5.1基因突变第一课时课件2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦基因突变核心内容，从中国首例碱基编辑疗法成功案例导入，结合镰状细胞贫血病因分析，通过任务驱动和活动探究，构建从实例到概念再到应用的学习支架。 其亮点在于以真实情境（如镰状细胞贫血、癌症）落实生命观念，通过模型构建和模拟器探究发展科学思维与探究实践，课堂小结系统整合知识并关联社会责任。学生能具象理解抽象概念，教师可依托丰富活动提升教学效果。

第5章 基因突变和其他变异 溯镰贫之源，明突变之理---基因突变（第1课时） 泽普县第十中学 张育嶍 学习目标 课程标准 1、生命观念：结合镰状细胞贫血的原因，理解基因突变导致合成蛋白质及其功能的改变。 2、科学思维：通过基因突变与生物性状的关系，提高归纳与概括的能力。 3、科学探究：构建基因突变的过程模型和基因突变对性状的影响。 4、社会责任：通过分析癌症发生的原因和特点，认同癌症的危害和预防措施。 概念3 遗传信息控制生物性状，并代代相传 3.3由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的 3.3.1 概述碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的妀变 3.3.2 阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化，甚至带来致命的后果 3.3.3 描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变 中国首例碱基编辑疗法成功治愈镰状细胞贫血症 2025年8月26日，中国科研团队宣布，其自主研发的碱基编辑药物CS-101注射液在临床研究中成功治愈首例镰状细胞贫血患者，系中国首例该疗法成功案例。 这标志着我国在全球基因治疗赛道迈出坚实领先一步，也为众多患者点燃根治希望！ 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 一则新闻消息宣布，中国首例碱基编辑疗法成功治愈镰状细胞贫血症。这不仅标志着我国在全球基因治疗赛道上迈出了坚实而领先的一步，更为众多的患者点燃了希望。那么，什么是镰状细胞贫血呢？它的发病机制是什么？本节课我们就带着这些问题继续深入探究。 【资料】镰状细胞贫血是遗传病。1910年，一黑人青年因发烧、肌肉疼痛就医，其红细胞呈镰刀状而非正常圆饼状，该病因此得名。 正常红细胞 镰状红细胞 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 思考：为什么红细胞形态结构发生改变呢？ 镰状细胞贫血是一种遗传病。我们知道，正常人的红细胞是中间微凹的圆饼状，而镰状细胞贫血患者的红细胞却是弯曲的镰刀状，这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血。请同学们从结构和功能的关系这个角度来分析一下红细胞形态改变的原因可能是什么呢？换句话说。在红细胞中执行着重要功能的生物大分子是什么？所以它的病因可能是血红蛋白的改变。进而导致了红细胞形态改变。 研究发现，患者红细胞中血红蛋白结构异常，导致运输氧气的功能降低。那么，跟正常的血红蛋白与异常的血红蛋白分子空间结构相比发生了什么改变呢？接下来，老师带领大家用 Swissmodel 软件构建模型，比较两种血红蛋白空间结构的区别。好，结合前面章节知识的学习，思考一下血红蛋白的结构又为什么会发生改变。基因的改变，基因改变导致血红蛋白结构改变，中间的逻辑关系是怎样的？ 正常血红蛋白β链部分氨基酸序列 镰状血红蛋白β链对应氨基酸序列 赖氨酸 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 谷氨酸 谷氨酸 赖氨酸 缬氨酸 组氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸 缬氨酸 谷氨酸 1.图中氨基酸发生了什么变化？ 谷氨酸 缬氨酸 任务一：分析镰状细胞贫血病因，建构概念 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 在这段序列中，我们看到血红蛋白一条肽链中的谷氨酸被缬氨酸取代了。请同学们思考：为什么血红蛋白中氨基酸会发生改变呢？ GAG CTC GG CC GG GG DNA mRNA 氨基酸 谷氨酸 缬氨酸 蛋白质 正常 异常 A U A T 红细胞 正常 镰状 分子水平 细胞水平 直接原因：血红蛋白分子中的一个谷氨酸被缬氨酸替换 根本原因：碱基对由A-T替换了T-A 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动1：探究镰状细胞贫血的致病机理 请同学们思考：为什么血红蛋白中氨基酸会发生改变呢？基于我们前面所学的基因表达过程，请同学们构建镰状细胞贫血的病因，并完成学历案中的相应内容。我们对照密码子表看，谷氨酸的密码子应该是 GAG，突变后变成了 GUG。那么密码子改变的根本原因又是什么呢？我们知道，转录的模板是基因，那基因当中碱基发生了什么样的改变？是替换。如何替换的？是原来的碱基 A 替换成 T，对，DNA 中是 A—T 碱基对被替换成了 T—A 碱基对，这就是镰状细胞贫血的根本原因。基因中碱基序列发生改变，可能导致转录出的 mRNA 中密码子改变，进而导致合成的蛋白质中氨基酸序列改变，从而引起生物性状改变，镰状细胞贫血的直接原因是什么？ 相应性状的改变 相应蛋白质的改变 相应氨基酸的改变 mRNA中的碱基（密码子)改变 基因中的单个碱基对的替换 除了碱基对的替换，基因中的碱基对否还会发生其他方式改变？ 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动1：探究镰状细胞贫血的致病机理 正常红细胞 镰状红细胞 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 资料：研究发现，β珠蛋白基因突变可引发异常血红蛋白，如缺失4个碱基（TCTT）或添加1个碱基（A），均会导致贫血。 基因突变：DNA分子中发生碱基的 、 或 ，而引起的 的改变。 基因碱基序列 替换 增添 缺失 增添 缺失 替换 A A T T C G G C G A T C C G G C A A T T C G G C T A T A C G G C A T A A T T C G G C A T C G G C 请结合上述资料，给基因突变下一个定义。 思考：DNA分子中发生碱基的替换、增添和缺失是否一定导致基因突变？为什么？ 基因1 基因2 基因3 非基因片段 非基因片段 非基因片段 非基因片段 若发生在非基因片段，则不属于基因突变。 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 碱基对 对氨基酸序列的影响 影响范围 替换 只改变 个氨基酸的种类或 替换的结果也可能使肽链 。 增添 插入或缺失位置 不影响， 影响缺失或插入位置 的序列 ①增添或缺失的位置越 ，对肽链的影响越大； ②增添或缺失的碱基数是 ，则一般仅影响个别氨基酸 缺失 小 合成终止 前 后 靠前 大 大 1 不改变（密码子的简并性） 3的倍数 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动2：利用基因突变模拟器探究突变效应 基因突变一定会导致蛋白质中氨基酸序列发生改变吗？我们利用基因突变模拟器来分析。 老师介绍一下模拟器：有替换、增添、缺失三类突变类型。先选择突变类型，确定突变位点，输入替换后的碱基，按执行突变，对比前后序列。记录结果由此得出结论：碱基替换，可能改变一个氨基酸，可能提前终止，也可能没有影响，因为密码子具有简并性。如果替换发生在终止密码子，还可能延迟终止。所以替换的影响范围比较小。增添和缺失，不影响位点前的序列，但会改变位点后的全部序列，影响范围更大。而增添或缺失的碱基数是3 的倍数时，一般只影响少数氨基酸，后续序列不变。基因突变一定会导致氨基酸序列改变吗？不一定！因为密码子具有简并性，突变后编码的还是同一种氨基酸。镰状细胞贫血患者的后代一定会患病吗？亲子代之间的桥梁是生殖细胞。如果突变发生在生殖细胞，可能传给后代；如果发生在体细胞，一般不会遗传给后代，这就是基因突变的遗传性。 ● 解析： 如果增添或缺失的是3的倍数（如3个），只会在肽链中增加或减少一个氨基酸，不会引起阅读框移位，影响相对较小。 1.如图表示基因突变的几种类型，请分析回答问题： (1) 方式 1：碱基______；方式 2：碱基______；方式 3：碱基______。三者均引起基因__________改变。 基因突变______（能 / 不能）在光学显微镜下观察到。 (2) 对性状影响最小的是方式______，原因是：这种方式一般只改变一个氨基酸或不改变氨基酸；而碱基的增添 / 缺失会影响后续多个氨基酸。 (3) 基因突变易发生在__________。原因：DNA 复制时，解旋为单链后稳定性降低，易受干扰发生碱基改变。 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 增添 不能 基因碱基序列 缺失 替换 细胞分裂间期 替换 资料4：DNA复制时可能出现错误，如碱基错配、缺失或插入等。 这些错误若未被细胞及时修复，可能导致β珠蛋白基因突变。 资料1：紫外线可诱导DNA相邻的嘧啶碱基形成二聚体，扭曲DNA结构，可能引起β珠蛋白基因突变。 资料2：亚硝酸盐可使DNA中的碱基脱氨基，如将胞嘧啶脱氨基转化为尿嘧啶，可能引起β珠蛋白基因突变。 资料3：某些病毒的遗传物质可整合到宿主细胞的基因组中，可能插入β珠蛋白基因中，引起基因突变。 物理因素 化学因素 生物因素 内因 外因 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动3：分析引起β珠蛋白基因突变的因素并将其归类。 所有生物都可能发生基因突变。那么，基因突变是在什么情况下发生的？我们结合资料分析诱因并归类。 资料1：基因突变在生物界普遍存在，原核生物、真核生物、病毒均可发生。如 β 珠蛋白基因突变可引发贫血，细菌、病毒基因突变也会改变其性状。 资料2：自然状态下基因突变的频率很低，如人类β珠蛋白基因自然突变率仅约10-6～10-7，多数人该基国序列正常。 普遍性 低频性 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动4：结合以下资料，辨析基因突变的特点。 【资料1】二战时，美国在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，导致以后大量畸形胎儿出生，畸形生物出现。 【资料2】苏丹红的致癌原理：苏丹红进入人体后，在过氧化物酶的作用下形成苯和萘环羟基衍生物，进一步生成自由基，自由基可以与DNA、RNA等结合，从而产生致癌作用。 【资料3】乙肝病毒的致癌原理：肝炎病毒的基因融合于肝细胞的基因，使肝细胞发生变异。肝脏炎症的不断刺激，使肝细胞进一步变异，肝细胞不凋亡，而且不断地再生，就形成了肿瘤。 资料3：β 珠蛋白基因突变可发生在胚胎发育阶段的造血干细胞或成年个体的红细胞前体细胞中；可发生在该基因所在的 DNA 分子上，也可发生在不同DNA分子或同一DNA分子的不同部位。 资料4：一个基因可朝不同方向突变，产生多个等位基因。如野生型正常β珠蛋白基因（βA），可突变为βS（镰状细胞贫血相关）、βT（轻度贫血相关）、β0（完全无法合成β珠蛋白）等多个等位基因。 任何时期 不同部位 方向和结果的多样性 随机性 不定向性 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 活动4：结合以下资料，辨析基因突变的特点。 我们该如何辩证看待基因突变的利害？突变一定有害吗？不一定，一定有利吗？也不一定。有害还是有利，取决于环境。环境变了，有利可能变有害，有害也可能变有利。 基因突变的意义 基因突变 产生 的途径 生物变异的根本来源 产生新性状 生物进化的原始材料 是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，生物进化的原始材料。 新基因（等位基因） 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 如果基因突变发生在调控细胞增殖的基因中，可能导致细胞分裂失控，甚至引发癌变。我们以结肠癌为例继续分析。 1.从基因角度看，结肠癌发生的原因是什么？ 结肠癌发生的原因是相关基因(包括抑癌基因Ⅰ、原癌基因、抑癌基因Ⅱ、抑癌基因Ⅲ)发生了突变。 解释结肠癌发生的简化模型 分析结肠癌发生的原因并归纳概述细胞癌变的原因 【任务2】 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 原癌基因和抑癌基因是一类基因，而不是一个基因。 癌细胞是多个基因突变的结果，癌变是一个逐渐积累的过程。 2.健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗？作用分别是什么呢？ 表达的蛋白质是细胞正常的生长和繁殖所必须的。 表达的蛋白质能抑制细胞的生长和繁殖，或者促进细胞凋亡 原癌基因 相应蛋白质活性过强 突变或 过量表达 细胞癌变 蛋白质活性减弱或失去活性 突变 细胞癌变 可能 可能 抑癌基因 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 思考：癌细胞与正常细胞相比，具有哪些明显的特点？ ①能够无限增殖； ②形态结构发生显著变化； ③细胞膜上糖蛋白等物质减少，细胞间黏着性降低，易在体内分散和转移。 正常的成纤维细胞 癌变的成纤维细胞 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 癌基因学说认为，致癌因子能导致细胞周期失控，细胞过度增殖，引发细胞癌变，根本原因是  (　　 ) A.阻止细胞的不正常分裂               B.原癌基因和抑癌基因发生突变 C.引发致癌蛋白高度表达               D.肿瘤抑制蛋白不能正常发挥作用 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 答案：B 生活中，你要如何做才能降低患癌症的风险？ 与社会的联系 ①预防：远离致癌因子，保持良好的心理状态，养成健康的生活方式。 ②诊断：病理切片的显微观察、CT、核磁共振以及癌基因检测等。 ③治疗：手术切除、化疗和放疗等。 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 学完本节课，请大家思考讨论：作为青少年，我们该如何降低基因突变的风险？在日常生活中我们应当怎样预防癌症？ 课堂小结 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 1.镰刀型细胞贫血症患者患病的根本原因是（    ） A．血红蛋白分子运输氧的能力下降 B．血红蛋白分子一条多肽链发生变化 C．控制合成血红蛋白分子的DNA 发生变化 D．缺氧条件下红细胞会发生破裂 【答案】C 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 2.(2024高考真题）中医古籍《卫济宝书》中最早使用了“癌”的病名，并论述了各种治法。下列关于癌细胞的叙述，错误的是(　 ) A.可通过显微镜下观察细胞的形态结构对其是否癌变进行初步诊断 B.癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少，容易分散和转移 C.癌细胞的无限增殖是由正常基因突变为原癌基因引起的 D.日常生活中远离致癌因子可减少癌症的发生 C 原癌基因和抑癌基因突变 课堂检测 23 课后作业 探究概念 形成概念 延伸概念 潜移概念 感知概念 基础题 1. 写出细胞癌变的原因。 2. 镰状细胞贫血的直接原因和根本原因分别是什么？ 提升题 1. 为什么碱基替换对性状的影响通常比增添、缺失小？ 2. 体细胞中的基因突变能不能遗传给后代？为什么？ 拓展题 1. 请用一句话说明碱基编辑疗法能治愈镰状细胞贫血的原理。 2. 有人说“基因突变都是有害的”，请你结合所学知识进行辩证评价。 原始序列 DNA模板链： DNA编码链： mRNA： 氨基酸序列： 突变控制 突变类型： 点突变 插入 删除 突变位置（多个用逗号分隔）： 突变碱基（多个用逗号分隔）： 应用突变 突变后序列 DNA模板链： DNA编码链： mRNA： 氨基酸序列： $