4.2 基因表达与性状的关系课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第四章 基因的表达 第2节 基因表达与性状的关系 “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。”(右图)像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。北极附近生活着一种雷鸟，它们四季换羽，羽色多变，春夏季为灰褐色，秋季为黄栗色，冬季则为雪白色，在不同季节始终与环境保持一致。可见遗传信息对生物性状的控制，存在着复杂的调控机制。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、性状三者间究竟有怎样的关系？ 南橘（上）北枳（下） 神奇的水毛茛 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。 讨论： 1、这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 2、这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 【答案】这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。 【提示】这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。 豌豆的圆粒与皱粒 ①性状对比（淀粉在细胞中具有保留水分的作用） 圆粒：饱满，能有效保留水分 皱粒：皱缩，失水 ②基因对比： 圆粒：含有编码淀粉分支酶的基因 皱粒：插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因。 圆粒豌豆 皱粒豌豆 一、基因表达产物与性状的关系 实例1： 豌豆的圆粒与皱粒的形成机制 圆粒豌豆的形成机制 皱粒豌豆的形成机制 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 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 细胞代谢 性状 一、基因表达产物与性状的关系 R 控制合成 淀粉分支酶 催化合成 淀粉 保水 rr 淀粉分支酶 异常 导致 淀粉 合成减少 没有R 导致 饱满、圆润 RR、Rr 失水皱缩 基因 酶的合成 代谢过程 性状 一、基因表达产物与性状的关系 实例1：人类白化病形成的机理 白化病患者体内缺乏黑色素，全身皮肤呈乳白或粉红色，毛发为白或淡黄色（图1)。由于缺乏黑色素的保护，患者皮肤对光线高度敏感，日晒后易发生晒斑和各种光感性皮炎，并可发生基底细胞癌或鳞状细胞癌。白化病的患病原因是患者体内的酪氨酸酶缺乏或功能减退，使得黑色素不能正常合成。 图1 白化病患者 基因A mRNA 酪氨酸酶 酪氨酸 中间产物 黑色素 转录 翻译 图2 合成黑色素的代谢途径 1. 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 基因正常 (A) 催化 酪氨酸酶 酪氨酸转变为黑色素 基因异常 （a） 酪氨酸酶 无法合成 无法合成黑色素 基因 酶的合成 代谢过程 性状 囊性纤维病（约70%患者中） ①性状对比 正常：肺部功能正常 患病：肺部功能严重受损 ②基因对比： 正常：含有编码CFTR蛋白的基因正常 患病：编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基 实例3：囊性纤维化的形成机制 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。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。 一、基因表达产物与性状的关系 囊性纤维病形成机制 正常的形成机制 患者的形成机制 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 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 蛋白质结构 功能 性状 一、基因表达产物与性状的关系 控制血红蛋白形成基因的一个碱基发生变化（碱基替换） 血红蛋白的结构发生变化 红细胞呈镰刀状 红细胞容易破裂，患溶血性贫血。 一、基因表达产物与性状的关系 2. 基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 实例4：镰刀型细胞贫血症 镰刀型细胞贫血症 ①性状对比 正常：身体正常 患病：溶血、贫血等症状 ②基因对比： 正常：含有编码血红蛋白的基因正常 患病：编码血红蛋白的基因异常 基因 蛋白质的结构 细胞 结构 性状 二、基因的选择性表达与细胞分化 [资料]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。 1. 这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 说明：“+”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子 分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果 3种细胞中合成的蛋白质都是该细胞中