基因表达的调控、中心法则、性状的控制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,编码区,非编码区,非编码区,编码区,非编码区,非编码区,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。,与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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？,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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？,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,3）启动子（P）：,有与,RNA聚合酶结合的位点,，可识别转录起始点。,RNA,聚合酶,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？,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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：,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,+,阻抑物,乳糖,RNA,聚合酶,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 原核生物基因表达的调控,当环境中,有乳糖,时：,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,半乳糖苷酶,酶,酶,转录,翻译,+,阻抑物,乳糖,RNA,聚合酶,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。,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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：,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,信使RNA,转录,阻抑物,翻译,知识回顾,当环境中,有乳糖,时,：,P,启动子,结构基因,调节基因,O,lacZ,lacY,lacA,操纵基因,R,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,+,阻抑物,乳糖,RNA,聚合酶,转录翻译,真核细胞基因结构如何？,编码区下游,编码区上游,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。,编码区,非编码区,非编码区,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：,编码区下游,编码区上游,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。,RNA,DNA,蛋白质,转录,翻译,复制,1957年克里克的预测,：,DNA,RNA,蛋白 质,转录,翻译,复制,一、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,DNA,DNA,蛋白质,DNA,RNA,RNA,RNA,RNA,DNA,（复制）,（转录、翻译）,（复制）,（逆转录）,例一：,豌豆的圆粒与皱粒,如何从基因控制性状的角度解释这一对相对性状的形成？,思考,二、基因、蛋白质与性状的关系,编码淀粉分支酶,的基因,指导 合成,DNA,中插入了一段外来DNA序列,蔗糖,合成,淀粉,促使,引起,编码淀粉分支酶,的,基因异常,淀粉分支酶不能正常合成,蔗糖含量高,蔗糖不能合成淀粉,淀粉分支酶,淀粉含量升高,白化病,控制酪氨酸酶的,基因异常,酪氨酸不能正常转化为黑色素,酪氨酸,酶,不能正常合成,缺乏黑色素，表现,白化 病,结论1：,基因,通过控制,的合成来控制,，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要因素。,DNA的分布,主要在染色体上,细胞质内,细胞核遗传,细胞质遗传,生物的遗传,（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,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,