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原核生物真核生物操纵元调控。多样化调控，更为复杂。基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组大，人类基因组全长3×109bp，编码10万个基因，其余为重复序列。基因分布在同一染色体上，操纵元控制。DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。适应外界环境，操纵元调控表达。基因差别表达是细胞分化和功能的核心。转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控原核生物真核生物操纵元调控。多样化调控，更为复杂。基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组大，人类基因组全长3×109bp，编码10万个基因，其余为重复序列。基因分布在同一染色体上，操纵元控制。DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。适应外界环境，操纵元调控表达。基因差别表达是细胞分化和功能的核心。转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控原核生物原核生物真核生物真核生物操纵元调控。操纵元调控。多样化调控，更为复杂。多样化调控，更为复杂。基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组小，大肠杆菌：总长4.6×106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组大，人类基因组全长3×109bp，编码10万个基因，其余为重复序列。基因组大，人类基因组全长3×109bp，编码10万个基因，其余为重复序列。基因分布在同一染色体上，操纵元控制。基因分布在同一染色体上，操纵元控制。DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。适应外界环境，操纵元调控表达。适应外界环境，操纵元调控表达。基因差别表达是细胞分化和功能的核心。基因差别表达是细胞分化和功能的核心。转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控授课题目第四篇遗传与变异——22基因表达调控授课时间第次课，第周星期第节课时2授课班级授课场所教学目标与要求能力目标知识目标素质目标1.通过原核生物和真核生物不同基因表达调控方式的比较学习，加强学生知识间的联系，培养其对比分析理解的能力；2.通过果蝇发育过程，培养学生读图、识图的能力。1.理解不同的细胞有特异的基因表达方式；2.了解真核生物基因表达的调控方式；3.以果蝇为例，理解发育是在基因的调控下进行的。1.理解基因表达调控的精妙，体会生物不同器官系统的发育形成过程，感悟生命的精彩；2.理解生物学中核心理念：多样性中存在有统一性。重点难点教学重点：1.真核生物基因表达调控的不同方式；2.果蝇发育过程中基因调控的作用；教学难点：1.转录调控序列的作用机理；2.RNA转录后的加工和剪接；3.果蝇发育过程中基因调控的作用。教学基本内容(教学进程)方法及手段导言：细胞中的基因并不是同时在表达，而是有些基因被启动而有活性，另外一些基因保持沉默而不表达，或者在某些情况下基因的表达活性增加了，有的则减弱了表达活性，这些深层次的生命现象中存在着基因表达的调控机制。多细胞生物，通过基因表达的调控实现细胞的分化，形态发生和个体发育过程。第一课时22.3真核生物的基因表达调控对于每一真核生物基因组来说，有成千成万个基因构成。这些基因并不是在任何发育阶段，任何组织、器官中均处于活化的阶段，只有少数看家基因始终处于活化状态。多细胞生物的生长发育能够有条不紊地进行，是由于组成生物体复习原核生物的基因表达调控。启发学生思考真核生物基因与原核生物的不同。的基因，在时间上和空间上顺序选择表达的结果。真核基因组结构庞大，约3×109bp，其中有单顺反子，并含有大量重复序列。基因不连续性，还有内含子和外显子。非编码区较多，多于编码序列（9:1）。个体发育复杂，受环境影响较小。所以真核生物基因表达调控是多层次的，包括基因组水平、转录水平、转录后、翻译水平、翻译后等。但主要机制是转录水平的调节，其次为转录后水平、DNA水平、翻译及翻译后水平等。22.3.1不同的细胞有特异的基因表达方式真核细胞的特异性是他们表达特定的基因而造成的。多细胞生物的细胞分化，是选择性基因表达的结果。22.3.2DNA的包装影响基因的表达在细胞周期的不同阶段遗传物质的包装形式在发生变化。只有处在特定染色质结构变化区的基因才能表达。真核细胞的染色体上有数量巨大的基因，是一个精密的、多层次的折叠和压缩机制。染色质（分裂间期）、染色体（细胞分裂期）组成：DNA、组蛋白、非组蛋白和少量的RNA。核小体由外周的DNA和8个组蛋白分子组成，是染色体的基本结构单位。可能通过组织与转录相关的酶接近DNA分子的方式起到了调节基因表达的作用。染色体的四级结构：核小体，6-7倍；螺线管纤维，6倍；环状螺线管；染色体。染色体包括异染色质区和常染色质区，异染色质区结构更紧密，螺旋程度更高。常染色质：转录（念珠状结构）或不转录（30nm纤维凝缩的染色质环组成）。凝缩程度低。异染色质：不转录。高度凝缩、卫星DNA组成。所以基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录前特定的区域被解旋而变得疏松，膨大形成“胀泡”，该区域RNA转录活跃。胀泡的出现是基因开启与关闭的信号。22.3.3异染色质化与基因的表达失活哺乳类，包括人类含有22对常染色体加一对性染色体，女性XX，男性XY。雌性哺乳动物在其胚胎发育早期，体细胞核中的两条X染色体中会有一条随机失活，称为巴氏小体。而且这种失活会随着以后的细胞分裂传给子代细胞。失活了的X染色体上的部分基因不表达。巴氏小体的特征：（1）巴尔小体是一个失活的X染色体；（2）在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个X染色体中有一个X染色体在受精后的第16天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宫壁时）失活；（3）两条X染色体中哪一条失活是随机的；（4）X染色体失活后，细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色体都是失活的；（5）生殖细胞形成时失活的X染色体可得到恢复。22.3.4蛋白质组装启动真核细胞的转录真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA序列，称为转录调控序列。转录调控序列能够被转录调节蛋白（转录因子、阻遏物）特异识别和结合，从而影响基因表达活性。概述真核生物基因表达调控的方式。图片理解不同细胞基因表达的不同。复习染色体的结构组成，打比方让学生理解包装对于基因表达的影响。学生阅读材料，自主分析巴氏小体的特征，并通过玳瑁猫的实例进一步理解。1.转录调控序列包括启动子、增强子和沉默子。增强子——远离转录起始点、增强启动子转录活性的DNA序列。通过启动子起作用，与距离无关，无方向性。沉默子——抑制转录的调控序列。2.增强子作用机理---成环模型增强子通过一些蛋白质因子的介导可与远距离的启动子结合，使DNA形成了一个环，从而促使远距离的启动子的转录，使RNA聚合酶能够正确地连接在启动子上。22.3.5真核细胞的RNA转录后的加工1.断裂基因真核生物的基因中，编码氨基酸的序列常常被一些非编码区所隔开，编码区和非编码区交替存在，称为断裂基因。外显子：真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。内含子：真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。2.RNA转录后加工转录后形成的初始转录物需要经过复杂的加工后才能产生成熟的mRNA，再进入细胞质翻译成特定的蛋白质。初始转录物包括含有全部基因的DNA序列，是mRNA的前体，也称为不均一核RNA（hnRNA）。其加工包括5’加帽，3’加尾、剪接和编辑等过程。（1）加帽：5’端加上一个7-甲基鸟苷三磷酸（m7Gppp）。保护前体RNA免受外核酸酶的降解、与40S核糖体亚基识别。（2）加尾：3’段加上一个多聚腺苷酸序列（50-200个腺苷酸），即polyA尾。免受核酸酶降解、与mRNA从核内输入细胞质有关。某些前mRNA含有一个以上的polyA添加位点，可以在不同的情况下（如在不同的细胞类型中）产生出不同的成熟mRNA。所以poly（A）添加位点是可变的。3.RNA剪接和编辑RNA离开细胞核前，将hnRNA中的内含子切除，产生一个由外显子彼此相连，具有连续编码区的成熟mRNA分子，是基因表达调控的一个重要环节。选择性剪接：在mRNA前体的剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟mRNA中是可以选择的，这种剪接方式称为选择性剪接。细胞可以通过不同的剪接方式，从同一个RNA转录物产生不同的mRNA分子，在不同器官中翻译成不同蛋白质。可变mRNA加工的类型：利用不同的启动子、利用不同的poly（A）位点、选择性剪接。第二课时22.4发育是在基因调控下进行的22.4.1果蝇是研究发育的理想的模式生物胚胎发育一直是生物学中重要的研究课题。由受精卵经过多次细胞分对比原核生物的基因表达调控，理解转录调控序列。图片理解内含子与外显子。利用教材中的图片，讲解RNA加帽和加尾过程。举例说明不同的RNA剪接形成不同的产物，理解其重要性。展示果蝇的图片，讲解果蝇的结构特裂，形成许多细胞，这些细胞再分化成不同的组织，最后长成为一个完整的个体。有时基因的突变会造成这个复杂的过程不能完美地发生，而产生畸形的个体。果蝇是研究发育最为理想的模式生物。已有研究包括：基因异位表达的突变体、调控发育的基因、发育的图式形成等。另控制果蝇发育的基因也位于其他许多生物中，包括人类在内。22.4.2基因在果蝇胚胎前后轴发育中的作用22.4.3同源异形基因是发育的主要控制基因果蝇卵泡外表面含有一层滤泡细胞，它包围在滋养细胞的四周，滋养细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞通过胞质桥彼此相连，也和卵母细胞的两侧相通。母体基因→分节基因→同源异形基因。同源异形基因在染色体上的排列顺序和体节特征结构的空间表达的顺序是相对应的。每一种同源异性基因都有一个共同的含180个核苷酸的序列，称为同源异形框，编码一个含60个氨基酸的多肽片段。发育是一个连续变化的过程，每一个基因表达的产物都作为转录因子启动下一个基因的表达。这种基因表达的级联反应，一步一步越来越精细，使果蝇的机体发育的躯体规划显现出来。原核生物和真核生物基因表达调控的对比及生物发育过程的小结。点和已有的研究成果。提出疑问：为何果蝇能发育成复杂的头胸腹部，引发学生思考。利用教材中的图片讲解果蝇的发育过程，理解基因调控的作用。总结。思考题、作业、参考文献作业：P294页第4、7、9题教学体会