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(共32張PPT)
第三節 遺傳信息控制生物的性狀
第二章 遺傳的分子基礎
第2課時
遺傳信息可以從DNA流向DNA（DNA自我復制），也可以從DNA流向RNA（轉錄），進而流向蛋白質（翻譯）。這可以用1957年克里克提出的中心法則來表示。當時，克里克認為，遺傳信息流從DNA到RNA再到蛋白質是單向的。
課前引入
復制
積極思維
遺傳信息流是單向的嗎？
事實：
1.流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人體后，它們的RNA能夠自我復制并以自身為模板指導蛋白質的合成。
2.勞斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以自身RNA為模板。反向合成一段DNA，再以這段DNA為模板，互補合成病毒RNA。
朊病毒是一類不含核酸而僅由蛋白質構成的具有感染性的因子。朊病毒與正常蛋白質接觸后能改變其折疊狀態，將其變為朊病毒。朊病毒能引起羊瘙癢癥，瘋牛病。
思考：
質疑 怎樣修改克里克提出的中心法則？
中心法則
1957年，克里克率先提出遺傳信息傳遞的一般規律——中心法則。
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
隨著研究的深入，科學家對中心法則做出了補充。
RNA
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
逆轉錄
RNA復制
遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；也可以從DNA流向RNA ，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
逆轉錄
RNA復制
1
2
3
4
5
煙草花葉病毒（TMV）
人免疫缺陷病毒（HIV）
3
1
2
3
RNA病毒
5
4
具備分裂能力的細胞
不能分裂的細胞
造血干細胞：
1
2
3
神經細胞：
2
3
原核細胞
噬菌體
1
2
3
1
2
3
(發生在：_____________)
宿主細胞內
中心法則
生物種類 遺傳信息的傳遞過程
原核生物
真核生物
DNA病毒
RNA復制病毒
逆轉錄病毒
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
翻譯
蛋白質
RNA
RNA復制
復制
轉錄
翻譯
蛋白質
DNA
RNA
逆轉錄
RNA
中心法則
基因、蛋白質、性狀三者間究竟存在怎樣的聯系？
基因
控制
蛋白質
體現
性狀
蛋白質是生命活動的主要承擔者
怎樣控制？
結合教材第64頁,閱讀相關內容,請仔細分析下面的實例，說說基因是如何控制生物性狀的？
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
請閱讀 P64，從基因的角度解釋以下現象：
1.豌豆的花色
2.人的身高
3.囊性纖維病
4.鐮狀細胞貧血
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
實例：白化病
人的白化病
①性狀對比
正常：皮膚顏色正常，毛發為黑色
患病：皮膚、毛發為淡白色
②基因對比：
正常：含有編碼酪氨酸酶的基因
患病：編碼酪氨酸酶的基因異常
白化病患者
正常人
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
正常的形成機制
患者的形成機制
編碼酪氨酸酶的基因正常
酪氨酸酶正常
酶將酪氨酸轉變為黑色素
表現正常
編碼酪氨酸酶的基因被打亂
酪氨酸酶異常，無法正常合成
缺少酶，酪氨酸無法合成黑色素
缺乏黑色素表現白化癥狀
基因
酶
細胞代謝
性狀
實例：白化病
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
實例：豌豆的圓粒與皺粒
①性狀對比（淀粉在細胞中具有保留水分的作用）
圓粒：飽滿，能有效保留水分
皺粒：皺縮，失水
②基因對比：
圓粒：含有編碼淀粉分支酶的基因
皺粒：插入了一段外來DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
______淀粉分支酶
___________________
淀粉含量_____
淀粉________，含量降低
豌豆能有效地保留水分，十分飽滿
___________________
正常的淀粉分支酶基因
被插入的DNA序列打亂的異常淀粉酶基因
正常的
異常的淀粉分支酶
豐富
合成受阻
豌豆由于失水而皺縮
基因
酶
細胞代謝
性狀
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
實例：豌豆的圓粒與皺粒
結論：基因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。
基因間接控制性狀
實例1：豌豆的圓粒和皺粒
實例2：白化病
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
實例三：囊性纖維化
囊性纖維化是北美白種人中一種常見的遺傳病，大約70%的囊性纖維化患者中編碼CFTR轉運蛋白的基因缺失了3個堿基，導致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空間結構發生改變，使CFTR轉運氯離子的功能出現異常，導致患者支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量生長繁殖，最終使肺功能嚴重受損。
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
編碼CFTR蛋白的基因_____________
CFTR蛋白在508位缺少________
CFTR蛋白轉運_______的功能異常
支氣管黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，肺功能嚴重受損
基因
蛋白質結構
性狀表現
CFTR蛋白________發生變化
缺失3個堿基
苯丙氨酸
空間結構
氯離子
實例三：囊性纖維化
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
實例四：鐮狀細胞貧血
編碼血紅蛋白的
基因中一個堿基對變化
血紅蛋白的結構發生變化
紅細胞成鐮刀型
容易破裂，患溶血性貧血
基因
性狀表現
蛋白質結構
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
結論：基因能通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。
直接控制
實例3：囊性纖維病
實例4：鐮刀型細胞貧血癥
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
2.基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。例3囊性纖維病、例4鐮刀型細胞貧血癥
1.基因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。 例1豌豆的圓粒和皺粒 例2白化病
性
狀
控制
控制
酶的合成
細胞代謝
蛋白質結構
間接
直接
基
因
基因與生物性狀的關系
同一生物體中不同類型的細胞，基因都是相同的（都是來自同一個受精卵），而形態結構和功能卻各不相同，這是為什么呢？
細胞分化的本質是基因選擇性表達
分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結果，回答下列問題：
檢測的三種細胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因 卵清蛋白 mRNA 珠蛋白 mRNA 胰島素
mRNA
輸卵管細胞 +++ + - -
紅細胞 +++ - + -
胰島細胞 +++ - - +
(1)這3種細胞中合成的蛋白質種類有什么差別？
細胞中有各自特異性的蛋白質
(2) 3種細胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因，但只檢測到其中一種基因的mRNA，這一事實說明了什么？
細胞中并非所有的基因都表達，不同種類細胞中基因的表達情況有差別。
細胞分化的本質就是基因的選擇性表達
細胞分化的本質是基因選擇性表達
細胞分化的“不變”與“變”
DNA、tRNA、rRNA
①不變
細胞的數目
②變
細胞的形態、結構和功能
mRNA、蛋白質的種類
細胞分化的本質
基因的選擇性表達
基因的選擇性表達與基因表達的調控有關。
特別提醒：基因選擇性表達過程中，遺傳物質沒有發生改變。
細胞分化的本質是基因選擇性表達
細胞分化的標志
(1)分子水平：基因選擇性表達，合成了某種細胞特有的蛋白質，如卵清蛋白、胰島素。
(2)細胞水平：形成不同種類的細胞。
細胞分化的本質是基因選擇性表達
表觀遺傳及其作用機制
表觀遺傳是指生物體基因的堿基序列保持不變，而表型發生可遺傳變化的現象。表觀遺傳在一定的條件下才能遺傳給后代。
自然界中存在一些非常典型的表觀遺傳現象。例如，多年生花卉柳穿魚通常是對稱花型，在自然界中也發現了不對稱花型的柳穿魚。1999年，英國科學家科恩（E.Coen）等人在《自然》上發表文章，揭示了柳穿魚花型改變的分子機制。他們發現，對稱花型的柳穿魚，基因L yc甲基化水平低，基因正常表達；不對稱花型的柳穿魚，基因Lcyc發生了高度甲基化，引起基因表達水平下降，最終導致柳穿魚的花器官由對稱變成了不對稱。他們還證明了這種高度甲基化能通過種子遺傳給后代。
Lcyc基因
植株A
Lcyc基因
表達
Lcyc基因
植株B
Lcyc基因
不表達
柳穿魚性狀改變的原因
甲基化
柳穿魚花形態改變，是因為基因的部分堿基被高度甲基化
表觀遺傳及其作用機制
少部分植株的花與植株B相似
絕大部分植株的花與植株A相似
Lcyc基因
正常
植株A
開花時表達
Lcyc基因
高度甲基化
植株B
開花時不表達
×
（雜交）
F1
（自交）
F2
（與植株A相似）
F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因；
植株A的Lcyc基因能夠表達，表現為顯性；
植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化,基因表達受到抑制，表現為隱性；
甲基化的·Lcyc的基因可遺傳，
并控制生物的性狀
表觀遺傳及其作用機制
。
①基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異就與表觀遺傳有關
不變性
可遺傳
普遍性
表觀遺傳現象普遍存在于生物體的生長、發育和衰老的整個生命活動過程中。
在蜂王和工蜂的腦中具有不同的DNA甲基化特征，而被敲除Dnmt3基因的蜜蜂的腦中，其DNA甲基化特征與那些由蜂王漿誘導的正常蜂王相似。可見，持續取食蜂王漿的營養效應之與DNA甲基化有關。
持續吃蜂王漿
只吃三天蜂王漿
蜂王
工蜂
表觀遺傳及其作用機制
同卵雙胞胎
吸煙會使人的體細胞內的DNA的甲基化水平升高，而戒煙多年后，DNA的甲基化水平會降低。
表觀遺傳及其作用機制
中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
細胞分化的實質是基因的選擇性表達
分化的實質
不同類型細胞中基因表達的分類
表觀遺傳
間接：基因→酶→代謝過程→性狀
直接：基因→蛋白質的結構 →性狀
概念
修飾類型
實例
表觀遺傳的特點
課堂小結
隨堂小測
1、下圖所示的過程，正常情況下在動植物細胞中都不可能發生的是（ ）
A、①② B、③④⑥ C、⑤⑥ D、②④
B
2、甜豌豆的紫花對白花是一對相對性狀，由非同源染色體上的兩個相對基因共同控制，只有當同時存在兩個顯性基因（A和B）時，花中的紫色素才能合成，下列說法正確的是（ ）
A．一種性狀只能由一種基因控制
B．基因在控制生物體的性狀上是互不干擾的
C．每種性狀都是由兩個基因控制的
D．基因之間存在著相互作用
D
隨堂小測
3、許多基因的啟動子內富含CG重復序列，若其中的部分胞嘧啶（C）被甲基化成為5-甲基胞嘧啶，就會抑制基因的轉錄。下列與之相關的敘述中，正確的是（ ）
A. 胞嘧啶甲基化會阻礙RNA聚合酶與啟動子結合
B. 胞嘧啶甲基化導敗表達的蛋白質結構改變
C. 基因的表達水平與基因的甲基化程度無關
D. 在一條單鏈上相鄰的C和G之間通過氫鍵連接
A
隨堂小測
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