物分子调节3个结构基因的转录。当培养基内无乳糖存在时，阻遏物分子与操纵基因（o）的DNA顺序结合，阻止3个结构基因的转录表达，则不产

6、生乳糖分解代谢所必需的3种酶。当培养基内有乳糖存在时，阻遏物分子与乳糖结合，引起构象变化，使阻遏物不能与操纵基因（o）的DNA顺序结合，结构基因转录表达，产生上述3种酶。（二）分解代谢产物阻遏调控当培养基中既有乳糖，又有葡萄糖存在时，细胞就不产生-半乳糖苷酶。这表明葡萄糖的分解代谢产物能阻碍乳糖对乳糖操纵子的诱导，在葡萄糖用完之后，才会开始乳糖的诱导活性，这预示着在乳糖操纵子之外还有另一个调控系统分解代谢产物阻遏调控。在乳糖操纵子的操纵基因与调节基因之间有1个启动基因区，它包括两个重要的区段：其一是与i基因接近的一端有1个CAP位点，可以与分解代谢产物活化蛋白（CAP）结合；其二是与o基因接近

7、的区段，可与RNA聚合酶亚单位相结合。CAP只有与cAMP相连结形成一种cAMP-CAP复合物，作为操纵子的正调控因子，才能结合到CAP位点上，使启动子DNA弯曲形成新的构型，提高RNA聚合酶的结合能力并进而提高乳糖操纵子的转录水平。当不存在葡萄糖时，腺苷酸环化酶很容易把ATP转变成cAMP。由于cAMP的作用，CAP得以与CAP位点结合，RNA聚合酶与启动基因相结合，使结构基因高效转录表达。当葡萄糖存在时，腺苷酸环化酶活性剧烈下降，cAMP浓度减少，cAMP-CAP复合体不能形成，因此，不能有效地结合到CAP位点上，乳糖操纵子以低水平转录表达。当细胞既有乳糖与阻遏蛋白结合，又有cAMP-CA

8、P结合在启动子DNA序列时，乳糖启动子的转录效率最高。知识点3 真核生物的基因调控的基本模式（一）、真核生物基因表达调控的特点：1、真核基因表达调控的环节更多。2、真核生物的基因转录与染色质的结构变化相关。（1）染色质结构影响基因转录。（2）组蛋白对基因转录的作用。（3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。（4）DNA拓扑结构变化。（5）DNA碱基修饰变化。3、真核基因表达以正调控为主。（二）、DNA水平上的基因调控1、基因丢失：在一些低等的真核生物细胞分化过程中，某些体细胞可以通过丢失某些基因而使其不再表达。这是一种不可逆调控。2、基因扩增：指细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象

9、，它是细胞在短期内为满足某种需要而产生足够的基因产物的一种调控手段。3、基因重排：是由特定基因组的遗传信息决定的，重排后的基因序列转录成mRNA，翻译成蛋白质，在真核生物细胞生长发育中起关键作用。 （三）、转录水平的基因调控1、基因转录调控的顺式作用元件真核基因的顺式调控元件：是指基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要有起正调控作用的顺式作用元件，包括启动子、增强子；近年又发现起负调控作用的元件沉默子。2、反式作用因子以反式作用影响转录的转录因子可统称为反式作用因子。它是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而调控靶基因转录效率的一组蛋白质。反式作用因子对基因表达的调控可正(激活)可负(阻遏)。反式作用因子主要由三个功能