第四章第二节 基因对性状的控制

第四章第二节第四章第二节 基因对性基因对性状的控制状的控制 同一株水毛茛裸露在空气中的叶和浸泡在水中的叶表现同一株水毛茛裸露在空气中的叶和浸泡在水中的叶表现出两种不同的形态。出两种不同的形态。2、这两种形态的叶，其细胞的基因、这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？组成一样吗？3、你还能提出什么问题？、你还能提出什么问题？水中的叶比空气中的叶要狭小一些。水中的叶比空气中的叶要狭小一些。基因组成应该一样，由一个受精基因组成应该一样，由一个受精卵发育而来。卵发育而来。为什么叶片细胞的基因组成相同，为什么叶片细胞的基因组成相同，而叶片却表现出明显的不同？而叶片却表现出明显的不同？1、这两种叶形有什么不同？、这两种叶形有什么不同？问题探讨问题探讨19571957年克里克的预测年克里克的预测：一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展中心法则中心法则概括了生概括了生物遗传信息的主要物遗传信息的主要传递方向。传递方向。人和动植物及绝大多人和动植物及绝大多数微生物的遗传信息数微生物的遗传信息传递都遵循这一法则。传递都遵循这一法则。1 1、19651965年，科学家在年，科学家在RNARNA肿瘤病毒肿瘤病毒里发里发现了一种现了一种RNARNA复制酶复制酶，像，像DNADNA复制酶能对复制酶能对DNADNA进进行复制一样，行复制一样，RNARNA复制酶能对复制酶能对RNARNA进行复制进行复制。RNARNARNA复制酶复制酶RNARNA一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展RNA复制复制RNA复制复制通过通过RNARNA复制，繁殖出大量的复制，繁殖出大量的RNARNA型病毒！型病毒！2 2、19701970年，科学家在致癌的年，科学家在致癌的RNARNA病毒病毒中发中发现现逆转录酶逆转录酶，它能以，它能以RNARNA为模板为模板合成合成DNADNA。RNARNA逆转录酶逆转录酶DNADNA一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展逆转录逆转录科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的的烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又具有具有DNA了。显然，这些了。显然，这些DNA是以是以RNA为模板合为模板合成的。成的。以以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程叫的过程叫“逆转录逆转录”，这，需，这，需要逆转录酶来催化它。要逆转录酶来催化它。以以RNARNA为模板合成的为模板合成的DNADNA单链单链逆转录逆转录科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的的烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又有有DNA了。显然，这些了。显然，这些DNA是以是以RNA为模板合成的为模板合成的以以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程叫的过程叫“逆转录逆转录”，这，需，这，需要逆转录酶来催化它。要逆转录酶来催化它。逆转录逆转录科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的的烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又有有DNA了。显然，这些了。显然，这些DNA是以是以RNA为模板合成的为模板合成的以以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程叫的过程叫“逆转录逆转录”，这，需，这，需要逆转录酶来催化它。要逆转录酶来催化它。DNADNA双螺旋双螺旋逆转录逆转录通过通过DNADNA复制，繁殖出大量复制，繁殖出大量DNADNA型病毒。型病毒。3 3、19821982年，科学家发现年，科学家发现疯牛病疯牛病是由一种是由一种结构异常的结构异常的蛋白质蛋白质在脑细胞内大量在脑细胞内大量“增殖增殖”引引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，白质，可能可能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋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。异常的蛋白质的形成。蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展1 1、你认为上述实验证据是否推翻了传统的中心、你认为上述实验证据是否推翻了传统的中心法则，为什么？法则，为什么？2 2、根据上述资料，你认为传统的中心法则是否、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？需要修改，如果需要，应如何修改？（建议用实线表示确信无疑的结论，用虚线表示可能正确的结论。）一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展DNADNA转录转录复复制制逆转录逆转录蛋白质蛋白质翻译翻译RNARNA复制复制RNARNA一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展特别提醒：特别提醒：并非所有的生物均能发生中心法则的五大并非所有的生物均能发生中心法则的五大 生理过程。生理过程。DNADNA转录转录复复制制蛋白质蛋白质翻译翻译RNARNA细胞生物：真核生物、原核生物细胞生物：真核生物、原核生物DNADNA转录转录复复制制蛋白质蛋白质翻译翻译RNARNA病毒：病毒：（1）DNA病毒病毒（2）RNA病毒病毒蛋白质蛋白质翻译翻译复复制制RNARNADNADNA转录转录复复制制逆转录逆转录蛋白质蛋白质翻译翻译RNARNARNARNA 中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。根据中心法则及其补充，你能找出遗传信息传递的几根据中心法则及其补充，你能找出遗传信息传递的几条途径？条途径？转录转录翻译翻译逆转录逆转录（DNADNA自我复制）自我复制）（RNARNA自我复制）自我复制）一、中心法则的提出及其发展一、中心法则的提出及其发展3、RNARNA1、DNADNA2 DNARNA蛋白质蛋白质4、RNADNAl例例1.中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请回答下列问题。l（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是 、和 。l（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是l （用图中的字母回答）。l（3）a过程发生在真核细胞分裂的 期。DNA复制复制转录转录翻译翻译逆转录逆转录c间（间（S）l（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是 。l（5）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是 ，后者所携带的分子是 。l（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表述）：；。细胞核细胞核tRNA氨基酸氨基酸二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系（一）基因通过控制（一）基因通过控制酶的合成酶的合成来控制来控制代谢代谢过程，过程，进而进而（间接）（间接）控制生物体的性状控制生物体的性状。实例实例1 1、豌豆的圆粒与皱粒、豌豆的圆粒与皱粒皱粒豌豆皱粒豌豆单个基因控制的性状，显性为圆粒，隐性为皱粒。单个基因控制的性状，显性为圆粒，隐性为皱粒。豌豆的圆粒与皱粒相对形状形成的原因豌豆的圆粒与皱粒相对形状形成的原因编码淀粉分支酶的基因正常编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶淀粉分支酶正常合成正常合成淀粉含量高有效保水而圆鼓淀粉含量高有效保水而圆鼓淀粉淀粉含量升高含量升高DNADNA中插入一段外来中插入一段外来DNADNA序列序列打乱了编码淀粉分支酶的基因打乱了编码淀粉分支酶的基因淀粉分支酶淀粉分支酶不能正常合成不能正常合成淀粉淀粉含量降低含量降低,蔗糖蔗糖含量升高含量升高淀粉含量低淀粉含量低,失水而皱缩失水而皱缩二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系形成圆粒豌豆形成圆粒豌豆形成皱粒豌豆形成皱粒豌豆实例实例2 2、人的白化病、人的白化病二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系 单个基因控制的常染单个基因控制的常染色体隐性遗传病。色体隐性遗传病。显性为显性为正常，隐性为白化症状。正常，隐性为白化症状。主要症状为全身皮肤主要症状为全身皮肤呈白色或粉红色，毛发为呈白色或粉红色，毛发为白色或淡黄色，畏光，皮白色或淡黄色，畏光，皮肤对光高度敏感，晒后易肤对光高度敏感，晒后易发生皮炎。发生皮炎。人的白化病的病因人的白化病的病因酪氨酸酶酪氨酸酶不能正常合成不能正常合成酪氨酸酪氨酸不能正常不能正常转化为黑色素转化为黑色素控制酶形成的控制酶形成的基因异常基因异常缺乏黑色素而表现为缺乏黑色素而表现为白化病白化病二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系控制酶形成的控制酶形成的基因正常基因正常酪氨酸酶酪氨酸酶正常合成正常合成酪氨酸酪氨酸能正常能正常转化为黑色素转化为黑色素表现正常表现正常思维激活思维激活 白化病与老人头发变白的原因相同吗？白化病与老人头发变白的原因相同吗？不相同。白化病是由于控制酪氨酸酶的不相同。白化病是由于控制酪氨酸酶的基因异常导致细胞不能合成酪氨酸酶而缺基因异常导致细胞不能合成酪氨酸酶而缺乏黑色素；而老年人头发变白是由于细胞乏黑色素；而老年人头发变白是由于细胞衰老时酪氨酸酶活性下降而缺乏黑色素。衰老时酪氨酸酶活性下降而缺乏黑色素。二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系实例实例1 1、囊性纤维病、囊性纤维病 一种常染色体隐一种常染色体隐性遗传病，多见于北性遗传病，多见于北美白种人，主要症状美白种人，主要症状表现为反复咳嗽，长表现为反复咳嗽，长期腹泻。常于幼年时期腹泻。常于幼年时死于肺部感染。死于肺部感染。（二）基因通过控制（二）基因通过控制蛋白质的结构蛋白质的结构直接控制直接控制 生物体的生物体的性状性状。囊性纤维病的病因囊性纤维病的病因编码跨膜蛋白（编码跨膜蛋白（CFTRCFTR）的基因）的基因缺失缺失了了3 3个碱基对个碱基对导致导致CFTRCFTR蛋白蛋白缺少缺少1 1个苯丙氨酸个苯丙氨酸，影响了影响了CFTR蛋白结构蛋白结构使使CFTR转运氯离子的功能异常，患者支气管内黏液增多转运氯离子的功能异常，患者支气管内黏液增多支气管管腔受阻，细菌大量繁殖，肺部功能严重受损支气管管腔受阻，细菌大量繁殖，肺部功能严重受损二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系实例实例2 2、镰刀型细胞贫血症、镰刀型细胞贫血症二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系 一种常染色体隐性遗传一种常染色体隐性遗传病，主要症状是贫血。病人病，主要症状是贫血。病人衰弱、头晕、气短、心脏有衰弱、头晕、气短、心脏有杂音和脉搏增高；血液血红杂音和脉搏增高；血液血红蛋白含量仅及正常人的一半；蛋白含量仅及正常人的一半；红细胞数量少而且异常；出红细胞数量少而且异常；出现许多长而薄，看起来像镰现许多长而薄，看起来像镰刀的新月形红细胞。刀的新月形红细胞。正常红细胞正常红细胞镰刀形红细胞镰刀形红细胞镰刀型细胞贫血症镰刀型细胞贫血症的形成原因的形成原因的形成原因的形成原因控制血红蛋白形成的基因中控制血红蛋白形成的基因中一对碱基变化一对碱基变化血红蛋白的血红蛋白的结构发生变化结构发生变化红细胞呈镰刀状红细胞呈镰刀状容易破裂，患溶血性贫血容易破裂，患溶血性贫血容易破裂，患溶血性贫血容易破裂，患溶血性贫血二、基因、蛋白质与性状的关系二、基因、蛋白质与性状的关系正常基因正常基因基因突变基因突变异常基因异常基因谷氨酸谷氨酸红细胞呈圆饼状红细胞呈圆饼状缬氨酸缬氨酸红细胞呈镰刀状红细胞呈镰刀状 基因与性状的关系基因与性状的关系并不都是并不都是简单的简单的线性线性关系，关系，有有些性状是由多个基因决定的，有的基因可决定或影响些性状是由多个基因决定的，有的基因可决定或影响多个性状。多个性状。基因与基因基因与基因、基因与基因产物基因与基因产物、基因与环境基因与环境之间之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个复存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个复杂的网络，精细地调控着生物性状。杂的网络，精细地调控着生物性状。三、基因型和表现型的关系三、基因型和表现型的关系 遗传学家曾经做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正遗传学家曾经做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养环境温度为常的培养环境温度为2525，将孵化后，将孵化后4 47d7d的长翅果的长翅果蝇幼虫放在蝇幼虫放在35353737的环境中处理的环境中处理6 624h后，得到后，得到了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常温度下繁殖了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常温度下繁殖的后代仍然是长翅果蝇。的后代仍然是长翅果蝇。问：请针对出现残翅果问：请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进蝇的原因提出假说，进行解释。（环境如何影行解释。（环境如何影响基因的对性状的控制响基因的对性状的控制的）的）环境环境(如温度和如温度和pHpH值值)通过通过影响酶的活性影响酶的活性，来影响，来影响基因对性状的控制。基因对性状的控制。三、基因型和性状的关系三、基因型和性状的关系1、生物的绝大多数性状受、生物的绝大多数性状受单个基因单个基因控制。控制。2、生物的有些性状是由、生物的有些性状是由多个基因多个基因决定的。决定的。3、有些基因会影响到、有些基因会影响到多种性状多种性状。4、环境因素会影响生物性状，、环境因素会影响生物性状，即即表现型表现型=基因型基因型+环境条件环境条件细胞质基因细胞质基因细胞质基因细胞质基因 ：细胞质中的细胞质中的叶绿体、线粒体叶绿体、线粒体内含有少量的内含有少量的DNADNA，这些这些DNADNA都能够进行半自主自我复制，并通过转录和都能够进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。为了与细胞核的基因翻译控制某些蛋白质的合成。为了与细胞核的基因相区别，将相区别，将线粒体和叶绿体中的基因线粒体和叶绿体中的基因称为称为细胞质基细胞质基因因。四、细胞质遗传四、细胞质遗传 细胞质遗传细胞质遗传不符合不符合孟德尔遗传定律，细胞质基孟德尔遗传定律，细胞质基因只能通过因只能通过母亲母亲遗传给后代的。遗传给后代的。四、细胞质基因（细胞质遗传）四、细胞质基因（细胞质遗传）1 1、细胞质基因：、细胞质基因：指存在于细胞质结构中的遗传物质。指存在于细胞质结构中的遗传物质。与核基因一样具有稳定性、连续性和变异性。与核基因一样具有稳定性、连续性和变异性。2 2、功能：、功能：控制一些蛋白质的合成，线粒体控制一些蛋白质的合成，线粒体DNA缺陷会引缺陷会引起遗传病。起遗传病。3 3、特点：、特点：1、细胞质遗传不符合孟德尔遗传规律、细胞质遗传不符合孟德尔遗传规律 2、DNA分子半自主性复制；分子半自主性复制；3、母系遗传：只能通过母亲遗传给后代。、母系遗传：只能通过母亲遗传给后代。1011DNADNA的分布的分布主要在染色体上主要在染色体上细胞质内细胞质内细胞核遗传细胞核遗传细胞质遗传细胞质遗传生物的遗传生物的遗传（所以说，染（所以说，染色体是色体是DNADNA的主的主要载体）要载体）例例2、下列关于细胞质基因的说法，不正确的下列关于细胞质基因的说法，不正确的是（是（）A.A.细胞质基因存在于所有的细胞器中细胞质基因存在于所有的细胞器中 B B细胞质基因存在于线粒体和叶绿体中细胞质基因存在于线粒体和叶绿体中 C C细胞质基因能进行半自主自我复制细胞质基因能进行半自主自我复制 D.D.细胞质基因控制的遗传病只能通过母亲细胞质基因控制的遗传病只能通过母亲传递给子代传递给子代