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(共25張PPT)
第四節 基因控制蛋白質的合成
（第三課時）
第三章 遺傳的分子基礎
素養目標
通過對中心法則的理解記憶，認同遺傳信息流動的觀念。
01
生命觀念
通過對資料進行分析歸納，概括中心法則的提出及發展過程。
02
科學思維
教學重難點
01
02
基因控制生物性狀
中心法則
課程導入
葉呈扁平狀
葉呈絲狀
用概念圖表示基因與性狀之間可能的關系。
性狀
基因表達
受精卵
有絲分裂
葉呈扁平狀與絲狀
（基因組成相同）
環境
可能影響
不同
蛋白質（不同）
直接
決定
作出假設：基因通過蛋白質控制生物性狀
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
基因控制生物性狀的情況是復雜的，一方面，多對基因共同控制生物的某個性狀，基因之間存在復雜的相互作用；另一方面，基因的表達受到環境的影響，所以生物的性狀 （或表型） 是基因（或基因型） 與環境共同作用的結果。生物的性狀主要通過蛋白質來體現。
基因
酶
細胞代謝
生物性狀
結構蛋白
生物性狀
蛋白質
間接控制
直接控制
從基因角度解釋囊性纖維化遺傳病
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
囊性纖維化（CF）是一種遺傳病，該病的病因是位于7號染色體上基因的堿基序列缺失了3個堿基，使得所編碼的氯離子載體蛋白（CTFR）中少了一個氨基酸，導致細胞對氯離子的轉運發生異常，造成黏液分泌過多，堵塞呼吸道，誘發感染。
紅色面包霉
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
美國遺傳學家比德爾和塔特姆以紅色面包霉為材料，進行一系列的生化遺傳學實驗，發現在紅色面包霉的生物合成中，每一階段都有相應的基因控制，當某個基因發生突變而不顯示活性時，相應的生物合成即中斷。
紅色面包霉
尿黑癥
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
尿黑癥患者的基因型為雙隱性aa，這是由相對應的顯性基因A結構發生變化所致。患者的肝細胞里不能合成有活性的尿黑酸氧化酶，酪氨酸分解代謝產生的尿黑酸不能被分解，便從血液里運送到排泄器官隨尿液排出，含有尿黑酸的尿液在空氣中放置一段時間就會變黑。尿黑酸在體內積累會引起色素沉著，并引發多關節炎，引起劇痛。
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
尿黑癥
控制酶形成的基因正常
控制酶形成的基因異常
尿黑酸氧化酶正常合成
尿黑酸被分解
表現正常
尿黑酸氧化酶不能合成
尿黑酸不能被分解
隨尿液排出，尿液呈黑色
基因
性狀
酶
代謝過程
鐮刀型細胞貧血癥
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
人的正常紅細胞呈圓餅狀，當血紅蛋白基因的結構發生改變時，紅細胞變為鐮刀形，影響運輸氧的功能，出現貧血癥狀。
正常紅細胞
鐮刀形紅細胞
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
鐮刀型細胞貧血癥
編碼血紅蛋白的基因正常
編碼血紅蛋白的基因
中一個堿基對變化
紅細胞呈鐮刀狀
血紅蛋白結構改變
性狀正常
血紅蛋白結構正常
紅細胞呈圓餅狀
出現貧血癥狀
基因
性狀
蛋白質結構
果蠅無眼
在果蠅的眼睛發育中有一個無眼基因，這個基因一旦變化，就會使幼蟲的有關眼細胞不能發育成眼球組織，造成果蠅成蟲沒有眼睛。
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
有眼果蠅
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
基因控制生物性
狀的復雜性
多對基因共同控制生物的某個性狀,基因之間存在復雜的相互關系。
基因的表達受到環境的影響。生物的性狀是基因與環境共同作用的結果。
基因控制生物性狀（基因—蛋白質—性狀）
多種功能性RNA分子
參與性狀的表現
tRNA、rRNA直接參與蛋白質的合成。
一些RNA具有調控基因表達的功能。
一些RNA具有催化功能,即核酶。
中心法則
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
1957年，克里克首先預見了遺傳信息的傳遞規律，并將這一規律命名為中心法則。
轉錄
DNA
RNA
翻譯
蛋白質
復制
中心法則及其發展
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
1965年，科學家在某種RNA病毒里發現了一種RNA復制酶，像DNA復制酶能對DNA進行復制一樣，RNA復制酶能對RNA進行復制。
RNA RNA
RNA復制酶
1970年，科學家在致癌的RNA病毒中發現逆轉錄酶，它能以RNA為模板合成DNA。
RNA DNA
逆轉錄酶
目前完整的中心法則
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
逆轉錄
DNA
RNA
翻譯
蛋白質
復制
轉錄
生命是物質、能量和信息的統一體。
各種生物的遺傳信息傳遞過程
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
生物種類 遺傳信息的傳遞過程
以DNA作為遺傳物質的生物 原核生物
真核生物 DNA病毒 以RNA作為遺傳物質的生物 某些RNA病毒
逆轉錄病毒（如勞氏肉瘤病毒）
翻譯
蛋白質
復制
DNA
轉錄
RNA
復制
RNA
蛋白質
翻譯
蛋白質
翻譯
轉錄
DNA
RNA
逆轉錄
RNA
復制
課外讀 · 特定的雙鏈RNA可以抑制基因的表達
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
RNA干擾現象最早是在1990年由美國科學家喬根森研究組意外發現的。矮牽牛花花瓣的深紫色是由花青素決定的。為了研究植物類黃酮合成的關鍵酶——查爾酮合成酶，是否決定花青素的合成速度，喬根森和其研究組的成員在矮牽牛花中過量表達查爾酮合成酶，以期得到顏色更深的矮牽牛花。但是，他們卻意外地得到了具有白色和白紫雜色的矮牽牛花，并且在過量表達查爾酮合成酶的矮牽牛花中，查爾酮合成酶的濃度遠低于正常矮牽牛花中的濃度。這種現象讓喬根森等人推測，外源轉入的編碼查爾酮合成酶的基因同時也抑制了矮牽牛花中內源查爾酮合成酶基因的表達。
課外讀 · 特定的雙鏈RNA可以抑制基因的表達
遺傳信息流從DNA—RNA—蛋白質
1998年，美國生物學家安德魯·菲爾和美國醫學家克雷格·梅洛通過一系列設計精巧的實驗,證明雙鏈RNA是引起上述基因表達抑制現象的根源。他們認為，以往觀察到的外源導入的與 mRNA 序列相同的 RNA 引起內源 RNA 降解的現象是因為在制備單鏈 RNA 的過程中混入了雙鏈 RNA，并且證明外源導入的單鏈 RNA 只有在與mRNA序列互補的RNA存在的條件下才能引起RNA降解。安德魯·菲爾和克雷格·梅洛將這一發現發表在1998年2月19日的Nature雜志上。在這篇文章中,他們首次將這種雙鏈 RNA 引起的基因表達抑制現象稱為 RNA 干擾現象。RNA 干擾現象的發現不僅解釋了許多在轉基因實驗中出乎意料甚至自相矛盾的結果，而且首次揭示了一種由 RNA 介導的全新的基因表達調控機制。更為重要的是，RNA干擾技術的發現及其普遍應用引起了生命科學研究和基因治療等領域的一系列變革，極大地推動了上述兩個領域的發展。這也是兩位科學家獲得2006年諾貝爾生理學或醫學獎的主要原因之一。
課堂練習
解析：中心法則適用于真核生物和原核生物，A錯誤；乳酸菌體內的遺傳信息的傳遞發生在DNA、RNA和蛋白質之間，即發生在生物大分子之間，B正確；DNA在復制過程中可能會發生差錯，但是由于密碼子的簡并性，這種差錯不一定改變生物的性狀，C錯誤；致癌的RNA病毒在遺傳信息的傳遞中，可發生逆轉錄，可存在A—T的配對，D錯誤。
1.下列有關遺傳信息傳遞的敘述，正確的是（ ）
A.中心法則適用于真核生物而不適用于原核生物
B.乳酸菌體內的遺傳信息傳遞發生在生物大分子之間
C.DNA在復制過程中若發生差錯，一定會使生物的性狀發生改變
D.致癌的RNA病毒在遺傳信息的傳遞中，只有A—U的配對，不存在A—T的配對
B
課堂練習
2.下列關于中心法則相關概念的理解，正確的是（ ）
A.轉錄和翻譯過程中的堿基互補配對方式不完全相同
B.噬菌體殼體蛋白的合成原料來自細菌，由細菌基因編碼
C.ATP的水解產物可作為轉錄和逆轉錄過程所需的原料之一
D.中心法則揭示了生物界共用同一套遺傳密碼
解析：本題考查中心法則的相關知識。轉錄過程中，堿基互補配對方式有A—U、C—G、T—A、G—C，翻譯過程中，堿基互補配對方式有A—U、U—A、C—G、G—C，A正確；合成噬菌體的蛋白質外殼需要以細菌中的氨基酸為原料，由噬菌體自身遺傳物質指導，B錯誤；ATP水解掉兩個磷酸基團后的產物是腺嘌呤核糖核苷酸，是轉錄所需要的原料之一，但不是逆轉錄過程所需的原料，逆轉錄是由RNA指導合成DNA的過程，需要脫氧核糖核苷酸作為原料，C錯誤；中心法側揭示了遺傳信息的流動方向或傳遞規律，并沒有揭示生物界共用同一套遺傳密碼，D錯誤。
A
課堂練習
3.某種RNA病毒在增殖過程中，其遺傳物質需要經過某種轉變后整合到真核宿主的基因組中。物質Y與脫氧核苷酸結構相似，可抑制該病毒的增殖，但不抑制宿主細胞的增殖，那么Y抑制該病毒增殖的機制是（ ）
A.抑制該病毒RNA的轉錄過程
B.抑制該病毒蛋白質的翻譯過程
C.抑制該RNA病毒的逆轉錄過程
D.抑制該病毒RNA的自我復制過程
解析：RNA病毒的遺傳物質為RNA，真核宿主的遺傳物質為DNA，病毒的遺傳物質需要經過逆轉錄過程才能整合到真核宿主的基因組中，又知Y物質結構與脫氧核苷酸相似，可抑制病毒的增殖，不抑制宿主細胞的增殖，所以Y物質不抑制DNA的復制，抑制的是逆轉錄過程。
C
課堂練習
4.下面關于基因、蛋白質和性狀三者之間關系的敘述不正確的是（ ）
A.生物體的表現型是由基因型和環境共同控制
B.基因與性狀之間都是一一對應的關系
C.基因通過控制結構蛋白的合成，進而直接控制生物體的性狀
D.基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀
解析：A、生物體的性狀是基因與環境共同作用的結果，A正確；B、基因與性狀之間并不是簡單的一一對應的關系，如有些性狀由多對基因控制，B錯誤；C、基因可通過控制結構蛋白的合成，直接控制生物體的性狀，C正確；D、基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，D正確。故選B。
B
總結歸納
基因控制生物的性狀
中心法則
間接：基因→酶→生物化學反應→性狀
提出者：克里克
直接：基因→蛋白質的結構 →性狀
中心法則及其發展
各種生物的遺傳信息傳遞過程

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