人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系教案配套ppt课件

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第2节　基因表达与性状的关系1.间接途径(1)内容:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。(2)实例①皱粒豌豆的形成机制:编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱→淀粉分支酶异常, 活性大大降低→淀粉合成受阻,含量降低→淀粉含量低的豌豆失水皱缩。②人的白化症状的形成机制:编码酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转 变为黑色素→表现出白化症状。
2.直接途径(1)内容:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(2)实例——囊性纤维化的形成机制:编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基对→CFTR蛋白结 构与功能异常→支气管中黏液增多,管腔受阻,细菌在肺部大量生长繁殖,最终使肺功能严重 受损。
1.表达的基因类型(1)管家基因:在所有细胞中都表达的基因,指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必 需的,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。(2)奢侈基因:只在某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、胰岛素基因。2.细胞分化的本质及结果(1)本质:基因的选择性表达。(2)结果:同一个体的不同类型的体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同,从而导致不同类型细 胞具有不同的形态、结构和功能。易错提醒    基因选择性表达过程中,遗传物质没有发生改变。
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)可遗传:基因表达和表型可以遗传给后代。(2)不变性:基因的碱基序列不发生改变。(3)可逆性:DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可发生去甲基化。3.存在时期:普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。4.机制:DNA甲基化;构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。如DNA甲基化通过 影响遗传信息的转录来抑制基因表达。
5.实例(1)柳穿鱼花形的遗传与表观遗传有关。(2)某种小鼠毛色的遗传与表观遗传有关。(3)基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关。(4)一个蜂群中,蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的,它们在形态、结构、生理和行为等方 面的不同与表观遗传有关。归纳总结    (1)表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。(2)表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。
1.在大多数情况下,基因与性状的关系不是简单的一一对应的关系。(1)一个基因控制一个性状。(2)一个基因影响多个性状。(3)多个基因控制一个性状,如人的身高是由多个基因决定的。2.生物体的性状不完全是由基因决定的,环境也会影响生物体性状。如后天的营养和体育锻 炼等对人的身高也有重要作用,水毛茛两种类型叶的形成也与环境因素相关。3.基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间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,精细地调控着生物体的性状。
知识辨析1.着色性干皮症是一种常染色体隐性遗传病,起因于DNA损伤,研究发现患者体内缺乏DNA 修复酶,DNA损伤后不能修复而引起突变,该实例说明基因通过控制蛋白质的结构来控制生 物体的性状,这种说法正确吗?2.ATP合成酶基因属于奢侈基因,在不同细胞中选择性表达,这种说法正确吗?3.研究发现,水稻3号染色体上的Ef-cd基因可将水稻成熟期提早7~20天,该基因兼顾了早熟和 高产两方面的特性。Ef-cd基因的作用体现了一个基因可以影响多个性状,这种说法正确吗?4.研究发现,抑癌基因p15、p16等过度甲基化会导致细胞周期失常并最终引起骨髓增生异常 综合征(MDS)。DNA甲基化需要DNA甲基转移酶的催化,治疗MDS的药物地西他滨能抑制 DNA甲基转移酶活性,则药物地西他滨是通过促进甲基化的DNA发生去甲基化来治疗MDS 的吗?
一语破的1.不正确。该实例体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。2.不正确。ATP合成酶基因属于管家基因,在不同细胞中均表达。3.正确。Ef-cd基因兼顾了早熟和高产两方面的特性,体现了一个基因可以影响多个性状。4.不是。地西他滨通过抑制DNA甲基转移酶活性,进而抑制DNA的甲基化,而不是促进甲基 化的DNA发生去甲基化。
情境探究　　环状RNA是细胞内的一类特殊的非编码的呈封闭环状结构的RNA分子,是RNA领域的 研究热点。环状RNA具有多个micrRNA的结合位点,发挥着像海绵那样吸收micrRNA的作 用,而micrRNA能与mRNA结合从而参与基因表达的调控。
问题1 环状RNA分子含有几个游离的磷酸基团?提示    环状RNA分子不含游离的磷酸基团。问题2 环状RNA分子是基因表达哪个过程的产物?提示    细胞内的RNA是通过转录而来的,故环状RNA分子是基因转录的产物。问题3 micrRNA与mRNA结合遵循碱基互补配对原则,其配对方式是什么样的?提示    A—U、C—G。问题4 环状RNA分子参与的是基因表达哪个水平上的调控?为什么?提示    翻译。环状RNA具有多个micrRNA的结合位点,micrRNA能与mRNA结合从而参与 基因表达的调控,mRNA是翻译的模板,因此环状RNA分子可能参与的是基因表达翻译水平 上的调控。
讲解分析1.真、原核生物基因的结构(1)原核生物的基因结构:结构组成比较简单,包括启动子(是RNA聚合酶识别和结合的位点, 用于驱动基因的转录)、转录区和终止子(用于终止转录),转录区可进一步分为5'-非翻译区(5’-UTR)、编码区和3'-非翻译区(3'-UTR),如图所示。
(2)真核生物的核基因结构　　在真核生物的核基因的序列中,其转录区的编码序列是间断的、不连续的,其中编码氨 基酸的序列叫作外显子,非编码序列叫作内含子。最初转录出来的mRNA(称为前体mRNA) 通过剪切将内含子去除,只留下外显子部分。
注:绿色方框表示外显子,绿色方框之间的白色方框表示内含子
2.基因表达的调控(1)DNA甲基化:在DNA甲基化转移酶的作用下将甲基(—CH3)选择性地添加至DNA上的过 程,在不改变DNA序列的前提下控制基因的表达。在哺乳动物基因组中,DNA甲基化多发生在C—G两个核苷酸的胞嘧啶的第5位碳原子上。某个基因发生足够多的甲基化后,其转录就 会被“关闭”。在一定条件下,甲基化可以被移除,基因的转录就会被“开启”。(2)组蛋白修饰构成染色体的蛋白质分为组蛋白和非组蛋白,其中组蛋白是决定染色体螺旋化程度的重要因 素。组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化等。组蛋白乙酰化一般与基因转录激活有关,而组蛋白 去乙酰化与基因沉默有关。
(3)RNA干扰RNA干扰(RNAi)是指与靶基因序列同源的双链RNA所诱导的一种序列特异性转录后基因沉 默现象。RNAi主要是对mRNA进行干扰,起作用的主要有三类小分子:miRNA(micrRNA,小 RNA)、siRNA(小干扰RNA)、piRNA。这三种RNA主要靠直接结合特异的靶标mRNA,从而 阻止该mRNA进行翻译或者导致靶标mRNA的稳定性下降。(4)操纵子:在原核生物中,大多数基因表达的调控是通过操纵子实现的。乳糖操纵子是存在 于大肠杆菌DNA上调控乳糖相关代谢过程的片段,其包括调节基因、启动子、操纵基因以 及lacZ、lacY、lacA三个结构基因。 
①无乳糖存在时(如图一),调节基因表达的阻遏蛋白与操纵基因结合,阻碍RNA聚合酶与启动 子结合,使得结构基因无法转录。②有乳糖存在时(如图二),乳糖与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白空间结构改变而失去功能,不能 与操纵基因结合,则RNA聚合酶与启动子结合并启动结构基因的表达。
典例呈现例题 蜂群中能持续获得蜂王浆的雌性幼虫会发育成蜂王。蜂王浆中含有丰富的micrRNA, 这些micrRNA被幼虫摄入后与Dnmt3基因的mRNA结合而抑制其表达,从而显著降低幼虫体 内dynactinp62基因的甲基化水平。下列说法错误的是 (　    )A.蜂王浆中的micrRNA可以不经分解而被蜜蜂幼虫吸收B.micrRNA通过干扰Dnmt3基因的翻译来抑制其表达C.Dnmt3基因的表达产物可能是一种DNA甲基转移酶D.抑制幼虫的dynactinp62基因表达可以使其发育成蜂王