第六章-遗传信息的传递和表达

第六章--遗传信息的传递和表达第一页，共54页。[问题][相关研究][研究成果]遗传物质是DNA还是蛋白质？1928年[英]格里菲恩肺炎双球菌转化实验

某种物质可以促成转化1944年[美]艾弗里,完善肺炎双球菌转化实验

引起转化的物质是DNA1952年赫尔希和蔡斯,噬菌体侵染细菌实验

DNA是遗传物质第二页，共54页。噬菌体的结构第三页，共54页。用放射性同位素35S标记外壳蛋白质细菌内无放射性第四页，共54页。用放射性同位素32P标记内部DNA细菌内有放射性DNA是真正的遗传物质第五页，共54页。噬菌体侵染细菌的实验DNA是遗传物质第六页，共54页。[问题][相关研究][研究成果]DNA是怎样的结构组成？1953年[美]沃森和[英]克里克，建立了DNA结构模型

DNA是双螺旋的空间结构沃森(左)克里克(右)第七页，共54页。DNA的分子结构——双螺旋TGACACTG脱氧核苷酸氢键碱基对计算公式：条件：双链中1）A=T，C=G2）A+T+C+G=13）A+G=C+T=50%TGA脱氧核苷酸碱基对多核苷酸链第八页，共54页。1、如果一只小鼠的一段双链DNA分子中，鸟嘌呤(G)所占比例为20％，则胞嘧啶(C)所占比例是

。<例题分析>2、在1个DNA分子中，若鸟嘌呤占碱基总数的30%，则腺嘌呤占碱基总数的

。第九页，共54页。[问题][相关研究][研究成果]§DNA是否就是遗传信息？基因是有遗传效应的DNA片段

基因的功能

携带遗传信息

控制蛋白质合成

决定生物性状

体现生物性状第十页，共54页。第二节DNA复制和蛋白质合成第十一页，共54页。梅赛尔森—斯塔尔的实验第十二页，共54页。思考：DNA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。

半保留复制第十三页，共54页。一、DNA复制每条子链与对应母链相结合，构成1条新的DNA分子。解旋：1条双链DNA在酶的作用下相互分离（氢键断裂），形成2条单链，称为母链。合成：子链以母链为模板，在酶的作用下，以4种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对的规律形成子链。聚合：1DNA→2DNA

第十四页，共54页。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。

DNA复制的概念：以DNA分子为模板，合成相同DNA分子的过程。DNA复制的特点：第一，边解旋边复制；第二，半保留复制，即每个新的DNA分子都是由亲代分子的一条母链和一条新合成的子链组成。DNA复制的意义：第十五页，共54页。二、遗传信息的转录：以DNA分子中的一条多核苷酸链为模板合成RNA的过程。结构特点：单链结构RNA的结构：基本单位：核糖核苷酸——核糖、磷酸、4种碱基（AUCG）第十六页，共54页。（3）通过转录，DNA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，以三联体密码子的形式存在。转录过程：（1）DNA是双链，mRNA是单链，所以在转录时，在酶的作用下，DNA片段双链边解旋，边以其中的一条链为模板合成mRNA。（2）RNA分子中没有碱基T，所以在转录时按照A－U、T－A、G－C、C－G的互补配对规律合成具有一定碱基排列顺序的mRNA。第十七页，共54页。师生互动练习：已知一条DNA单链：AAAATCGGCTATTCGGTC转录产生mRNA顺序：UUUUAGCCGAUAAGCCAG第十八页，共54页。那么4种碱基如何决定20种氨基酸呢？三、遗传信息的翻译：1、翻译的概念：生物学上把碱基的序列变成氨基酸的序列。2、遗传密码的概念：mRNA分子内的碱基序列。第十九页，共54页。碱基与氨基酸两者的序列之间存在着怎样的对应关系呢？人们根据4种碱基和20种氨基酸的关系，很显然，遗传密码的问题是“4决定20”。分析：一个碱基不能决定一个氨基酸（41），两个碱基也不能决定一个氨基酸（42=16），三个碱基就可以决定一个氨基酸（43=64）,多于20种氨基酸的种类了。把可决定一个氨基酸的mRNA上的每三个相邻碱基称为“密码子”（codon），1967年，科学家们破译了全部的64个密码子。结论：第二十页，共54页。1.AUG、GUG（起始密码子）2.UAA,UAG,UGA（终止密码子）4.一个氨基酸可有多个密码子第二十一页，共54页。（3）按照mRNA上的碱基序列，各个tRNA依次带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。翻译的过程：（1）mRNA在细胞核中转录形成密码信息后从核孔进入细胞质，与核糖体结合。（2）合成所需的氨基酸由细胞质内的tRNA运送进核糖体。合成蛋白质的20种氨基酸分别由不同的tRNA运送，每一种tRNA一端能携带1个特定的氨基酸，另一端有3个碱基可与mRNA上的密码子配对。第二十二页，共54页。中心法则：DNA逆转录RNA转录蛋白质翻译复制复制总结：第二十三页，共54页。1.场所:2.模板:3.原料:4.条件:5.原则:6.过程:7.结果:8.意义:复制细胞核转录翻译比较：DNA双链脱氧核苷酸酶A-T，C-G细胞核核糖体边解旋,边复制(半保留式)合成DNA将信息从亲代传递给子代酶酶，tRNADNA信息链mRNA将信息从细胞核传递到细胞质将遗传信息表达,体现生物性状A-U，C-G密码子边解旋,边转录核糖体在mRNA上移动合成蛋白质合成RNA核糖核苷酸氨基酸2/2n第二十四页，共54页。探究活动：遗传信息的错误传递1、探究DNA改变对蛋白质组成的影响2、基因突变第二十五页，共54页。DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGGTCTCCTTAGGTCTCCTT

第一种情况：正常mRNA1：UUUCCAGAGGAGAUUAACCAGAGGAAUCCAGAGGAA多肽链1：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－精氨酸－天冬酰氨－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸

第二种情况：改变DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGGGCTCCTTAGGTCTCCTTmRNA2：UUUCCAGAGGAGAUUAACCCGAGGAAUCCAGAGGAA多肽链2：苯丙氨酸－脯氨酸—谷氨酸－谷氨酸－异亮氨酸－天冬酰氨－

脯氨酸－精氨酸－天冬酰氨－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸第三种情况：改变DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGGTTTCCTTAGGTCTCCTTmRNA3：UUUCCAGAGGAGAUUAACCAAAGGAAUCCAGAGGAA多肽链3：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－精氨酸－天冬酰氨－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸第二十六页，共54页。第四种情况：改变DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGATCTCCTTAGGTCTCCTTmRNA4：UUUCCAGAGGAGAUUAAC

UAGAGGAAUCCAGAGGAA多肽链4：苯丙氨酸－脯氨酸—谷氨酸－谷氨酸－异亮氨酸－天冬酰氨－终止密码

第五种情况：插入DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGGTCCTC

CTT

AGG

TCT

CCTT第六种情况：缺失mRNA5:UUUCCAGAGGAGAUUAACCAGGAG

GAAUCCAGAGGAA

多肽链5：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－丝氨酸－精氨酸－甘氨酸

DNA：AAAGGTCTCCTCTAATTGGTC

T

TTAGGTCTCCTTmRNA6:UUUCCAGAGGAGAUUAAC

CAA

GGAAUCCAGAGGAA

多肽链6：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－甘氨酸－异亮氨酸－谷氨酰氨－精氨酸

－第二十七页，共54页。DNA复制异常基因突变镰刀型贫血症第二十八页，共54页。第二十九页，共54页。第三节基因工程与转基因生物第三十页，共54页。转基因产品：第三十一页，共54页。从具有抗虫性状的细菌DNA分子中获取抗虫基因→将抗虫基因与运载体拼接成为重组DNA→将重组DNA导入选育棉花细胞内→抗虫基因在该棉花细胞中表达。

转基因抗虫棉

第三十二页，共54页。基因的“化学剪刀”基因的“化学浆糊”基因的“分子运输车”基因操作的工具——限制酶——DNA连接酶——运载体（质粒）第三十三页，共54页。限制酶EcoRⅠ限制酶HindⅢAAGCTTTTCGAA第三十四页，共54页。一、基因工程概念

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DNA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，或创造出新的生物类型的现代生物技术。第三十五页，共54页。第三十六页，共54页。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

2、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。

第三十七页，共54页。

目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。㈡基因操作的基本步骤１、获取目的基因——将

需要的基因从供体生物

的细胞内提取出来。供体生物细胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶第三十八页，共54页。2、目的基因与运载体重组

用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。第三十九页，共54页。3、重组DNA分子导入受

体细胞并使之扩增导入扩增

要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞并进行扩增。

为获得目的基因的表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生物细胞为受体。

第四十页，共54页。4、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，必须将它从中检测出来。无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物

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。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。第四十一页，共54页。

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，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。

例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。第四十二页，共54页。第四十三页，共54页。三、转基因技术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1983年世界上第一例转基因作物（烟草和马铃薯）问世；1994年延熟保鲜转基因番茄在美国批准上市；2001年各国已获准上市的转基因作物品种已达100多个，仅美国即达53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12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4000余种。其中，以大豆和玉米为原料的占90％以上。第四十四页，共54页。基因工程在农业上的应用

培育抗逆性品种

将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。

抗虫基因作物的意义：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。第四十五页，共54页。基因工程在畜牧业的应用

繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量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DNA转移到动物受精卵