4.2.1 基因表达与性状的关系课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

白化病(月亮的孩子)的患病原理 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。 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? 一样的,因为它们都由受精卵分裂分化而成 这两种叶形的差异,可能是由叶片所处环境因素引起的 问题探讨 基因 蛋白质 体现 性状 如何控制? (相同) (不同) 表达 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 体现 性状 基因如何控制生物性状的?有哪些途径?蛋白质与性状的关系? 问题探讨 第4章 基因的表达 4.2 基因的表达与性状的关系 人教版 2019 必修二 《遗传与进化》 基因与性状 是啥关系? 课标要求 素养目标 1. 阐明基因表达产物与性状的关系 2. 理解细胞分化的本质 3. 概述表观遗传现象 1.生命观念:理解基因与生物性状的关系,认识基因表达的调控机制,形成遗传信息决定性状、性状是基因与环境共同作用的结果的生命观念。 2.科学思维:通过分析基因控制性状的实例,培养归纳概括和逻辑推理能力;能够运用表观遗传的知识解释一些遗传现象。 3.科学探究:能够分析实验数据,理解基因的选择性表达;能够设计简单实验验证基因表达与性状的关系。 4.社会责任: 认识环境因素(如吸烟)对基因表达的影响,形成健康生活的意识;理解表观遗传研究在医学、农业等领域的应用价值。 难点 重点 学习目标 5 基因表达产物与性状的关系 基因的选择性表达与细胞分化 表观遗传 基因与性状的关系 1 2 3 4 目录 合作探究:请同学们自主阅读教材P71-72,梳理下列问题,并做相应勾画标注。 1.构建出皱粒豌豆、白化病的形成机制。 2.构建出囊性纤维病、镰状细胞贫血的形成机制。 3.对比以上四种形成机制,其根本原因是什么?直接原因是什么? 4.尝试用文字和箭头总结基因、酶与性状之间的关系。 基因表达产物与性状的关系 一 ①性状对比 ②基因对比: (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 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 实例1:豌豆的圆粒与皱粒 基因表达产物与性状的关系 一 8 1.皱粒豌豆的形成机制 圆粒豌豆的形成机制 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 皱粒豌豆的形成机制 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 基因 控制 酶 代谢 性状 控制 控制 基因表达产物与性状的关系 一 9 白化病是由于基因不正常,缺少酪氨酸酶,导致机体不能合成黑色素。毛发白色,皮肤淡红色,畏光。 基因A mRNA 酪氨酸酶 酪氨酸 中间产物 黑色素 转录 翻译 合成黑色素的代谢途径 实例2:人的白化病 基因表达产物与性状的关系 一 10 编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶 蔗糖 淀粉 酪氨酸酶 酪氨酸 黑色素 正常 代谢过程 合成 代谢过程 合成 酪氨酸酶基因 基因 酶的合成 生物体的性状 代谢过程 控制 控制 间接控制 基因通过控制酶的合成,来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。 基因表达产物与性状的关系 一 五尺天涯 囊性纤维化是北美白种人中常见的一种遗传病,患者支气管被异常的粘液堵塞,常于幼年时死于肺部感染。 实例3:囊性纤维病 基因表达产物与性状的关系 一 3.囊性纤维病形成机制 正常的形成机制 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 患者的形成机制 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 蛋白质的结构 基因 控制 性状 控制 基因表达产物与性状的关系 一 14 编码血红蛋白的 基因中一个碱基对发生变化 血红蛋白的空间结构发生变化 红细胞变成镰刀型状, 运输O2能力降低 容易破裂,患溶血性贫血 基因 蛋白质的结构 生物性状 镰状细胞贫血症 实例4:镰状细胞贫血 正常的红细胞 镰状红细胞 基因表达产物与性状的关系 一 15 基因通过控制蛋白质的结构,直接控制生物体的性状。 基因 蛋白质的结构 生物体的性状 控制 直接 控制 基因表达产物与性状的关系 一 [模型构建] 通过以上4个实例的分析,尝试用箭头和文字总结出基因对性状控制的两种途径。 蛋白质的结构 基因 细胞代谢 生物性状 酶 间接控制 直接控制 (1)基因通过控制_来控制_,进而控制生物体的性状 酶的合成 代谢过程 (2)基因还能通过控制_ 来_控制生物体的性状 蛋白质的结构 直接 转录和翻译 基因表达产物与性状的关系 一 A.图中显示了基因通过 控制酶的合成来控制代 谢过程,进而控制生物体的性状 B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升 C.皱粒种子中蔗糖含量相对更高,味道更甜美 D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异 1.豌豆种子有圆粒和皱粒两种,下图为圆粒种子形成机制的示意图,下列相关说法不正确的是( ) B 课堂小测 2.下列关于基因、蛋白质和性状三者间关系的叙述中,不正确的是( ) A.基因控制性状可以通过控制蛋白质的合成来实现 B.生物体的性状完全是由基因控制的 C.蛋白质的结构可以直接影响性状 D.蛋白质的功能可以影响性状 B 课堂小测 来自同一个受精卵的细胞为何形态、功能各异? 基因的选择性表达与细胞分化 二 无论是直接控制还是间接控制,基因都是通过指导蛋白质的合成来控制性状的。那么来自同一个受精卵的细胞基因相同,为何形态、功能各异。 20 合作探究:请同学们自主阅读教材P72思考 讨论,分析不同类型细胞中 DNA 和 mRNA 的检测结果。 1. 这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别? 2. 3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因, 但只检测到其中一种基因的mRNA,这一事实说明了什么? 3. 细胞中的基因可以分为几种,细胞分化的实质是什么? 基因的选择性表达与细胞分化 二 检测的3种细胞 卵清蛋白基因 珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰岛素mRNA 输卵管细胞 + + + + - - 红细胞 + + + - + - 胰岛细胞 + + + - - + 1.这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别? 这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同,虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成,但也有一些特定功能的蛋白质只在特定的细胞中合成。 分析不同类型细胞中DNA和RNA的检测结果 根据课本P72的“思考 讨论”,回答下列问题: 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。 基因的选择性表达与细胞分化 二 22 检测的3种细胞 卵清蛋白基因珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰岛素mRNA 输卵管细胞 + + + + - - 红细胞 + + + - + - 胰岛细胞 + + + - - + 2.3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因, 但只检测到其中一种基因的mRNA,这一事实说明了什么? 细胞中并不是所有的基因都表达,基因的表达存在选择性。 分析不同类型细胞中DNA和RNA的检测结果 基因的选择性表达与细胞分化 二 23 科学家研究发现,细胞中的基因有些表达,有些不表达。 管家基因 奢侈基因 概念: 所有细胞均表达的一类基因,其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的。 实例: 呼吸酶基因、核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。 概念: 不同类型细胞特异性表达的一类基因,其产物赋予不同细胞特异性的生理功能 实例:血红蛋白基因、胰岛素基因、卵清蛋白基因,珠蛋白基因。 (1)表达的基因的种类: 基因的选择性表达与细胞分化 二 24 细胞分化是基因选择性表达的结果,即在个体发育过程中,不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同。 (2)细胞分化的“不变”与“变” DNA、tRNA、rRNA相同 ①不变 细胞的数目 ②变 mRNA、蛋白质的种类 不完全相同 细胞的形态、结构和功能 细胞分化的实质: 基因的选择性表达与细胞分化 二 25 (3)细胞分化的本质: 基因的选择性表达 基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 A B C D E 基因 A B C D E A B C D E A B C D E ①根本原因: 基因的选择性表达 ②直接原因: 蛋白质种类的不同 基因的选择性表达与细胞分化 二 26 表达基因的分类: ①核糖体蛋白基因 ②ATP合成酶基因 ③血红蛋白基因 ④卵清蛋白基因 ⑤呼吸酶基因 ⑥胰岛素基因 ③④⑥⑦⑧⑨ ⑧唾液淀粉酶基因 ⑨肌动蛋白基因 ⑦抗体基因 ①②⑤ (1)在所有细胞中都能表达的基因有 (2)只在某类细胞中特异性表达的基因有 课堂小测 3.有人把分化细胞中表达的基因形象地分为管家基因和奢侈基因,管家基因在所有细胞中都表达,是维持细胞基本生命活动所必需的;而奢侈基因只在某类细胞中特异性表达。下列属于管家基因表达产物的是( ) A. ATP合成酶 B. 脑咖肽 C. 胰岛素 D. 血红蛋白 A 课堂小测 4.下列关于“基因与性状”关系的描述,正确的是( ) A.基因可通过控制酶的合成直接控制生物体的性状 B.基因与生物性状之间不存在简单的线性关系 C.基因与多种因素相互作用精细地调控生物的性状 D.DNA上的片段均能直接或间接地控制生物的性状 C 课堂小测 因通常是有遗传 效应的DNA片段 $