3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段—基因档案馆.破解生命天书的身份密码（情境课件）生物人教版必修2

人教版必修2 第3章 基因的本质 第4节 基因通常是有遗传效应的DNA片段 目录 生命观念 1.归纳基因与遗传信息的关系,形成结构与功能相适应的观念。 科学思维 1.通过分析材料案例,概括基因与DNA的关系,归纳基因通常是有遗传效应的DNA片段。 2.通过应用数学方法理解DNA分子的多样性和特异性,培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力。 社会责任 1.通过非编码RNA基因的发现，认同科学认识是不断深化和发展的，培养批判性思维和科学探索精神。 2.感悟基因研究对人类健康（如糖尿病、地中海贫血等）的重要意义，增强社会责任感和科学使命感。 素 养 目 标 情境启思 入职培训：什么是“遗传效应”？ 背景： 在未来的22世纪，人类建成了全球基因档案馆。这里存放着地球上万物的“生命天书”——DNA序列。但档案馆面临一个巨大的难题：浩如烟海的DNA序列中，哪些是真正的“基因”？哪些只是普通的DNA？欢迎各位同学加入基因档案馆，在开始工作之前，我们需要先搞清楚以下问题： 【核心争议】 我们到底在找什么？所谓‘基因是有遗传效应的DNA片段’，这个‘遗传效应’到底是什么？” 【任务派发】：探究以下DNA片段是否为基因？ A. 一段控制胰岛素合成的序列 作用：能指导合成胰岛素，降低血糖 B.一段与A序列几乎相同，但中间缺失了3个碱基 作用：指导合成的胰岛素失效，导致糖尿病 C. 一段位于染色体末端的重复序列（TTAGGG重复很多次） 作用：保护染色体，不编码蛋白质 情境启思 档案一：胰岛素基因的启示 “各位实习档案员，现在接到第一份任务：请调取人类胰岛素基因的档案，分析它与普通DNA片段有什么不同。 【胰岛素基因档案】 . 档案编号： INS · 位置： 人类染色体11p15.5 · 序列长度： 约1.5 kb（含非编码区） · 功能描述： 指导合成胰岛素，调节血糖 【任务派发】：对比分析基因vs非基因 对比维度 胰岛素基因（有遗传效应） 随机一段DNA（无遗传效应） 序列特征 有特定的启动子、编码区、 终止信号 随机排列的ATCG 转录能力 能被RNA聚合酶识别并转录 通常不被转录 产物 产生有功能的胰岛素 无产物，或产物无功能 突变后果 突变可能导致糖尿病 突变通常无明显影响 基因与DNA之间是什么关系？ 必修二： 短硬毛 棒状眼 深红眼 朱红眼 截翅 红宝石眼 白眼 一条染色体上应该有许多个基因；基因在染色体上呈线性排列。 必修一： 染色体=DNA+蛋白质 染色体是DNA的主要载体 基因 = DNA 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 实例1： 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4.7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。 分析：1.DNA分子数目 基因数目 2.所有基因的碱基对总数 DNA的碱基对总数 ＜ ＜ 说明基因是DNA的片段， 基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开。 基因是DNA的片段且不连续分布 4.4×106 4.7×106 --ATGCATGCATCCATGCT AGCC ATC C CTAAGGACAG--- --TACGTACGTAGGTACGATCGGT AGGGAT TCC TGTC--- 基因A 非基因片段 基因B DNA链 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 课本 57-58 实例2： 绿色荧光蛋白基因 （约5170个碱基对） 绿色荧光蛋白基因 小鼠受精卵 紫外线 基因能控制生物的性状 ——具有遗传效应 绿色荧光蛋白 满足什么条件的DNA片段是基因呢？基因有什么作用？ 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 实例3： 人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。 构成基因的碱基对总数 DNA分子的碱基对总数 ＜< 说明： 1.DNA中存在大量的非基因片段 2.基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的 基因是一段DNA，但是一段DNA______是基因。 基因A 基因B 基因C 含有3个基因的DNA片段的模式图 非基因片段 非基因片段 非基因片段 不一定 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 情境启思 档案二：珠蛋白基因家族的启示 “接下来是一份家族档案。人类有多个珠蛋白基因，它们序列相似，但在不同时期发挥不同作用。请各位调取珠蛋白基因家族的资料。” 【珠蛋白基因家族图谱】 染色体16： ζ（胚胎）—— ζ假基因—— α2（胎儿/成人）—— α1（胎儿/成人） 染色体11： ε（胚胎）—— Gγ（胎儿）—— Aγ（胎儿）—— δ（成人）—— β（成人） 【关键发现】 真基因（有功能）： α1、α2、β、γ等，在不同发育阶段表达，构成血红蛋白 假基因（无功能）： ζ假基因，序列与真基因相似，但因突变失去了功能 【任务派发】：对比分析真基因vs假基因 对比项 真基因（如β-珠蛋白） 假基因（如ζ-假基因） 序列特征 完整的编码区、启动子 有突变（提前终止密码子、缺失等） 转录 能转录 可能转录，但产物无功能 翻译 能翻译成有功能的珠蛋白 不能翻译，或翻译出无功能片段 突变后果 突变可能导致地中海贫血 突变通常无影响 “同样是基因家族的成员，甚至序列高度相似，但一个能产生功能蛋白，一个不能。这说明‘遗传效应’的关键在于：能否产生有功能的产物（蛋白质或RNA）。 根据以上实例，请从DNA 水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，又能体现基因的作用。 资料1 资料3 大肠杆菌DNA 人的DNA 资料2 转基因实验 基因是一个DNA片段 基因具有遗传效应 基因是具有遗传效应的DNA片段 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 情境启思 档案三：非编码RNA基因的挑战 “各位，新的挑战来了。有档案员发现了一些片段，它们不编码蛋白质，但同样被记录为‘基因’。这该怎么解释？ 【特殊档案】 基因名称 类型 功能 rRNA基因 rRNA（核糖体RNA） 构成核糖体，蛋白质合成工厂的核心组件 tRNA基因 tRNA（转运RNA） 搬运氨基酸，蛋白质合成的翻译官 miRNA基因 microRNA（微小RNA） 调控其他基因的表达） “原来‘遗传效应’≠‘编码蛋白质’！有些基因的最终产物是有功能的RNA分子，它们同样在细胞中执行着关键任务。” RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段 流感病毒 艾滋病毒 冠状病毒 RNA RNA 指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。 对所有生物而言：基因通常是有遗传效应的DNA片段 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 线性排列于 染色体 脱氧核苷酸 DNA 基因 每个基因有许多脱氧核苷酸 有遗传效应的DNA片段 每条染色体上有1或2个DNA 每个DNA上有许多基因 DNA的主要载体 主要的遗传物质 基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息 情境串讲 一：说明基因与DNA关系的实例 总结基因与脱氧核苷酸、DNA与染色体的关系 C 即学即练 说明基因与DNA关系的实例 1.下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述,错误的是 （  ）  A. 每条染色体上含有一个或两个DNA，每个DNA分子上含有许多个基因 B. 都能复制和传递，且三者的行为一致  C. 三者都是生物细胞内的遗传物质  D. 生物的传宗接代中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为 C 即学即练 说明基因与DNA关系的实例 2.如图表示脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体间的关系。下列有关叙述不正确 的是（ ） A.d是脱氧核苷酸，其种类取决于c的种类 B.基因通常是具有遗传效应的f片段 C.e含有的碱基总数等于f D.e在h上呈线性排列 T G A A T C T G A A T C 外侧：基本骨架，由脱氧核糖和 磷酸交替连接（固定不变） 内侧：4种碱基对的排列（可变） 回忆DNA分子结构 哪部分可以代表遗传信息？ 遗传信息就蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。 遗传信息：DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。 情境串讲 二：DNA片段中的遗传信息 A T A T C G G C G 若1个碱基对组成1个基因有_____排列方式 4种 若2个碱基对组成1个基因有_____排列方式 A T G C G 16种 若3个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若4个碱基对组成1个基因有_____排列方式 若n个碱基对组成1个基因有_____排列方式 G A T C 64种 4n种 256种 探究：脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性 情境1： 假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？ 417种 （大约为一百七十二亿种） 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的________ 多样性 情境串讲 二：DNA片段中的遗传信息 情境2： 探究：脱氧核苷酸序列与遗传信息的特异性 全球人口总数约为60亿。假设人类基因组中第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，你与你同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？17个碱基对的所有排列是否都有机会出现？这说明了什么？ 碱基特定的排列顺序，又构成了DNA分子的_________ 不是 特异性 在生物体内，基因中的碱基并不是随机排列的。 每个基因都是特定的DNA片段，具有特定的碱基排列顺序，具有特定的遗传效应。 完全相同的可能性是４-17×４-17 几乎为零 情境串讲 二：DNA片段中的遗传信息 碱基排列顺序的千变万化 DNA分子的多样性 碱基特定的排列顺序 每个DNA分子的特异性 生物体的多样性 生物体的特异性 DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 遗传信息： 基因中特定的碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。 情境串讲 二：DNA片段中的遗传信息 我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。 人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。 与社会联系 情境串讲 二：DNA片段中的遗传信息 D 即学即练 DNA片段中的遗传信息 1.研究人员对数千种生物的DNA碱基序列进行测定发现，没有任何两个物种的 DNA序列是一样的。DNA具有多样性的主要原因是（ ） A.DNA由4种碱基组成 B.DNA具有规则的双螺旋结构 C.DNA具有碱基互补配对的特点 D.DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序 C 即学即练 DNA片段中的遗传信息 2．下列有关DNA多样性的叙述，正确的是(　　) A．DNA分子多样性的原因是DNA分子空间结构千变万化 B．含有200个碱基的DNA分子，碱基对可能的排列方式有4200种 C．DNA分子的多样性和特异性是生物多样性和特异性的基础 D．DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因 基因与DNA的关系 DNA片段中的遗传信息 基因通常是有遗传效应的DNA片段 遗传信息的储存: DNA的特异性： DNA的多样性: 脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体之间的关系 基因的概念 基因通常是有遗传效应的DNA片段 4种碱基的排列顺序之中 碱基排列顺序的千变万化 碱基特定的排列顺序 生物体多样性和特异性的物质基础 基因是有遗传效应的DNA片段 基因是有遗传效应的RNA片段(少数) 课堂小结 基因通常是有遗传效应的DNA片段 课堂反馈 (1)图中B是__________，A是________，G是__________。 (2)每个F含有____个E，每个E中可以由________个D 组成。 脱氧核糖 含氮碱基 蛋白质 很多 成百上千 F DNA C 磷酸 A E基因 B糖 H染色体 D脱氧核苷酸 G (3)从分子水平看D和C的关系是_______________________。 (4)F的基本组成单位是图中的______。 (5)遗传信息是_______________的排列顺序。 基因是有遗传效应的DNA片段 D D（脱氧核苷酸） + 1.请根据下面的概念图完成填空。 课堂练习 能力提升 B 课堂练习 能力提升 2. 科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是（　 　） A. 农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制 B. 农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列 C. 农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段 D. 农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞 3. 果蝇由于易饲养、繁殖速度快、染色体数目相对较少，经常被用于遗传学实验材料，如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，仔细识图，回答下列问题： 不一定，基因作为控制生物性状的基本单位，在基因S和基因R之间的区域，可能还有新的基因，也可能是没有遗传效应的脱氧核苷酸序列。 (2)基因S和基因R之间的区域，是否具有一定的遗传效应？为什么？ (1)这条染色体上黄身基因R与基因S、基因N是否为等位基因？ 这几个基因之间不同的根本原因是什么？ 不是等位基因，等位基因指的是位于一对同源染色体相同位置上控制相对性状的基因；这几个基因位于同一条染色体上，不是等位基因。 根本原因是碱基对的排列顺序不同。 (3)基因S的碱基排列顺序是否具有多样性？ 没有，构成基因S的碱基排列顺序是特定的 课堂练习 能力提升 人教版必修2 感谢观看！ $