4.2.1基因表达与性状的关系第一课时课件高一下学期生物人教版必修2

第4章

基因的表达

第2节

基因表达与性状的关系

第一课时01引入

同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶表现出了两种不同的形态。

浮在水面上的叶子是宽阔的五边形或者手掌形，而沉在水中的叶子则变成了细细的丝状叶。一样

讨论：1.这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？2.这两种叶形差异，可能由什么因素引起？叶片所处环境因素我们吃的白萝卜其实是萝卜植株变态发育的根，若一直埋在土壤中生长，其通常是白色的，但如果生长过程中一部分暴露在土壤外，那一部分将表现出叶一样的绿色。01引入“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”

为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？基因、蛋白质、性状三者间究竟存在怎样的联系？基因控制蛋白质体现性状蛋白质是生命活动的主要承担者怎样控制？圆粒豌豆皱粒豌豆基因表达产物与性状的关系02为什么圆粒豌豆变成了皱粒豌豆？根本原因是什么？直接原因是什么？根本原因：皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列直接原因：淀粉分支酶（蛋白质）异常导致淀粉含量降低实例1：与圆粒豌豆不同的是，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶出现异常，活性大大降低，进而使细胞内淀粉含量降低。淀粉在细胞中具有保留水分的作用。当豌豆成熟时，淀粉含量高的豌豆能有效地保留水分，十分饱满；淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩。基因表达产物与性状的关系02圆粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶活性正常淀粉合成正常，含量增加淀粉含量高，有效保留水分皱粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因被打乱淀粉分支酶异常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的由于失水而皱缩基因酶代谢过程性状外来DNA插入基因表达产物与性状的关系021.为什么会出现白化症状？根本原因是什么？直接原因是什么？2.用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。实例2：人的白化症状是由编码酪氨酸酶的基因异常而引起的。酪氨酸酶存在于正常人的皮肤、毛发等处，它能将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因异常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，从而表现出白化症状。基因的改变可能会改变生物的性状，导致疾病的产生。基因表达产物与性状的关系02DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因淀粉分支酶不能正常合成蔗糖不能合成为淀粉，淀粉含量降低淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩缺乏黑色素，表现为白化病编码酪氨酸酶的基因异常酪氨酸酶不能合成酪氨酸→黑色素基因酶的合成性状控制调节表现代谢过程×基因表达产物与性状的关系02基因酶代谢过程生物性状控制控制控制基因通过控制____的合成来控制___________，进而控制生物体的性状。结论一：酶代谢过程间接控制基因表达产物与性状的关系02酒精（乙醇）乙醇脱氢酶乙醛乙醛脱氢酶乙酸（醋酸）CO2、H2O等乙醇脱氢酶相关基因乙醛脱氢酶相关基因乙醛有毒，扩张血管基因表达产物与性状的关系02酒精（乙醇）乙醇脱氢酶乙醛乙醛脱氢酶乙酸（醋酸）CO2、H2O等乙醇脱氢酶相关基因乙醛脱氢酶相关基因乙醛增多，乙醛有毒，扩张血管喝酒上脸（脸红）酒精中毒（脸白）酒量好为什么酒量差的人好像训练后好像酒量提高了？酒量差的人肝脏不能有效将酒精分解，长期喝酒训练后，机体会做出调整，让酒精充满整个身体以稀释酒精，达到酒量变大的假象。但长期以往对身体的危害很大！基因表达产物与性状的关系02实例3：囊性纤维化是北美白种人常见的一种遗传病，每1800个人中就有一个患者，每25个人中就有一个致病基因携带者。正常气管囊性纤维化气管气流大小患者支气管中黏液增多，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，常于幼年时死于肺部感染。基因表达产物与性状的关系02实例3：在大约70％的囊性纤维化患者中，编码CFTR蛋白（一种Cl-转运蛋白）的基因缺失了3个碱基，导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，其空间结构发生变化，使CFTR（转运蛋白）转运氯离子的功能出现异常，导致患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，使肺功能严重受损。基因表达产物与性状的关系02编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基编码CFTR蛋白的基因第508位缺少苯丙氨酸CFTR蛋白片段CFTR蛋白结构异常CFTR蛋白功能异常囊性纤维化基因表达产物与性状的关系02CFTR蛋白作用原理分析ATPADP功能正常的CFTR蛋白H2O异常关闭的CFTR蛋白稀薄的黏液氯离子黏稠的分泌物不断积累细胞对氯离子转运异常，细胞积累氯离子，不断吸收周围黏液水分，黏液变得黏稠，堵塞呼吸道，细菌大量繁殖诱发感染。基因表达产物与性状的关系02正常的形成机制编码CFTR蛋白的基因正常CFTR蛋白正常CFTR转运氯离子的功能正常表现正常患者的形成机制编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸CFTR转运氯离子的功能异常黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染基因型蛋白质结构表现型基因表达产物与性状的关系02实例4：镰刀型细胞贫血症是一种遗传病，患者的红细胞不是正常的圆饼状，而是弯曲的镰刀状。科学家经过研究发现，患者的红细胞之所以会发生变化，是因为其内的血红蛋白基因发生突变导致其合成的血红蛋白分子的肽链发生了氨基酸的替换。正常红细胞镰状红细胞基因表达产物与性状的关系02编码血红蛋白的基因中一个碱基变化血红蛋白结构发生变化血红蛋白功能异常红细胞形态呈镰刀状，易破裂，患溶血性贫血血红蛋白基因正常血红蛋白基因异常途径二：基因还能通过控制______________来_____控制生物体的性状蛋白质的结构直接基因蛋白质结构性状表现蛋白质功能基因表达产物与性状的关系02基因蛋白质的结构生物性状控制控制基因还能通过控制______________来_____控制生物体的性状结论二：直接控制蛋白质的结构直接基因表达产物与性状的关系021.间接控制途径

基因通过控制__________来控制___________，进而控制生物体性状酶的合成代谢过程例如：豌豆的圆粒和皱粒、白化病等2.直接控制途径基因还能通过控制_______________来_______控制生物体性状蛋白质的结构直接例如：囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症等基因可通过控制酶合成或蛋白质结构来控制生物体性状，那为什么来自同一个受精卵的细胞发育过程中形态、功能等方面有差异呢？基因的选择性表达与细胞分化03干细胞红细胞神经元脂肪细胞心肌细胞小肠上皮细胞软骨细胞上皮细胞受精卵细胞分裂细胞分化细胞分化的实质：基因的选择性表达需要搜集哪些证据证明细胞分化过程中发生了基因的选择性表达？怎么判断基因不是丢失而是有选择的表达了？怎么判断某基因是否表达？基因的选择性表达与细胞分化03思考•讨论：检测的3种细胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰岛素mRNA输卵管细胞++++-红细胞+++-+-胰岛细胞+++--+1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一种，因此这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同。分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。基因的选择性表达与细胞分化03思考•讨论：检测的3种细胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰岛素mRNA输卵管细胞++++-红细胞+++-+-胰岛细胞+++--+分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。2.3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到了其中一种基因的mRNA证明事实说明了什么？这一事实说明细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。基因的选择性表达与细胞分化03思考•讨论：检测的3种细胞卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因卵清蛋白mRNA珠蛋白mRNA胰岛素mRNA输卵管细胞++++-红细胞+++-+-胰岛细胞+++--+分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这3种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示。3.3种细胞中有表达情况相同的基因吗？虽有一些特定功能的蛋白质，只在特定的细胞中合成，但也有些蛋白质在所有的细胞中都合成，比如ATP合酶基因、细胞呼吸酶基因、核糖体蛋白基因等。基因的选择性表达与细胞分化03奢侈基因只在某些细胞中特异性表达的基因。比如：卵清蛋白基因、胰岛素基因。管家基因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须的。比如：核糖体蛋白基因，ATP合成酶基因。基因的选择性表达与细胞分化03细胞分化的“不变”与“变”不

变