基因表达的调控、中心法则、性状的控制全解课件.ppt

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1、时间,场所,模板,原料,条件,产物,模板去向,特点,碱基配对,遗传信息传递,意义,复制,转录,翻译,个体生长发育的整个过程,细胞质的核糖体,DNA的一条链,mRNA,4种脱氧核苷酸,20种氨基酸,多肽链,细胞分裂（有丝分裂和减数第一次分裂）的间期,主要在细胞核,主要在细胞核,DNA的两条链,4种核糖核苷酸,酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶等）、ATP,酶（RNA聚合酶等）、ATP,酶、ATP、tRNA,2 个双链DNA,一个单链RNA（3种）,分别进入2个子代DNA分子,恢复原样，与非模板链重新绕成双螺旋结构,分解成单个核苷酸,半保留，边解旋边复制、双方向、多起点,边解旋边转录、多起点,一个 m

2、RNA 上结合多个核糖体，顺次合成 多条肽链,A-T、T-A、C-G、G-C,A-U、U-A、C-G、G-C,A-U、T-A、C-G、G-C,使遗传信息从亲代传给子代,表达遗传信息，使生物表现出各种性状,DNA分子的复制、转录、翻译的比较,预习提问,真核细胞基因结构和原核细胞的有何不同？,原核细胞基因的编码区是连续的，真核细胞基因的编码区是间隔的，不连续的。,二 基因表达的调控,原核细胞基因结构,真核细胞基因结构,20世纪60年代，法国分子生物家雅各布和莫诺通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，首先弄清了原核生物基因表达调控的机制。这一机制的发现是生物学领域中的一个划时代突破。为此，他们在1965年获

3、得了诺贝尔生理学或医学奖。,小资料,一 原核生物基因表达的调控,大肠杆菌一般是将葡萄糖作为碳源，当其生活的环境中有乳糖而没有葡萄糖时，大肠杆菌产生的适应性变化是什么？,大肠杆菌会迅速合成大量的分解乳糖的酶半乳糖苷酶，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。,当大肠杆菌生活的环境中没有乳糖后，又会怎样？这说明什么？,没有乳糖，半乳糖苷酶的合成就停止。说明半乳糖苷酶的合成与周围环境中有无乳糖有密切关系。,半乳糖苷酶的合成受什么控制？,受半乳糖苷酶基因控制。,乳糖存在与否，关系到半乳糖苷酶是否合成，可见，乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起到诱导作用。,一 原核生物基因表达的调控,与乳糖代谢有关的核苷酸序列

4、：,1）结构基因（3个）2）操纵基因3）启动子4）调节基因,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,一 原核生物基因表达的调控,与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？,1）结构基因：直接编码乳糖分解代谢所需酶类的基因。lacZ：编码半乳糖苷酶。lacY、lacA：分别编码另外两种与乳糖分解代谢有关的酶。,一 原核生物基因表达的调控,与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？,2）操纵基因（O）：对结构基因起着“开关”的作用，可直接控制结构基因的转录。,一 原核生物基因表达的调控,与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？,3）启动子（P）：有与RNA聚合酶结合

5、的位点，可识别转录起始点。,一 原核生物基因表达的调控,与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？,4）调节基因（R）：能产生阻抑物，通过阻抑物与操纵基因的结合与否来控制操纵基因的关闭和开启。,一 原核生物基因表达的调控,当环境中没有乳糖时：,信使RNA,转录,阻抑物,翻译,阻抑物与操纵基因结合，同时阻挡了RNA聚合酶与启动子的结合，从而使结构基因转录和翻译受阻，不能合成有关的酶。,一 原核生物基因表达的调控,当环境中有乳糖时：,+,阻抑物,乳糖,转录翻译,乳糖与阻抑物结合，引起其构象变化，使阻抑物失去与操纵基因结合的能力，RNA聚合酶便可与启动子结合，从而使结构基因转录和翻译正常进行。,一 原

6、核生物基因表达的调控,当环境中有乳糖时：,半乳糖苷酶,酶,酶,转录,翻译,分解乳糖,一 原核生物基因表达的调控,一个操纵基因控制下的一组相邻的结构基因以及启动子和调节基因，统称为操纵子。,操纵子,操纵子是原核生物的基因在转录水平上进行调控的一个功能单位。,一 原核生物基因表达的调控,从大肠杆菌乳糖调控过程可以看出什么？,大肠杆菌细胞只有在环境中有乳糖存在时，才能产生相关的酶。所以，其乳糖代谢调控过程是一个自我调控过程。在这一过程的作用下，生物体才不会浪费细胞中的物质和能量，并能不断适应变化的外界环境。,一 原核生物基因表达的调控,当环境中没有乳糖时：,知识回顾,当环境中有乳糖时：,一 原核生物

7、基因表达的调控,真核细胞基因结构如何？,编码区,外显子,内含子,真核细胞基因的编码区是间隔的，不连续的。外显子能编码蛋白质，内含子不能编码蛋白质。,二 真核生物基因表达的调控,二 真核生物基因表达的调控,真核生物基因表达调控过程与原核生物有何共同之处？,在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在许多不同的调控序列，并能通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，来调控基因的转录。,什么叫侧翼序列？,每个基因在第一个和最后一个外显子的外侧各有一段非编码区，称为侧翼序列。侧翼序列上有一系列的调控序列。,侧翼序列,二 真核生物基因表达的调控,真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？,不同：真核生物

8、中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的RNA。,二 真核生物基因表达的调控,信使RNA的加工：,成熟的信使RNA,转录,加工,初级转录物,剪切内含子转录部分拼接外显子转录部分,二 真核生物基因表达的调控,真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控，这是真核生物所特有的。,真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？,不同：真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和

9、翻译具有时间和空间上的分隔。,二 真核生物基因表达的调控,真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？,不同：真核生物大多是多细胞生物，个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。,二 真核生物基因表达的调控,基因指导_的合成,基因控制生物体的_,蛋白质,性状,蛋白质是生物性状的体现者，生命活动的主要_,承担者,基因控制生物体的性状通过控制蛋白质的合成来实现,三 中心法则,请据图画出一张流程图，简要的表示出其中遗传信息的流动方向。,复制,1957年克里克的预测：,一

10、、中心法则的提出及其发展,概括了生物遗传信息的主要传递方向。,资料分析：并写出遗传信息的传递方向,1、1965年，科学家在RNA肿瘤病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。,RNA RNA,RNA复制酶,2、1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。,RNA DNA,逆转录酶,3、1982年，科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质在脑细胞内大量增值引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，可能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误，从而导致大量结构异常的蛋白质的形成。,蛋白

11、质 蛋白质,1、你认为上述实验证据是否推翻了传统的中心法则，为什么？2、根据上述资料，你认为传统的中心法则是否需要修改，如果需要，应如何修改？,思考讨论,中心法则及其发展,RNA,DNA,蛋白质,转录,翻译,复制,逆转录,复制,中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。根据上述图，你能找出遗传信息传递的几条途径？,RNA,DNA,蛋白质,转录,翻译,复制,逆转录,复制,（复制）,（转录、翻译）,（复制）,（逆转录）,例一：豌豆的圆粒与皱粒,二、基因、蛋白质与性状的关系,DNA中插入了一段外来DNA序列,促使,淀粉分支酶,淀粉含量升高,白化病,缺乏黑色素，表现白化 病,结论1：,基因通过控制 的合成

12、来控制，进而控制生物体的性状。,酶,代谢过程,CFTR基因缺失3个碱基,CFTR蛋白结构异常，导致功能异常,患者支气管内黏液增多,黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染,例二：囊性纤维病,镰刀型细胞贫血症,基因通过控制 直接控制生物体的性状,结论2：,蛋白质的结构,控制酶的合成来控制代谢 生物性状基因 控制蛋白质结构直接控制 生物性状,基因、蛋白质与性状的关系,上述涉及的性状都是由单个基因控制的，生物体的很多性状都是由多个基因共同决定的，如人的身高等。,总结,性状只是由基因决定的吗？还与其他因素有关系吗？,基因对性状的控制受环境因素的影响。,基因型（内因）,环 境（外因）,表现型,基因是决定性状的主

13、要因素。,DNA的分布,（所以说，染色体是DNA的主要载体）,例：紫茉莉叶色的遗传,由于受精过程中，受精卵的细胞质主要是接受自母亲的卵细胞，所以细胞质遗传不符合孟德尔的遗传规律，后代只表现出母本的性状,线粒体DNA的缺陷与数十种人类的遗传病有关，这些疾病多与脑部和肌肉有关，如：线粒体脑肌病、线粒体肌病、肥厚性心肌病,1、甜豌豆的紫花对白花是一对相对性状，由非同源染色体上的两个相对基因共同控制，只有当同时存在两个显性基因（A和B）时，花中的紫色素才能合成，下列说法正确的是（）A一种性状只能由一种基因控制B基因在控制生物体的性状上是互不干扰的C每种性状都是由两个基因控制的D基因之间存在着相互作用,

14、D,2、DNA的主要功能是遗传信息的（）A、储存与分配 B、转录与翻译 C、储存与释放 D、传递与表达3、基因控制性状表现的主要途径是（）A、RNA 蛋白质（性状）B、DNA 蛋白质（性状）C、RNA DNA 蛋白质（性状）D、DNA RNA 蛋白质（性状）,D,D,4、在A、B、C、D四支试管内都加入一定量的水和ATP，都加入若干种酶，另外：A加入DNA、脱氧核苷酸 B加入RNA、脱氧核苷酸 C加入DNA、核糖核苷酸 D加入RNA、核糖核苷酸 请根据实验结果回答下列问题：(1)据分析，A、B管内产物相同，但A管内是 过程；B管内是 过程。(2)据分析，C、D管内产物相同，但C管内是 过程；D

15、管内是 过程。(3)加入C管内DNA有60对碱基，那么，C管内产物中最多含有 个碱基，有密码子 个。(4)B与A相比，必须有 酶。,DNA复制,逆转录,转录,RNA复制,60,20,逆转录,5、下图示“中心法则”，请根据图回答：,复制,转录,逆转录,翻译,RNA复制,遗传信息的传递方向,细胞核,细胞核,核糖体,1,2,3,4,5,1 2 3 4 5,AT、CG、AU,（1）指出图中数码表示的过程名称：1、_ 2、_ 3、_ 4、_ 5、_（2）图中箭头表示_（3）指出下列过程进行的场所：1、_ 2、_ 5、_（4）图示过程中，能体现碱基互补配对原则的数码是_，配对的规律是 _,6、下图表示DNA(基因)控制蛋白质合成的过程。请分析回答：(1)图中标出的碱基符号，包括了_种核苷酸。(2)DNA双链中，_链为转录链，遗传信息存在于_链上，密码子存在于_链上。(3)如合成一种胰岛素，共含有49个氨基酸，则控制合成的基因上，至少含有_个脱氧核苷酸。,DNA片段,。-T-A-C-。-A-T-G-。,信使RNA,。-U-A-C-。,。-A-U-G-。,转运RNA,氨基酸,。-。,酪氨酸,8,294,