遗传信息的传递和表达

1、第一节第一节 遗传信息遗传信息问题问题 相关研究相关研究 研究成果研究成果遗传物遗传物质是质是DNA还是还是蛋白蛋白质？质？19281928年年 英英 格里菲恩格里菲恩 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 某种物质可以某种物质可以 促成转化促成转化19441944年年 美美 艾弗里艾弗里, , 完善肺炎双球菌转化实验完善肺炎双球菌转化实验 引起转化的引起转化的 物质是物质是DNA19521952年年 赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯, , 噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验 DNA是遗传是遗传物质物质用放射性同位素用放射性同位素35S标记外壳标记外壳蛋白质蛋白质细菌内无放射性细菌内无放射性用放射性

2、同位素用放射性同位素32P标记内部标记内部DNA细菌内有放射性细菌内有放射性DNA是是真真正正的的遗遗传传物物质质噬菌体侵染细菌的实验噬菌体侵染细菌的实验DNA是遗传物质是遗传物质问题问题 相关研究相关研究 研究成果研究成果DNA是怎样是怎样的结构组的结构组成？成？19531953年年 美美 沃森沃森 和和 英英 克里克克里克 ， 建立了建立了DNA结构模型结构模型 DNA是双螺旋是双螺旋 的空间结构的空间结构沃森(左) 克里克(右)TGACACTG脱氧核苷酸氢键氢键碱基对计算公式：计算公式： 条件：双链中条件：双链中 1）A = T，C = G 2）A + T + C + G = 1 3）A

3、 + G = C + T = 50%TGA脱氧核苷酸脱氧核苷酸碱基对碱基对多核苷酸链多核苷酸链1 1、如果一只小鼠的一段双链、如果一只小鼠的一段双链DNADNA分子中，鸟分子中，鸟 嘌呤嘌呤(G) (G) 所占比例为所占比例为2020，则胞嘧啶，则胞嘧啶(C)(C)所所 占比例是占比例是 。2 2、在、在1 1个个DNADNA分子中，若鸟嘌呤占碱基总数的分子中，若鸟嘌呤占碱基总数的 30%30%，则腺嘌呤占碱基总数的，则腺嘌呤占碱基总数的 。问题问题 相关研究相关研究 研究成果研究成果 DNA是是否就是遗否就是遗传信息？传信息？基因是有遗传基因是有遗传效应的效应的DNA片段片段 基因的功能基因

4、的功能 携带遗传信息携带遗传信息 控制蛋白质合成控制蛋白质合成 决定生物性状决定生物性状 体现生物性状体现生物性状第二节第二节 DNADNA复制和复制和蛋白质合成蛋白质合成梅赛尔森梅赛尔森斯塔尔的实验斯塔尔的实验思考：思考：DNA复制的特点复制的特点新合成的双链DNA分子中有一半是旧链，另一半是新链。 一、一、DNA复制复制每条子链与对应母链相结合，构成每条子链与对应母链相结合，构成1条新条新的的DNA分子。分子。解旋：解旋： 1条双链条双链DNA在酶的作用下相互分离（氢键在酶的作用下相互分离（氢键断裂），形成断裂），形成2条单链，称为母链。条单链，称为母链。合成：合成：子链以母链为模板，在酶

5、的作用下，以子链以母链为模板，在酶的作用下，以4种脱种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对的规律氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对的规律形成子链。形成子链。聚合：聚合：1DNA2DNA 通过自我复制并传递给子代，是生物遗传特性通过自我复制并传递给子代，是生物遗传特性能保持相对稳定的基础。能保持相对稳定的基础。 DNA复制的概念：复制的概念：以以DNA分子为模板，合成相同分子为模板，合成相同DNA分子的过程。分子的过程。DNA复制的特点：复制的特点：第一，边解旋边复制；第二，半保留复制，即每第一，边解旋边复制；第二，半保留复制，即每个新的个新的DNA分子都是由亲代分子的一条母链和分子都是由亲代分子的

6、一条母链和一条新合成的子链组成。一条新合成的子链组成。DNA复制的意义：复制的意义：二、遗传信息的转录：二、遗传信息的转录：以以DNA分子中的一条多核苷酸链为模板合分子中的一条多核苷酸链为模板合成成RNA的过程。的过程。结构特点：结构特点：单链结构RNA的结构：基本单位：基本单位：核糖核苷酸核糖、磷酸、4种碱基（AUCG）（3）通过转录，）通过转录，DNA携带的遗传信息传递给携带的遗传信息传递给mRNA，mRNA分子内的碱基排列顺序称为遗传密码分子内的碱基排列顺序称为遗传密码，以三联，以三联体密码子的形式存在。体密码子的形式存在。转录过程：转录过程：（1）DNA是双链，是双链，mRNA是单链，

7、所以在转录时，是单链，所以在转录时，在酶的作用下，在酶的作用下，DNA片段双链片段双链边解旋，边以其中的边解旋，边以其中的一条链为模板合成一条链为模板合成mRNA。（2）RNA分子中没有碱基分子中没有碱基T，所以在转录时按照，所以在转录时按照AU、TA、GC、CG的互补配对规律合的互补配对规律合成具有一定碱基排列顺序的成具有一定碱基排列顺序的mRNA。师生互动练习：师生互动练习：已知一条已知一条DNA单链：单链：AAA ATC GGC TAT TCG GTC转录产生转录产生mRNA顺序：顺序： UUU UAG CCG AUA AGC CAG那么4种碱基如何决定20种氨基酸呢？三、遗传信息的翻译

8、：三、遗传信息的翻译：1、翻译的概念：翻译的概念：生物学上把碱基的序列变成氨基生物学上把碱基的序列变成氨基酸的序列。酸的序列。2、遗传密码的概念：遗传密码的概念：mRNA分子内的碱基序列。分子内的碱基序列。碱基与氨基酸两者的序列之间存在着碱基与氨基酸两者的序列之间存在着怎样的对应关系呢？怎样的对应关系呢？人们根据人们根据4种碱基和种碱基和20种氨基酸的关系，很显然，种氨基酸的关系，很显然，遗传密码的问题是遗传密码的问题是“4决定决定20”。分析分析：一个碱基不一个碱基不能决定一个氨基酸（能决定一个氨基酸（41），），两个碱基也不能决定一两个碱基也不能决定一个氨基酸（个氨基酸（42=16），），

9、三个碱基就可以决定一个氨三个碱基就可以决定一个氨基酸（基酸（43=64）,多于多于20种氨基酸的种类了。种氨基酸的种类了。把可决定一个氨基酸的把可决定一个氨基酸的mRNA上上的每的每三个三个相邻碱基相邻碱基称为称为“密码子密码子”（codon），），1967年，科学家们破译了全部的年，科学家们破译了全部的 64个密码个密码子。子。结论：结论：1. AUG、GUG（起始密码子）（起始密码子）2. UAA,UAG,UGA（终止密码子）（终止密码子）3.一个密码子决定一个氨基酸一个密码子决定一个氨基酸4. 一个氨基酸可有多个密码子一个氨基酸可有多个密码子（3）按照）按照mRNA上的碱基序列，各个上的

10、碱基序列，各个tRNA依次带依次带着特定的氨基酸进入核糖体，根据碱基互补原则，着特定的氨基酸进入核糖体，根据碱基互补原则，tRNA把运载来的氨基酸安放在相应的位置上，通过脱把运载来的氨基酸安放在相应的位置上，通过脱水缩合，形成一定的氨基酸序列，形成具有一定空间水缩合，形成一定的氨基酸序列，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。结构的蛋白质分子。 翻译的过程：翻译的过程：（1）mRNA在细胞核中转录形成在细胞核中转录形成密码信息后从核孔密码信息后从核孔进入细胞质进入细胞质，与核糖体结合。，与核糖体结合。（2）合成所需的）合成所需的氨基酸由细胞质内的氨基酸由细胞质内的tRNA运送进核运送进核糖体糖体。

11、合成蛋白质的。合成蛋白质的20种氨基酸分别由不同的种氨基酸分别由不同的tRNA运送，运送，每一种每一种tRNA一端能携带一端能携带1个特定的氨基酸，另个特定的氨基酸，另一端有一端有3个碱基可与个碱基可与mRNA上的密码子配对上的密码子配对。中心法则：中心法则：逆转录逆转录转录转录翻译翻译复制复制复制复制总结：总结：1. 1. 场所场所: :2. 2. 模板模板: :3. 3. 原料原料: :4. 4. 条件条件: :5. 5. 原则原则: :6. 6. 过程过程: :7. 7. 结果结果: :8. 8. 意义意义: :复制复制细胞核细胞核转录转录翻译翻译比较：比较：DNA双链双链脱氧核苷酸脱氧

12、核苷酸酶酶A-T，C-G细胞核细胞核核糖体核糖体 边解旋边解旋, ,边复制边复制( (半保留式半保留式 ) )合成合成DNADNA将信息从亲代将信息从亲代传递给子代传递给子代酶酶酶，酶，tRNADNA信息链信息链mRNA将信息从细胞核将信息从细胞核传递到细胞质传递到细胞质将遗传信息表达将遗传信息表达, ,体现生物性状体现生物性状A-U，C-G密码子密码子边解旋边解旋, ,边转录边转录核糖体在核糖体在mRNAmRNA上移动上移动合成蛋白质合成蛋白质合成合成RNARNA核糖核苷酸核糖核苷酸氨基酸氨基酸3/1n2/2n2n22n222 / 2n探究活动：遗传信息的错误传递探究活动：遗传信息的错误传递

13、1、探究、探究DNA改变对蛋白质组成的影响改变对蛋白质组成的影响2、基因突变、基因突变DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTC TCC TTA GGT CTC CTT 第一种情况：正常第一种情况：正常mRNA1：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAG AGG AAU CCA GAG GAA多肽链多肽链1 1：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸 第二种情况：改变第二种情况：改变DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TT

14、G GGC TCC TTA GGT CTC CTTmRNA2：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CCG AGG AAU CCA GAG GAA多肽链多肽链2 2：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨 脯氨酸脯氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸第三种情况：改变第三种情况：改变DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTT TCC TTA GGT CTC CTT mRNA3：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAA AGG AAU CCA GAG GAA多肽链多肽链3 3：

15、苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸第四种情况：改变第四种情况：改变DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG ATC TCC TTA GGT CTC CTTmRNA4：UUU CCA GAG GAG AUU AAC UAG AGG AAU CCA GAG GAA多肽链多肽链4 4：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨终止密码终止密码 第五种情况：插入第五种情况：插入DNA：AAA GGT CTC CTC

16、TAA TTG GTC CTC CTT AGG TCT CCTT第六种情况：缺失第六种情况：缺失mRNA5:UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAG GAG GAA UCC AGA GGA A 多肽链多肽链5 5： 苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酰氨 谷氨酸谷氨酸丝氨酸精氨酸甘氨酸谷氨酸谷氨酸丝氨酸精氨酸甘氨酸 DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTC T TTA GGT CTC CTTmRNA6: UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAA GGA AUC CAG AGG AA

17、多肽链多肽链6 6：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸异亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨甘氨酸异亮氨酸谷氨酰氨精氨酸谷氨酰氨甘氨酸异亮氨酸谷氨酰氨精氨酸 复制复制异常异常基因突变基因突变镰刀型贫血症镰刀型贫血症第三节第三节 基因工程基因工程与转基因生物与转基因生物转基因产品：转基因产品：从具有抗虫性状的细菌从具有抗虫性状的细菌DNA分子中获取抗虫基因分子中获取抗虫基因将抗将抗虫基因与运载体拼接成为重虫基因与运载体拼接成为重组组DNA将重组将重组DNA导入选导入选育棉花细胞内育棉花细胞内抗虫基因在抗虫基因在该棉花细胞中表达。该棉花细胞中表达。 转基因抗虫棉转基因抗虫棉

18、限制酶限制酶EcoR限制酶限制酶HindA A G C T TT T C G A A一、基因工程概念一、基因工程概念 依据预先设计的蓝图，用人工方法将某依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组种生物的基因，接合到另一种生物的基因组DNADNA中并使其表达，使后者获得新的遗传性中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。的生物类型的现代生物技术。二、基因工程的基本过程：二、基因工程的基本过程：1、演示基因工程的基本过程示意图、演示基因工程的基本过程示意图 2、以基因工程制造

19、人生长激素为例，说明基、以基因工程制造人生长激素为例，说明基因工程的基本过程。因工程的基本过程。 目前被较广泛提取目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤、获取目的基因、获取目的基因将将需要的基因从供体生物需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。的细胞内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶2 2、目的基

20、因与运载体重组、目的基因与运载体重组用与提取目的基用与提取目的基因相同的限制酶切割因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切质粒使之出现一个切口，将目的基因插入口，将目的基因插入切口处，让目的基因切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用后，在连接酶的作用下连接形成重组下连接形成重组DNADNA分子。分子。3 3、重组、重组DNADNA分子导入受分子导入受 体细胞并使之扩增体细胞并使之扩增导入导入扩增扩增要让目的基因表达，必要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行须将它导入受体细胞并进行扩增。扩增。为获得目的基因的表达为获得目的基

21、因的表达产物时，通常以大肠杆菌等产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。的生物细胞为受体。4 4、筛选含目的基因的受体细胞、筛选含目的基因的受体细胞为保证目的基因得到有效利用，通常用大量为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表

22、达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留

23、有相应变化的个体进一步培养、研究。变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫基因并得到表达。 基因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用 培育高产、稳产和具有优良品质的农作物培育高产、稳产和具有优良品质的农作物19831983年世界上第一例转基因作物（烟草和马铃薯）问世；年世界上第一例转基因作物（烟草和马铃薯）问世；19941994年延熟保鲜转基因番茄在

24、美国批准上市；年延熟保鲜转基因番茄在美国批准上市；20012001年各国已获准上市的转基因作物品种已达年各国已获准上市的转基因作物品种已达100100多个，仅美多个，仅美国即达国即达 5353个（次），包括番茄、大豆、玉米、棉花、油菜、个（次），包括番茄、大豆、玉米、棉花、油菜、水稻、马铃薯、西葫芦、番木瓜、甜菜、菊苣、亚麻等水稻、马铃薯、西葫芦、番木瓜、甜菜、菊苣、亚麻等1212种种作物。由转基因作物生产加工的转基因食品和食品成分已达作物。由转基因作物生产加工的转基因食品和食品成分已达40004000余种。其中，以大豆和玉米为原料的占余种。其中，以大豆和玉米为原料的占9090以上。以上。 基

25、因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用 培育抗逆性品种培育抗逆性品种将细菌的将细菌的抗虫、抗病毒、抗抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温高温等抗性基因转移到作物体等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。性。如转基因抗虫棉。抗虫基因作物的意义：抗虫基因作物的意义： 减少农药的用量，降低了生产的减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。成本，减少了农药对环境的污染。 基因工程在畜牧业的应用基因工程在畜牧业的应用 繁殖具有繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。 该过程的重要步骤是重组该过程的重要步骤是重组DNA转移到动物受精转移到动物受精卵中。卵中。将人的生长激素基因和将人的生长激素基因和牛的生长素基因分别注射到牛的生长素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的小白鼠受精卵中，得到的“