第四章 第一节 遗传的分子基础（课件）-《生物基础》（高教版）同步精品课堂

第四章 生物的遗传基础 第一节 遗传的分子基础（2课时） 高等教育出版社第1版 《生物基础》 教学目标 一 理解DNA是主要遗传物质的实验证据； 掌握DNA的双螺旋结构特点及其复制过程； 理解基因的本质及其通过转录、翻译控制性状的过程。 教学重难点 二 转录与翻译的过程理解、中心法则的整体把握。 DNA的结构与复制、基因的表达过程。 重点 难点 导入新课 三 生物体的性状之所以能一代一代地传下去，说明生物具有遗传现象。那么,遗传物质是什 么?科学实验证明，DNA 是主要的遗传物质。 思考：为什么子女和父母长得像？ 新知讲授 四 一、DNA是主要的遗传物质 VS 谁是遗传物质? 候选者 1:蛋白质 候选者 2：DNA 科学实验说了算 新知讲授 四 结论：S型菌中存在一种“转化因子”，能使R型菌的性状发生稳定的遗传变化。 格里菲斯实验 (1928)：发现“转化因子” R 型菌 小鼠存活 S 型菌 小鼠死亡 加热杀S菌 小鼠存活 R + 热杀S 小鼠死亡 结论：S型菌中存在一种“转化因子”，能使R型菌的性状发生稳定的遗传变化。 一、DNA是主要的遗传物质 新知讲授 四 艾弗里实验 (1944)：DNA是遗传物质 结论：只有DNA被破坏时，转化现象才停止。因此，DNA就是遗传物质。 R型菌 + S型菌的DNA 结果：R型菌转化为S型菌（长出光滑型菌落） 结论：DNA 可以引起遗传转化。 R型菌 + S型菌的蛋白质 或 S型菌的荚膜多糖 结果：没有S型菌出现（只有粗糙型菌落） 结论：蛋白质和多糖不是遗传物质。 R型菌 + S型菌的DNA + DNA酶 结果：没有S型菌出现 结论：DNA 被酶降解后失去转化能力，进一步 证明起转化作用的是 DNA。 一、DNA是主要的遗传物质 师生互动 五  “格里菲思的实验发现了‘转化因子’，但并不知道它是什么。艾弗里的实验向前迈进了一大步。请大家讨论一下，为什么格里菲思的实验是重要的奠基，但它本身不足以证明DNA是遗传物质？” 开放性问题 格里菲思的实验在活体（体内实验）中证明了遗传物质的存在，但无法确定其化学本质。艾弗里则通过体外提取和分离各种成分，直接验证了DNA的作用。 解释 新知讲授 四 二、DNA分子的结构与复制 ( 一 )DNA 分子的结构 DNA的基本单位:脱氧核糖核苷酸 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 (A, T, C, G) 新知讲授 四 双螺旋三特点: 双链反向平行 外侧为糖、磷酸骨架 内侧碱基互补配对 A=T / G=C ( 一 )DNA 分子的结构 新知讲授 四 稳定性 保证遗传信息可靠传递 多样性 碱基排列千变万化 碱基序列 = 生命条形码 生物具有多样性和生物个体间存在差异的根本原因 新知讲授 四 ( 二 )DNA 分子的复制 复制过程三步走 1. 解旋 解旋酶打开双链，形成复制叉 2. 合成 DNA聚合酶合成新链 (A-T, G-C) 3. 螺旋 新双螺旋形成 新知讲授 四 复制的条件与意义 模板 原料 酶 能量 意义：保证遗传信息连续、稳定、精确地传递 师生互动 1. DNA的基本单位是什么？ 2.一个核苷酸由哪三部分组成？ 3.组成DNA的四种碱基英文缩写是什么？ 4.它们的中文名称分别是什么？ 5.多个核苷酸通过什么化学键连接成一条长链？ 6.“我们常说‘复制’，比如复印文件。那么对于DNA来说，‘复制’指的是一个什么样的过程？” 快速抢答 （脱氧核糖核苷酸） （含氮碱基、脱氧核糖、磷酸） （A, G, C, T） （腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶） （磷酸二酯键） 以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程 新知讲授 四 三、基因对形状的控制 什么是基因？概念的演进 1860s 孟德尔 “遗传因子” 1910s 摩尔根 “染色体基因” 1950s 分子水平 “DNA片段” 基因 = 具有遗传效应的DNA片段 ( 一 )基因 — 具有遗传效应的 DNA 片段 新知讲授 四 信息传递的桥梁：RNA DNA在细胞核 蛋白质合成在细胞质 信息传递的桥梁：RNA 基因如何控制形状? ( 二)基因的表达 基因控制生物性状的关键在于指导蛋白质的合成，而这一过程是通过两个核心阶段——“转录”和“翻译”来实现的。由于承载遗传信息的DNA主要位于细胞核内，而蛋白质的实际合成场所却在细胞质中，因此需要核糖核酸（RNA）作为关键的媒介物质。具体来说，在转录阶段，细胞核中的DNA遗传信息被精确地拷贝到RNA分子上；随后，这些RNA进入细胞质，在翻译阶段充当合成蛋白质的模板，最终将遗传信息转化为执行生命活动的各种蛋白质。 转录 翻译 新知讲授 四 1.转录：DNA → mRNA 1. 解旋：DNA双链解开。 2. 配对合成：以一条链为模板，按 A-U, T-A, C-G, G-C 原则合成mRNA。 3. 释放：mRNA离开细胞核。 ( 二)基因的表达 新知讲授 四 2.翻译：mRNA → 蛋白质 翻译是在细胞质中进行的。它是指以信使 RNA 为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白 质的过程。 ( 二)基因的表达 新知讲授 四 我们知道组成蛋白质的氨基酸有20种，而信使 RNA 上的碱基只有4种(A、G、C、U),那 么,这4种碱基是怎样决定蛋白质的20种氨基酸的呢?研究结果表明，每3个碱基决定1个氨基酸，例如，UUU 可以决定苯丙氨酸，CGU 可以决定精氨酸。遗传学上把信使RNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基，称为1个“密码子”。一种氨基酸可以有几个对应的密码子，但一个密码子只对应一种氨基酸。1967年科学家们破译了全部遗传密码子，并且编制出了下面这张密码子表。 ( 二)基因的表达 新知讲授 四 密码子表：遗传密码字典 第一个字母 第二个字母 第三个字母 U C A G     U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 (终止子) 色氨酸 U C A G     C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G       A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 (起始子) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G       G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 (起始子) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 新知讲授 四 信使RNA（mRNA）于细胞核合成后进入细胞质，结合核糖体。氨基酸由转运RNA（tRNA）运送，每种tRNA特异识别一种氨基酸，并通过其反密码子与mRNA密码子配对。 在核糖体上，tRNA按mRNA序列依次放置氨基酸，核糖体移动使氨基酸形成肽链。此过程持续至终止密码子出现。 肽链释放后，经折叠形成具有特定结构和功能的蛋白质。 ( 二)基因的表达 翻译的具体过程： 新知讲授 四 3.中心法则： 遗传信息流动总纲 ( 二)基因的表达 新知讲授 四 ( 三)基因对性状的控制 基因控制性状的两种方式 直接控制 基因通过控制结构蛋白的结构直接控制性状 实例：镰刀型细胞贫血症 间接控制 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制性状 实例：白化病 新知讲授 四 实例1：镰刀型细胞贫血 基因突变: β-珠蛋白基因 1碱基突变 ↓ 蛋白质改变: 血红蛋白谷氨酸→缬氨酸 ↓ 结构异常: 血红蛋白聚集，红细胞呈镰刀状 ↓ 性状: 细胞易破裂，导致贫血 ( 三)基因对性状的控制 新知讲授 四 实例2：白化病 基因突变: 酪氨酸酶基因突变 ↓ 酶缺失: 酪氨酸酶无法合成 ↓ 代谢异常: 无法合成黑色素 ↓ 性状: 皮肤、毛发白化 ( 三)基因对性状的控制 师生互动 1. DNA复制的特点是？； 2.简述转录与翻译的过程； 3. 让同学们画出中心法则的图示； 简答题 1.半保留复制；边解旋边复制；双边复制； 2.核心定义：以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。 目标：将DNA上的遗传信息（基因）传递到信使RNA（mRNA）上。 场所：主要发生在细胞核中。核心定义：以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 目标：将mRNA上的密码子序列“翻译”成蛋白质的氨基酸序列。 场所：在细胞质的核糖体上进行。 3. DNA --(转录)--> mRNA --(翻译)--> 蛋白质 师生互动 3. 开放题：如果DNA复制出错会怎样？举例说明。 开放性问题 白化病： 控制酪氨酸酶合成的基因异常 → 无法合成酪氨酸酶 → 酪氨酸不能转化为黑色素 → 皮肤、毛发呈白色。 镰刀型细胞贫血症： 控制血红蛋白合成的基因中一个碱基发生改变 → 血红蛋白的一个氨基酸被替换 → 血红蛋白结构功能异常 → 红细胞形态改变 → 运输氧气能力下降。 巩固练习 八 作业 在DNA复制过程中，解开DNA双链的酶是？ A. DNA聚合酶 B. 解旋酶 C. 连接酶 D. RNA聚合酶 答案：B. 解旋酶 解析： DNA复制开始时，首先需要在解旋酶的作用下，将DNA的双螺旋结构解开，这个过程称为解旋。DNA聚合酶的作用是催化合成新的DNA链。 巩固练习 八 作业 下列哪一项不是DNA和RNA在化学组成上的区别？ A. 五碳糖不同 B. 碱基种类不完全相同 C. 基本组成单位不同 D. 在细胞中的主要分布位置不同 答案：C. 基本组成单位不同 解析： DNA和RNA的基本组成单位都是核苷酸，只是DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸，RNA的基本单位是核糖核苷酸。它们的五碳糖（脱氧核糖/核糖）和部分碱基（DNA有T，RNA有U）不同，且主要分布位置（细胞核/细胞质）也不同。因此，“基本组成单位不同”这个说法不准确，它们是同一类物质（核苷酸）的不同类型。 巩固练习 八 作业 一个双链DNA分子中，已知腺嘌呤(A)占全部碱基的20%，则胞嘧啶(C)占全部碱基的？ A. 20% B. 30% C. 40% D. 60% 答案：B. 30% 解析： 根据碱基互补配对原则，A = T， G = C。已知A占20%，则T也占20%。那么A + T = 40%。剩下的G + C = 60%。由于G = C，所以C的含量为 60% ÷ 2 = 30%。 巩固练习 八 作业 下列关于基因、DNA和染色体关系的叙述，错误的是？ A. 基因在染色体上呈线性排列 B. 一个DNA分子上包含多个基因 C. 一条染色体上只有一个DNA分子 D. 基因是DNA的任意一个片段 答案：D. 基因是DNA的任意一个片段 解析： 基因是具有遗传效应的DNA片段。DNA分子上存在很多不编码蛋白质、没有遗传效应的区间，这些区间不能称为基因。因此，基因是DNA的特定片段，而非任意片段。 巩固练习 八 作业 如果某段信使RNA的碱基序列是...AUG GCA UUC...，那么转录出该RNA的DNA模板链的对应碱基序列是？ A. ...AUG GCA UUC... B. ...UAC CGU AAG... C. ...TAC CGT AAG... D. ...ATG CGA TTC... 答案：C. ...TAC CGT AAG... 解析： 解答此题需分两步：转录原则：以DNA模板链为模板，按照碱基互补配对原则（A-U, T-A, G-C, C-G）合成mRNA。逆向推导：已知mRNA序列为 AUG GCA UUC，那么与它互补的DNA模板链序列应与mRNA序列遵循配对原则，但需将U替换为T（因为DNA中没有U）。所以，与A配对的是T，与U配对的是A，与G配对的是C，与C配对的是G。因此，DNA模板链序列为 TAC CGT AAG。 巩固练习 八 作业 DNA分子的复制方式是什么？这种复制方式有何特点？ 答案： 半保留复制。新复制出的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链（母链），同时合成一条新的子链。这使得遗传信息能够稳定地传递给子代。 课堂小结 六 本节课我们掌握了遗传的分子基础，核心内容可归纳为 “一个物质、一个结构、一个法则”： 一、一个物质：DNA是主要的遗传物质。通过肺炎链球菌转化实验（格里菲斯→艾弗里）证实。 二、一个结构：DNA的双螺旋结构。特点：双链、反向平行、碱基互补配对（A-T, G-C）。功能：结构多样性决定信息多样性；结构特异性为半保留复制提供精确模板，保证遗传稳定。 三、一个法则：中心法则（基因控制性状的路径）。基因：有遗传效应的DNA片段。表达路径：DNA → （转录）→ mRNA → （翻译）→ 蛋白质 → 性状。两种控制方式：直接控制蛋白质结构（如镰刀型细胞贫血症）。间接控制代谢（如白化病）。 布置作业 七 作业 1. 绘制DNA结构与复制过程的示意图； 2. 查阅“人类基因组计划”的相关资料，写一篇小短文，下节课分享。 感谢观看 $