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(共31張PPT)
第4節(jié) 基因通常是有遺傳效應的DNA片段
第3章 基因的本質(zhì)
學習目標
01
02
03
舉例說明基因通常是有遺傳效應的DNA片段
（生命觀念、科學思維）
運用數(shù)學方法說明DNA的多樣性和特異性
（生命觀念、科學探究）
說明基因與DNA的關系
（生命觀念、科學思維）
問題探討
我國科學家將外源生長激素基因?qū)膈庺~的受精卵中，培育出了轉基因鯉魚。與對照組相比，轉基因鯉魚的生長速度加快。據(jù)科學家介紹，外源基因?qū)胧荏w細胞后，必須整合到受體細胞的DNA上才能發(fā)揮作用。
因為外源生長激素基因整合到轉基因鯉魚的DNA中，并發(fā)揮了促進生長激素合成的功能，而生長激素可使鯉魚的生長速率加快。
1.為什么轉基因鯉魚的生長速度更快？
轉基因魚（左）
我國科學家將外源生長激素基因?qū)膈庺~的受精卵中，培育出了轉基因鯉魚。與對照組相比，轉基因鯉魚的生長速度加快。據(jù)科學家介紹，外源基因?qū)胧荏w細胞后，必須整合到受體細胞的DNA上才能發(fā)揮作用。
導入的是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列。
2.導入的外源基因是1個DNA分子，還是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列？
轉基因魚（左）
問題探討
1.大腸桿菌細胞的擬核有1個DNA分子，長度約為4. 7×106個堿基對，在DNA分子上分布著大約4.4×103個基因，每個基因的平均長度約為1×103個堿基對。
一、說明基因與DNA關系的實例
生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)目與基因數(shù)目相同嗎？生物體內(nèi)所有基因的堿基總數(shù)與DNA分子的堿基總數(shù)相同嗎？如果不同，說明了什么？
說明一個DNA分子上含有多個基因
基因的堿基對總數(shù)＜DNA分子的堿基對總數(shù)
生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)＜基因數(shù)目
說明基因是DNA的片段
基因A
基因B
基因C
含有3個基因的DNA片段的模式圖
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
一、說明基因與DNA關系的實例
生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)目與基因數(shù)目相同嗎？生物體內(nèi)所有基因的堿基總數(shù)與DNA分子的堿基總數(shù)相同嗎？如果不同，說明了什么？
基因是DNA的片段，基因不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開的。
說明一個DNA分子上含有多個基因
基因的堿基對總數(shù)＜DNA分子的堿基對總數(shù)
生物體內(nèi)的DNA分子數(shù)＜基因數(shù)目
說明基因是DNA的片段
一、說明基因與DNA關系的實例
2.生長在太平洋西北部的一種水母能發(fā)出綠色熒光，這是因為水母的DNA上有一段長度為5.17×103個堿基對的片段——綠色熒光蛋白基因。轉基因?qū)嶒灡砻鳎D入了水母綠色熒光蛋白基因的轉基因鼠，在紫外線的照射下，也能像水母一樣發(fā)光。
一、說明基因與DNA關系的實例
1
你如何理解基因具有遺傳效應？
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，從而獲得某種性狀的表達，所以基因是遺傳物質(zhì)的結構單位。如能夠指導相應蛋白質(zhì)的合成、控制生物體的性狀等。
本節(jié)“問題探討”中提到的生長素基因的遺傳效應是什么？
生長素基因的遺傳效應是使鯉魚的生長速率加快。
一、說明基因與DNA關系的實例
3.人類基因組計劃測定的是24條染色體（22條染色體+X+Y）上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個DNA分子。這24個DNA分子大約有31.6億個堿基對，其中，構成基因的堿基數(shù)占堿基總數(shù)的比例不超過2%。
結論：構成基因的堿基數(shù) < 堿基總數(shù)
這說明并不是隨便一段DNA就稱為基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
一、說明基因與DNA關系的實例
請從DNA水平上給基因下一個定義，要求既能反映基因與DNA的關系， 又能體現(xiàn)基因的作用。
即基因通常是有遺傳效應的DNA片段。
--ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG---
--TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC---
基因1
基因2
非基因片段
一個DNA分子上有許多個基因，每一個基因都是特定的DNA片段，有著特定的遺傳效應。
遺傳效應
指具有復制、轉錄、翻譯、重組突變及調(diào)控等功能。
一、說明基因與DNA關系的實例
有些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，
如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。
對這類病毒而言，基因就是有遺傳效應的RNA片段。
基因通常是有遺傳效應的DNA片段，是生物體遺傳的功能單位和結構單位
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
外側：基本骨架，由脫氧核糖和磷酸交替連接（固定不變）
內(nèi)側：4種堿基對的排列（可變）
回憶DNA分子結構
哪部分可以代表遺傳信息？
遺傳信息就蘊藏在4種堿基的排列順序之中。
遺傳信息：DNA分子中堿基（或堿基對、脫氧核苷酸）的排列順序。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
資料1：如果1個堿基對組成1個基因，4種堿基對的排列可能形成4種基因（這僅僅是假設）；如果2個堿基對組成1個基因，則可能形成16（即4×4）種基因；如果3個堿基對組成1個基因，則可能形成64（即4×4×4）種基因。
計算公式：可能組合的基因種類=4n（n為堿基對數(shù)）
基 因
1個堿基對
2個堿基對
4×4（42）
3個堿基對
4×4×4（43）
100個堿基對
4100
……
n個堿基對
4n
排列種數(shù)
41
……
堿基排列順序的千變?nèi)f化，構成了DNA的多樣性。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
資料2： 前面數(shù)學模型模擬探究是建立在所有堿基對的隨機排列都能構成基因這一假設下的。事實上，大部分隨機排列的堿基序列從來不曾出現(xiàn)在生物體內(nèi)，而有些序列卻會在生物體內(nèi)重復數(shù)千甚至數(shù)百萬次。
在生物體內(nèi)，基因中的堿基并不是隨機排列的。
具有特定的遺傳效應
你認為基因是堿基對隨機排列成的DNA片段嗎？
每個基因都是特定的DNA片段
具有特定的堿基排列順序
堿基特定的排列順序，構成了DNA的特異性。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
怎樣理解DNA的多樣性和特異性？你能從DNA的結構特點分析生物體 具有多樣性和特異性的原因嗎？
堿基排列順序的千變?nèi)f化
DNA分子的多樣性
堿基特定的排列順序
每個DNA分子的特異性
生物體的多樣性
生物體的特異性
DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
在刑偵領域，DNA能像指紋一樣用來鑒定個人身份。結合脫氧核苷酸序列的多樣性和特異性，你能分析這一方法的科學依據(jù)嗎？
在人類的DNA中，核苷酸序列多樣性表現(xiàn)為每個人的DNA幾乎不可能完全相同，因此DNA可以像指紋一樣用來鑒別身份。
每個DNA有自己特定的堿基排列順序
DNA分子的特異性
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
DNA指紋技術
1.高度的特異性；
2.體細胞穩(wěn)定性：
即同一個人的不同組織如血液、肌肉、毛發(fā)、精液等產(chǎn)生的DNA指紋圖形完全一致。
染色體
DNA是主要的 。
蛋白質(zhì)
DNA
基因
脫氧核苷酸
每個DNA分子含有 個基因
基因是有 的DNA片段（本質(zhì)）
基因在染色體上呈 。
基因是 的基本單位
染色體是DNA的 。
（DNA的載體還有 和 等）
每條染色體含有 個DNA分子
每個基因含有 個脫氧核苷酸
脫氧核苷酸（堿基）的 代表遺傳信息。
主要載體
線粒體
葉綠體
1個或2
遺傳物質(zhì)
多
遺傳效應
線性排列
決定生物性狀
成千上萬
排列順序
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
DNA片段
基因1 基因2 基因3
放大
非編碼區(qū)
非編碼區(qū)
編碼區(qū)
編碼區(qū)上游
編碼區(qū)下游
編碼區(qū)：能轉錄相應的mRNA，進一步編碼（翻譯）出蛋白質(zhì)的DNA區(qū)段。
非編碼區(qū)：不能轉錄為相應的mRNA，不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段。
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
1.原核生物的基因結構
啟動子
終止子
編碼區(qū)
非編碼區(qū)
非編碼區(qū)
編碼區(qū)上游
編碼區(qū)下游
連續(xù)的、不間隔的
RNA聚合酶識別并結合的位點，驅(qū)動基因轉錄出mRNA。
啟動子
本質(zhì)：
位置：
作用：
是一段有特殊序列結構的DNA片段
位于基因上游
二、基因通常是有遺傳效應的DNA片段
非編碼區(qū)
非編碼區(qū)
編碼區(qū)
編碼區(qū)上游
編碼區(qū)下游
啟動子
終止子
連續(xù)的、不間隔的
終止轉錄。
終止子
本質(zhì)：
位置：
作用：
也是一段有特殊序列結構的DNA片段
位于基因下游
1.原核生物的基因結構
2.真核生物的基因結構
啟動子
終止子
非編碼區(qū)
非編碼區(qū)
編碼區(qū)
編碼區(qū)上游
編碼區(qū)下游
間隔的、不連續(xù)的
內(nèi)含子
外顯子
外顯子
內(nèi)含子
能轉錄相應的mRNA，進一步能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列。
能轉錄相應的mRNA，但卻不能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列。
基因通常是有遺傳效應的DNA片段
2
非編碼區(qū)
非編碼區(qū)
編碼區(qū)
編碼區(qū)上游
編碼區(qū)下游
啟動子
終止子
轉錄
初級RNA
成熟mRNA
剪切、拼接
2.真核生物的基因結構
原核生物 真核生物
不同點 編碼區(qū)是 的 編碼區(qū)是間隔的、 的
相同點 都有能夠編碼蛋白質(zhì)的 和 具有調(diào)控作用的 區(qū)組成的
連續(xù)
不連續(xù)
編碼區(qū)
非編碼
非編碼序列
=非編碼區(qū)
原核基因
非編碼序列
真核基因
=非編碼區(qū)+內(nèi)含子
1.下列有關基因、DNA、染色體的說法，
錯誤的是( 　 )
A.堿基特定的排列順序構成了每一個DNA分子的特異性
B.隨著細胞質(zhì)基因的發(fā)現(xiàn)，
基因與染色體的關系可概括為染色體是基因的主要載體
C.分子大小相同、堿基含量相同的基因所攜帶的遺傳信息一定相同
D.一條染色體上含有1個或2個DNA分子
C
習題鞏固
2.本章介紹的艾弗里的實驗、赫爾希和蔡斯的實驗都證明DNA是遺傳物質(zhì)，這兩個實驗在設計思路上的共同點是 ( )
A.重組DNA片段，研究其表型效應
B.去掉DNA片段，研究其表型效應
C.設法分別研究DNA和蛋白質(zhì)各自的效應
D.應用同位素標記技術，研究DNA在親代與子代之間的傳遞
C
習題鞏固
3.在噬菌體侵染細菌的實驗中，下列對噬菌體外殼蛋白質(zhì)合成的描述，正確的是 ( )
A.氨基酸原料和酶來自細菌
B.氨基酸原料和酶來自噬菌體
C.氨基酸原料來自細菌，酶來自噬菌體
D.氨基酸原料來自噬菌體，酶來自細菌
A
習題鞏固
4.煙草花葉病毒(TMV)和車前草病毒(HRV)同屬于RNA病毒，都可以使煙草患病。將TMV的RNA和HRV的蛋白質(zhì)外殼混合后感染煙草葉片，使煙草患病，可能觀察到的現(xiàn)象是 ( )
A.能檢測到TMV的RNA和蛋白質(zhì)
B.能檢測到HRV的RNA和蛋白質(zhì)
C.能檢測倒TMV的RNA和HRV的蛋白質(zhì)
D.能檢測到HRV的RNA和TMV的蛋白質(zhì)
A
習題鞏固
5.研究人員對數(shù)千種生物的DNA堿基序列進行測定發(fā)現(xiàn)，沒有任何兩個物種的DNA序列是 一樣的。DNA具有多樣性的主要原因是 ( )
A.DNA由4種堿基組成
B.DNA具有規(guī)則的雙螺旋結構
C.DNA具有堿基互補配對的特點
D.DNA的堿基對有很多種不同的排列順序
D
習題鞏固

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