1.3 基因选择性表达导致细胞的差异化 第1课时（教学课件）生物沪科版必修2

第1章 遗传的分子基础 第3节 基因选择性表达导致细胞的差异化 （第1课时） 1 本节学习目标 1. 细胞分化的实质是基因的选择性表达的结果 细胞分化实质是基因选择性表达 基因选择性表达的调控方式 基因选择性表达的实例分析 回顾：细胞分化的实质是什么？ 基因的选择性表达 2. 细胞分化后的不同种类细胞的遗传物质是否相同？ 1. 细胞分化后的不同种类细胞的蛋白质表达情况是否相同？ 回顾：细胞分化的实质是什么？ 基因的选择性表达 细胞 类型 细胞内几种基因的存在情况 （“+”代表有，“-”代表无） 细胞内几种蛋白质的存在情况 （“+”代表有，“-”代表无） 血红蛋白基因 肌动蛋白基因 胰岛素基因 ATP合酶基因 血红 蛋白 肌动 蛋白 胰岛素 蛋白 ATP 合酶 红细胞 + - - + 肌肉 细胞 - + - + 胰岛β细胞 - - + + + + + + + + + + + + + + 细胞分化的根本原因——基因选择性表达 体内不同类型的细胞由一个受精卵分裂、分化而成，虽然含有相同的DNA（基因），但基因的表达情况不完全相同。细胞内有些基因进行了表达（基因通过转录、翻译合成相应的蛋白质），还有些基因则不进行表达（基因未进行转录、翻译） 基因 表达 相应的蛋白质合成 基因 不表达 相应的蛋白质不合成 转录、翻译 转录、翻译 【根本原因】不同类型细胞的基因选择性表达 （基因表达情况不完全相同） 思考：基因表达的调控方式有哪些呢？（教材P21及P22广角镜） 基因选择性表达的概念 机体或者细胞通过某些调控方式，对环境的变化做出响应，从而关闭或启动一些基因的表达，这就是基因的选择性表达。 基因 表达 对应的蛋白质合成 基因 不表达 对应的蛋白质不合成 转录、翻译 转录、翻译 某些调控方式 某些调控方式 基因选择性表达的调控方式 思考：基因表达的调控方式有哪些呢？（教材P21及P22广角镜） 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 大肠杆菌生长主要利用葡萄糖，但也可以利用乳糖等其他糖类。 实验现象：用葡萄糖和乳糖混合培养大肠杆菌时，大肠杆菌会优先利用葡萄糖，待葡萄糖消耗殆尽后，其增殖速度明显放缓。经过一段时间后，大肠杆菌又开始大量利用乳糖，增殖速度又重新提升。 大肠杆菌若要利用乳糖进行生长与代谢，需要三种酶的参与，分别是： 由LacZ基因表达产生的β-半乳糖苷酶、由LacY基因表达产生的半乳糖苷透性酶、由LacA基因表达产生的半乳糖苷转乙酰酶 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 利用乳糖相关的基因LacZ等依次排列在DNA上，由启动子（P）和阻遏蛋白结合位点（O）控制其表达。 LacZ P （启动子） O （阻遏蛋白结合位点） LacY LacA 在培养基中不添加乳糖或同时添加乳糖、葡萄糖的情况下，LacZ、LacY、LacA基因的表达会受到阻碍，无法产生与乳糖代谢相关的酶 在培养基中仅有乳糖的情况下，LacZ、LacY、LacA基因可进行表达，产生与乳糖代谢相关的酶，从而使大肠杆菌的能利用乳糖进行生长与代谢 LacZ等基因的表达受环境因素的影响 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 当环境中无乳糖时，阻遏蛋白会结合到O位点，使RNA聚合酶无法结合到P上，抑制LacZ等相关基因的转录。 RNA聚合酶 LacZ P （启动子） O （阻遏蛋白结合位点） LacY LacA 阻遏 蛋白 无法转录 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 当生长环境中有乳糖时，乳糖分子会优先与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能与O位点结合，RNA聚合酶就能够结合在P 上，使LacZ等基因进行转录； LacZ P （启动子） RNA聚合酶 O （阻遏蛋白结合位点） LacY LacA 阻遏 蛋白 乳糖 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 当生长环境中有乳糖时，乳糖分子会优先与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能与O位点结合，RNA聚合酶就能够结合在P 上，使LacZ等基因进行转录； LacZ P （启动子） O （阻遏蛋白结合位点） LacY LacA 阻遏 蛋白 乳糖 正常转录 RNA聚合酶 转录水平调控 某些蛋白质因子促进RNA聚合酶与启动子的结合 （促进转录，从而加强基因表达） 阻遏蛋白抑制RNA聚合酶与启动子的结合 （抑制转录，从而阻断基因表达） 转录水平调控 实例1：不同条件下大肠杆菌LacZ等基因的差异化表达 转录后水平调控 很多真核生物基因的碱基序列中，编码序列会被若干段非编码序列隔开。包含编码信息的序列称为外显子（图 1-25 中的①～⑥），其间