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文档简介

4.1基因指导蛋白质的合成第四章基因的表达

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的全部遗传信息,即构建生物体的蓝图。从DNA到具有各种性状的生物体,需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现。电影《侏罗纪公园》细胞外↑细胞膜(分泌)↑囊泡(运输)高尔基体(加工、修饰、包装)

↑囊泡(运输)内质网(加工成有空间结构的蛋白质)↑核糖体(合成多肽链)蛋白质的合成过程:基因蛋白质的合成指导______指导蛋白质的合成基因是有

片段;DNA主要存在于

中,而蛋白质的合成是在

中进行的。基因遗传效应DNA细胞核细胞质(核糖体)以_____为信使RNA一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录比较项目DNARNA基本单位五碳糖含氮碱基结构主要存在部位2、DNA,RNA的主要区别脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖ATCGAUCG多为双螺旋结构多为单链结构1、RNA的基本单位及组成磷酸核糖A、U、G、C核糖核苷酸①

;②

;③碱基:

;④

。细胞核细胞质3、RNA的种类种类mRNAtRNArRNA名称信使RNA转运RNA核糖体RNA分布功能结构示意图共同点主要在细胞质中主要在细胞质中与蛋白质结合成核糖体翻译的直接模板识别并转运氨基酸组成核糖体单链单链单链①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录UAAGUCCCTTGGAAA游离的核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA1.解旋RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合,使DNA双链解开,碱基暴露出来。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2.配对合成的mRNA从DNA链上释放。而后,DNA双螺旋恢复。一、遗传信息的转录4、转录(1)过程:模板:原料:能量(ATP)酶:一、遗传信息的转录(2)概念:在细胞核中,以DNA的一条链为模板,通过RNA聚合酶合成RNA的过程。(3)场所:细胞核(主要场所)叶绿体、线粒体、拟核DNA分子的一条链四种游离的核糖核苷酸(4)条件:RNA聚合酶mRNA、rRNA、tRNA(DNA上的遗传信息传递给了mRNA)。A-UG-CT-AC-G(6)转录时碱基互补配对:(5)产物:提醒:每次转录的只是DNA分子特定的片段,该片段携带的遗传信息能准确地传递给mRNA分子。

mRNA通过核孔进入细胞质中,与核糖体结合,开始它新的历程——翻译。

DNA(基因)蛋白质RNA转录翻译碱基的排列顺序氨基酸的排列顺序对应关系?二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译1.

密码子(1)概念:mRNA上三个相邻的碱基决定一个特定的的氨基酸,遗传学上将这三个碱基称为密码子。1个密码子称为mRNA5'3'GUGGAACCU密码子密码子密码子密码子认读是从mRNA的5'→3'相邻的密码子无间隔、不重叠mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸(起始)苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸谷氨酸甘氨酸G

第1个碱基第2个碱基 第3个碱基密码子苯丙氨酸UUUUUU

精氨酸

AGGAGG第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸(起始)苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸谷氨酸甘氨酸G

终止密码子:

__

、____

种类

起始密码子:

(甲硫氨酸)、(

种)_____(缬氨酸、甲硫氨酸)

64UAAGUGAUGUGA(硒代半胱氨酸)UAG一种密码子决定____种氨基酸,一种氨基酸由_________密码子决定。

1种或几种1绝大多数氨基酸都有几个密码子。1.密码子的简并性地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。2.密码子的通用性思考.讨论你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义??根据密码子的通用性这一事实,你能想到什么??二、遗传信息的翻译在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。提高翻译速度当今生物可能有着共同的起源。二、遗传信息的翻译2.tRNA(1)形态:三叶草形(2)功能特点:每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。3'5'结合氨基酸的部位碱基配对(3)反密码子mRNA5'3'ACU密码子UGA反密码子位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。3.翻译过程二、遗传信息的翻译3.翻译过程二、遗传信息的翻译起始运输延伸终止脱离mRNA与核糖体结合tRNA携带氨基酸置于特定位置核糖体沿mRNA移动,读取下一个密码子,对应tRNA运输相应氨基酸加到延伸中的肽链上当核糖体到达mRNA上的终止密码子时,合成停止肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物中脱离,通过系列加工形成具有特定空间结构和功能的蛋白质二、遗传信息的翻译

游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质,这一过程叫作翻译。4.翻译概念:5.翻译场所:6.翻译的条件:模板:mRNA原料:21种游离的氨基酸能量:ATP酶

7.原则:碱基互补配对8.产物:多肽核糖体G-C、C-G、U-A、A-U①数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。②目的意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。③方向:从右向左(见图1),判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译A—C—U—G—G—A—U—C—U苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸mRNA转录翻译肽链DNAA—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—A肽键肽键基因中的碱基数(双链)︰mRNA中的碱基数︰合成蛋白质的氨基酸个数=_______6︰3︰1探究:基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系模板链二、遗传信息的翻译针对训练:一条多肽链上有氨基酸300个,则作为合成该多肽链模板的mRNA分子和转录mRNA的DNA分子至少要有碱基多少个?A.300;600B.900;1800C.900;900D.600;900三、复制、转录与翻译的比较项目复制转录翻译场所条件模板原料能量酶产物原则遗传信息传递方向细胞核(主要场所)细胞核(主要场所)核糖体DNA的两条链DNA的一条链mRNA4种游离的脱氧核苷酸4种游离的核糖核苷酸21种游离的氨基酸ATPATPATPDNA解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶与蛋白质合成有关的酶DNARNA多肽碱基互补配对A-TT-AG-CC-G碱基互补配对A-UT-AG-CC-G碱基互补配对A-UU-AG-CC-GDNA→DNADNA→mRNAmRNA→Pro真核细胞的转录主要发生在细胞核中,翻译发生在细胞质中,在空间和时间上被分隔开进行;原核细胞的转录和翻译没有分隔,可以同时进行,边转录边翻译。四、中心法则及补充1、提出者:克里克2、中心法则:遗传信息可以从DNA流向DNA,即DNA的复制;也可以DNA流向RNA,进而流向蛋白质,即遗传信息的转录和翻译。复制转录翻译蛋白质DNARNA逆转录RNA的复制(1)DNA、RNA是信息的载体。(2)蛋白质是信息的表达产物。(3)ATP为信息的流动提供能量生命是物质、能量和信息的统一载体。以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递:真核生物、原核生物、DNA病毒DNARNA蛋白质复制转录翻译复制RNA蛋白质翻译以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递:RNA病毒复制DNARNA蛋白质转录翻译RNA逆转录四、中心法则及补充五、课堂小结RNA蛋白质转录原料模板酶场所反密码子原料模板场所工具氨基酸核糖体RNA聚合酶核糖核苷酸主要在细胞核一条链组成决定rRNAmRNAtRNA种类密码子三个碱基翻译DNA4.2基因表达与性状的关系第四章基因的表达知识回顾1.基因表达包含转录和翻译两个过程,请从模板、原料、酶、产物、场所等五个方面来比较转录和翻译过程。2.密码子位于________,反密码子位于_______。3.请用文字加箭头画出中心法则(注意区分实线和虚线)。项目转录翻译模板原料酶产物场所DNA的一条链mRNA4种核糖核苷酸21种氨基酸RNA聚合酶单链RNA主要在细胞核多种酶多肽链(蛋白质)核糖体mRNAtRNA4.2基因表达与性状的关系教学目标1.生命观念(1)通过学习皱粒豌豆形成机制、白化病致病原因及囊性纤维化致病原因,理解基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。(2)通过比较同一生物体3种细胞中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。2.科学思维(1)通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象,归纳概括表观遗传现象。(2)阐明基因、环境与性状之间的复杂关系,认同生命的复杂性。《基因的表达》新课导入叶呈扁平状叶呈丝状讨论:1.这两种形态的叶,其细胞的基因组成一样吗?受精卵叶呈扁平状与丝状

(基因组成

)2.这两种叶形的差异,可能是由什么因素引起的?基因:遗传效应的DNA片段,可控制性状蛋白质:生命活动的主要承担者性状:形态、结构和生理生化等特征(叶形)基因、蛋白质、性状、环境之间是什么关系呢?请你作出假设。相同有丝分裂基因表达产物与性状的关系例1:孟德尔豌豆实验中,圆粒是由基因____控制,皱粒由____控制,如何从基因表达的层面做出科学的解释呢?(P71)编码淀粉分支酶的基因_____________酶淀粉合成淀粉含量______淀粉能__________DNA中插入了一段外来DNA打乱了编码淀粉分支酶_______淀粉分支酶出现______,活性_______淀粉含量_____豌豆______而皱缩淀粉分支高低失水异常降低基因保留水分指导合成催化引起基因表达产物与性状的关系例2:分析人的白化症状形成的原因(P71),思考回答如下问题:1.回忆酶的化学本质,结合中心法则,分析酶缺乏的原因。2.回忆酶在细胞代谢中的作用,分析酶缺乏会产生什么结果。3.用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。基因表达产物与性状的关系例3:分析囊性纤维化的症状形成的原因(P72),思考回答如下问题:1.囊性纤维化形成的原因是什么?2.用文字和箭头总结基因、基因表达产物与性状之间的关系。基因表达产物与性状的关系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。

你觉得为何?基因表达产物与性状的关系分析上表,小组合作探究回答如下问题:1.分析表中信息,你能得出什么结论?2.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别?3.3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事实说明了什么?4.3种细胞中有表达情况相同的基因吗?说明理由。5.请根据基因在不同类型细胞中的表达情况,尝试对基因进行分类,并对基因种类进行“命名”。6.造成同一生物体不同类型的细胞的形态、结构和功能差异的原因是什么?并尝试归纳概括细胞分化的本质。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。1.3种细胞中基因相同,但mRNA不同。2.这3种细胞中合成的蛋白质有差异,如输卵管细据胞能合成卵清蛋白,不合成珠蛋白和胰岛素。3.细胞中基因的表达存在选择性。4.有,ATP合成酶基因细胞呼吸酶基因等在所有细胞中都表达。5.管家基因:在所以细胞都表达的基因;奢侈基因:只在某类细胞中特异性表达的基因。6.每种类型的细胞只表达一部分基因,即基因表达的差异产生了不同类型的细胞。细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因表达产物与性状的关系1.下表是5种基因在几种细胞中表达的情况,相关叙述错误的是()A.细胞呼吸酶基因和核糖体rRNA基因在所有细胞中均表达B.胰岛B细胞中不存在血红蛋白基因和抗体基因C.上述基因表达的差异体现了细胞分化的实质D.上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果基因成熟红细胞浆细胞胰岛B细胞细胞呼吸酶基因+++核糖体rRNA基因+++血红蛋白基因+--抗体基因-+-胰岛素基因--+说明:“+”表示基因开放表达,“-”基因关闭不表达B课堂小结布置作业提出问题:基因的选择性表达导致性状的差异。那么,基因表达与否以及表达水平的高低是如何受到调控的呢?以小组为单位,搜集表观遗传的资料,撰写“有趣的表观遗传现象”小论文(字数不限)。导入新课上节课学习了基因通过其表达产物——蛋白质,来控制性状,如果基因表达水平发生改变,性状也会随之发生改变,这就是有趣的表观遗传现象。表观遗传阅读P73-74页资料,小组合作探究回答问题,并尝试构建表观遗传概念模型。1.资料1中,柳穿鱼植株A和B都有______基因,但植株B的该基因被_______,导致该基因不能表达,其花表现出辐射对称。2.资料2中,子一代小鼠的基因型都是Avya,为什么却表现出不同的性状?3.DNA甲基化是指DNA片段上连接了______,该基团连接的数量越多,DNA甲基化程度______,甲基化会______基因表达。甲基化______(是/否)改变基因的碱基序列。4.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?并以此思考甲基化是否可遗传?是否遵循孟德尔遗传定律?5.用流程图梳理:柳穿鱼的花“表观遗传”机理。6.用流程图梳理:小鼠毛色“表观遗传”机理(参照上图)。7.柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传有什么共同点?8.你认为除DNA甲基化外,还有哪些在不改变基因的情况下,也会影响基因的表达呢?环境Lcyc基因被_________Lcyc基因表达Lcyc基因表达产物___引起基因修饰______导致辐射对称性花表型改变遗传子代获得被_________Lcyc基因高度甲基化抑制少高度甲基化表观遗传1.Lcyc

高度甲基化2.小鼠毛色改变的原因是Avy基因的甲基化程度不同,导致该基因的表达受到抑制的程度不同,进而影响性状。3.甲基基团越高抑制否4.F1植株具有一个正常的Lcyc基因和一个被高度甲基化的Lcyc基因,故它的花与植株A的相似;F1自交的F2中有些植株具有两个被高度甲基化的Lcyc基因,因此它们的花与植株B的相似。甲基化可以遗传,但不遵循孟德尔的遗传定律。5.6.7.基因的碱基序列保持不变,但基因的表达受到抑制,因此性状发生改变,而且这种改变可以遗传。8.染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰,RNA介导的基因沉默(如miRNA、siRNA、piRNA)。表观遗传1.概念: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。2.特点:(1)基因的碱基序列不变;(2)可遗传;(3)普遍存在于生物体生长、发育和衰老的整个生命进程中。表观遗传吸烟有害健康吗?DNA甲基化水平升高、组蛋白受到影响,精子活力下降、精子中甲基化水平明显升高,有害化学物质……与自己、家人、亲朋好友你会做些什么?基因与性状之间的复杂关系基因与性状的关系都是简单的一一对应关系吗?你如何评价基因决定生物体的性状这一观点?基因通过其表达产物控制生物性状;表观遗传(调控基因表达水平);基因与性状不一定是一一对应关系;环境对性状造成影响基因与基因之间、基因与基因表达产物之间、基因与环境之间等都存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细的调控着生物体的性状。基因表达产物与性状的关系分析以下案例,并回答相关问题:1.一个蜂群中,工蜂和蜂王都是由受精卵发育而来,但形态、结构、生理和行为截然不同。研究表明,蜜蜂幼虫时期,如果持续被饲喂蜂王浆,则发育成蜂王,如果被饲喂蜂蜜和花粉,则发育成工蜂,而蜂王的DNA甲基化程度低于工蜂。蜂王和工蜂的遗传物质_____(是/否)相同,其性状不同是由于营养条件不同造成_

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