第四章 第2节 基因的表达（课件）-《生物基础》（厦门大学出版社）同步精品课堂

第四章 遗传和变异 第二节 基因的表达 《生物基础》（厦门大学出版社） 01 学习目标 02 教学引入 03 知识讲授 CONTENTS 目 录 04 师生互动 05 课堂练习 06 课堂小结 学习目标 01 知识目标：掌握染色质与染色体的关系；掌握基因的概念（具有遗传效应的DNA片段）；掌握转录的过程、场所、条件及产物；掌握翻译的过程、场所、条件及产物；掌握密码子的概念及遗传密码表的使用；掌握中心法则的内容及意义；理解基因通过控制蛋白质合成控制性状的两种方式。 学习目标 02 技能目标：能区分转录与翻译的过程；能运用密码子表判断氨基酸序列；能描述基因表达的全过程；能解释基因如何控制性状。 视频引入 生物课上，老师问：“我们和父母长得像，是因为我们从父母那里获得了什么？”小明说：“获得了基因。”小红追问：“那基因是什么？它在细胞里怎样发挥作用？” 老师解释道：“基因是DNA分子上的功能片段，它像一张‘设计蓝图’，告诉细胞怎样制造蛋白质。从DNA到蛋白质，中间需要经过‘转录’和‘翻译’两个步骤。” 小丽问：“那DNA在细胞核里，蛋白质在细胞质里合成，DNA的信息是怎样传到细胞质中的？” 教学引入 教学引入 问题： 2 1 3 染色质和染色体是什么关系？ 基因的本质是什么？它和DNA有什么关系？ DNA的信息是怎样传递给RNA的？（转录） 教学引入 要回答这些问题，我们需要学习基因的表达过程。今天我们就来学习第四章第二节——基因的表达。 知识讲授 Part 01 染色体与基因 知识讲授 一、染色质与染色体的关系 核心概念染色质和染色体是细胞中同一物质在不同时期的两_种状态。 染色质的定义： 染色质是染色体在细胞分裂的间期所表现的形态，呈纤细的丝状结构，又称染色质纤丝。 染色体的定义： 染色体是细胞分裂期染色质细丝高度螺旋化、缩短变粗形成的圆柱状或杆状结构。 知识讲授 一、染色质与染色体的关系 二者关系: 比较项 染色质 染色体 时期 细胞分裂间期 细胞分裂期（特别是中期最清晰） 形态 纤细丝状 圆柱状或杆状 关系 同一物质在不同时期的两_种状态 知识讲授 二、染色体的结构 核心概念:每条染色体含有一个DNA分子，由DNA和蛋白质组成。 染色体的组成： 染色体 = DNA + 蛋白质 人的最长染色体在分裂间期伸展时长达85mm，在中期卷缩成为直径0.5μm、长度仅10μm的染色体。可见染色体的螺旋化程度之高。 知识讲授 三、基因的概念 核心概念：基因是具有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位。 基因的定义：基因是具有遗传效应的DNA片段。 基因与DNA的关系： 基因的本质：基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。 不同的基因含有不同的遗传信息。 关系 说明 每条染色体 含1个DNA分子 每个DNA分子 含很多个基因 每个基因 含成百上千个脱氧核苷酸 不同基因 脱氧核苷酸排列顺序不同 → 遗传信息不同 知识讲授 四、基因组与人类基因 核心概念：基因组是一个物种单倍体染色体上的全部基因。 基因组：基因组（染色体组）是指一个物种单倍体的染色体数目，它包含了该物种自身的所有基因。 人类基因： 人类基因是指人类细胞中所有包含蛋白质编码基因的DNA序列的总和。 重点提示： 基因组 ≠ 基因（基因组是全部基因的总和） 人类基因组计划（HGP）已完成人类全部基因的测序 知识讲授 例题分析 请对比“染色质”“染色体”“基因”三个概念在本质、形态、关系三个方面的区别。 对比项 染色质 染色体 基因 本质 DNA+蛋白质（细丝状） DNA+蛋白质（棒状） DNA片段（有遗传效应） 形态 丝状 杆状/圆柱状 分子水平（非显微镜可见） 关系 与染色体是同一物质不同时期 与染色质是同一物质 DNA上的功能单位 师生互动 知识点背诵 1、染色质和染色体是什么关系？ 2、基因的本质是什么？基因和DNA有什么关系？ 【答案】染色质和染色体是细胞中同一物质在不同时期的两_种状态。染色质是分裂间期纤细丝状的状态，染色体是分裂期高度螺旋化、缩短变粗的状态。 【解析】它们本质相同（都是DNA+蛋白质），形态不同。 【答案】基因是具有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位。每个DNA分子上有很多个基因，不同基因的脱氧核苷酸排列顺序不同，遗传信息也不同。 【解析】基因是DNA上的功能单位，不是整个DNA。 师生互动 随机提问： 1、为什么说基因是决定生物性状的基本单位？ 【答案】基因通过控制蛋白质的合成来控制性状。不同的基因含有不同的遗传信息，指导合成不同的蛋白质，不同的蛋白质决定不同的性状。 【解析】基因→蛋白质→性状，是基因表达的基本逻辑。 2、人的体细胞中有46条染色体，每个体细胞含多少个DNA分子？多少个基因？ 【答案】每个体细胞含46个DNA分子（每条染色体1个）。每个DNA分子上含很多个基因，人类基因总数约2~2.5万个。 【解析】基因数远多于染色体数，说明每条染色体上含多个基因。 课堂练习 1、选择题：基因的本质是（ ） A. 具有遗传效应的DNA片段 B. 具有遗传效应的RNA片段 C. 蛋白质 D. 染色体 2、填空题：染色质和染色体是细胞中 ________ 在不同时期的 ________ 状态。 【答案】A 【解析】基因是具有遗传效应的DNA片段。B是部分RNA病毒的基因（但教材定义以DNA为主），C蛋白质不是基因，D染色体是基因的载体。 同一物质 两种 课堂练习 3、判断题：基因中脱氧核苷酸的排列顺序决定了遗传信息。（ ） 【答案】正确 【解析】基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息——不同排列顺序决定不同遗传信息。 4、简答题：请简述基因与DNA的关系。 【答案】 基因是具有遗传效应的DNA片段。每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因由成百上千个脱氧核苷酸组成。不同基因的脱氧核苷酸排列顺序不同，因此含有不同的遗传信息。 背诵记忆 染色质和染色体是同一物质在不同时期的两_种状态。基因是具有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位。每条染色体含1个DNA分子，每个DNA分子含很多个基因。基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，不同基因含有不同的遗传信息。 基因是DNA上的功能片段，它如何控制性状呢？基因通过控制蛋白质的合成来实现对性状的控制。但DNA在细胞核中，蛋白质在细胞质中合成，DNA的信息怎样传递到细胞质中？下面进入第二段：基因控制蛋白质的合成。 知识讲授 Part 02 基因控制蛋白质的合成 知识讲授 一、基因表达概述 核心概念：基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。 基因表达的定义 ： 基因的表达是指基因通过DNA控制蛋白质的合成来实现对性状控制的过程。 为什么需要RNA作为媒介？： DNA主要存在于细胞核中 蛋白质的合成在细胞质中进行 DNA不能直接进入细胞质 需要RNA作为媒介，将DNA的遗传信息传递到细胞质 知识讲授 二、转录的过程 核心概念：转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，发生在细胞核中。 转录的定义： 转录是指在细胞核内，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。 RNA与DNA碱基的差异： 核酸 碱基组成 DNA A、G、C、T（胸腺嘧啶） RNA A、G、C、U（尿嘧啶） 知识讲授 二、转录的过程 转录时碱基配对：A—U，G—C，T—A（以U代替T与A配对） 转录的产物： 转录合成的RNA称为信使RNA（mRNA），携带DNA的遗传信息。 知识讲授 三、翻译的过程 核心概念：翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，发生在核糖体中。 翻译的定义：翻译是指在细胞质中，以信使RNA（mRNA）为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 翻译的条件： 条件 内容 模板 mRNA（信使RNA） 原料 20种氨基酸 场所 核糖体 工具 tRNA（转运RNA） tRNA的功能： 转运RNA（tRNA）：运载氨基酸的工具 每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸 tRNA一端携带氨基酸，另一端有3个碱基（反密码子），与mRNA上的密码子配对 知识讲授 四、密码子 核心概念：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子。 密码子的定义：密码子是指信使RNA（mRNA）上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。 密码子的特点: 特点 说明 三联体 3个碱基决定1个氨基酸 简并性 1种氨基酸可以有多个密码子 特异性 1个密码子只对应1种氨基酸 起始密码子 AUG（甲硫氨酸，也是起始信号） 终止密码子 UAA、UAG、UGA（不编码氨基酸） 知识讲授 四、密码子 表4-1 20种氨基酸的密码子表: 第一个字母 第二个字母 第三个字母 U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U,C,A,G 亮氨酸 丝氨酸 终止 终止 亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U,C,A,G 亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U,C,A,G 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U,C,A,G 缬氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 知识讲授 五、翻译的具体过程 核心概念：翻译是核糖体在mRNA上移动，按照密码子顺序合成肽链的过程。 翻译的过程: 步骤 内容 ①起始 mRNA从核孔进入细胞质，与核糖体结合 ②氨基酸转运 tRNA携带氨基酸进入核糖体，反密码子与mRNA密码子配对 ③肽键形成 两个氨基酸之间形成肽键，肽链延伸 ④核糖体移动 核糖体在mRNA上移动3个碱基位置，接受下一个tRNA ⑤终止 遇到终止密码子（UAA、UAG、UGA），肽链合成终止 知识讲授 六、中心法则 中心法则表达了遗传信息流动的方向。 中心法则的提出者： 克里克提出“中心法则”，表述遗传信息的流动方向。 中心法则的基本内容: 知识讲授 六、中心法则 遗传信息的一般流动方向： ①DNA → DNA（复制） ②DNA → RNA → 蛋白质（转录和翻译） 中心法则的补充： 在某些病毒中： RNA可以自我复制（RNA病毒） RNA可以在逆转录酶作用下合成DNA（如HIV） 重点提示： 逆转录过程是对中心法则的补充和发展，不是否定。 知识讲授 例题分析 请对比“转录”与“翻译”在场所、模板、原料、产物、碱基配对五个方面的区别。 对比项 转录 翻译 场所 细胞核 细胞质（核糖体） 模板 DNA的一条链 mRNA 原料 4种核糖核苷酸 20种氨基酸 产物 mRNA（RNA） 蛋白质（多肽链） 碱基配对 A—U，G—C，T—A tRNA反密码子与mRNA密码子配对 师生互动 知识点背诵 1、什么是转录？它在什么场所进行？产物是什么？ 2、什么是翻译？它在什么场所进行？需要哪些条件？ 【答案】转录是指在细胞核内，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。产物是信使RNA（mRNA）。 【解析】转录是基因表达的第一步，将DNA的遗传信息传递给RNA。 【答案】翻译是指在细胞质的核糖体中，以mRNA为模板合成蛋白质的过程。需要20种氨基酸（原料）、tRNA（运载工具）、酶和能量。 【解析】翻译是基因表达的第二步，将RNA的信息转化为蛋白质的氨基酸序列。 课堂练习 1、选择题：转录和翻译的场所分别是（ ） A. 细胞核、细胞核 B. 细胞核、核糖体 C. 核糖体、细胞核 D. 核糖体、核糖体 2、填空题：基因表达包括 ________ 和 ________ 两个阶段。 【答案】A 【解析】转录在细胞核中进行，翻译在核糖体（细胞质）中进行。 转录 翻译 课堂练习 3、判断题：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。（ ） 【答案】正确 【解析】每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸，但1种氨基酸可以由多种tRNA转运。 4、简答题：请简述中心法则的基本内容。 【答案】 中心法则表达遗传信息的流动方向： ①遗传信息可以从DNA流向DNA（DNA的复制） ②遗传信息可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质（转录和翻译） 补充：在某些病毒中，RNA可以自我复制，也可以在逆转录酶作用下合成DNA。 背诵记忆 序号 核心知识点 关键内容 1 染色质与染色体 同一物质在不同时期的两种形态 2 基因的本质 具有遗传效应的DNA片段 3 基因与DNA 每个DNA含很多个基因 4 转录场所 细胞核 5 转录模板 DNA的一条链 6 转录产物 mRNA 7 翻译场所 核糖体（细胞质） 背诵记忆 序号 核心知识点 关键内容 8 翻译模板 mRNA 9 翻译工具 tRNA 10 密码子 mRNA上3个相邻碱基 11 起始密码子 AUG 12 终止密码子 UAA、UAG、UGA 13 中心法则 DNA→DNA；DNA→RNA→蛋白质 14 逆转录 RNA→DNA（逆转录酶） 15 基因控制性状 方式一：酶→代谢；方式二：蛋白质结构 师生共同回顾：基因是具有遗传效应的DNA片段，位于染色体上。基因的表达通过“转录”将遗传信息传递给mRNA，再通过“翻译”指导蛋白质的合成。这就是“中心法则”的核心内容。基因对性状的控制主要通过两种方式：一是通过控制酶的合成来控制代谢过程；二是直接控制蛋白质分子的结构。理解这一过程，有助于我们从根本上认识生命的奥秘和遗传病的成因。 课堂小结 拓展提升 如果转录过程中某个碱基发生错误，合成的蛋白质会怎样？ 为什么说“基因是生命信息的基本单位”？ 课堂总结 课后作业 2 1 3 梳理本节课知识点 完成同步练习 预习下一节课的内容 结束 基因的表达揭示了遗传信息从DNA到蛋白质的流动过程——转录在细胞核中将DNA的信息传递给mRNA，翻译在核糖体中由mRNA指导氨基酸组装成蛋白质。中心法则概括了遗传信息流动的方向，而基因通过控制酶的合成或蛋白质结构来最终控制性状。从基因到蛋白质，从分子到性状，这是一个完整的“信息链”。希望大家通过今天的学习，能够理解“基因怎样决定性状”的奥秘，做一名“知基因、懂表达、爱科学”的优秀学子！ 感谢观看 $