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第二章遗传的分子基础第三节遗传信息控制生物的性状第2课时中心法则、细胞分化及表观遗传课标内容要求核心素养对接1．概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质实现。2．概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。1．生命观念：根据结构和功能观，理解细胞分化的实质和表观遗传现象。2．科学思维：通过分类与比较，明确中心法则各生理过程的异同；构建基因控制性状的模型，理解基因与性状的关系。3．社会责任：了解白化病等，关注人类健康。教材研读探新知一、中心法则诠释了基因与性状的关系1．克里克提出的中心法则(1)内容：遗传信息可以从DNA流向DNA()，也可以从DNA流向(转录)，进而流向(翻译)。(2)图示：。蛋白质DNA自我复制RNA2．积极思维：遗传信息流是单向的吗？(1)事实：①流行性感冒病毒等病毒，在感染人体后，它们的RNA能够并以为模板指导的合成。②劳斯肉瘤病毒等病毒，能以为模板，反向合成一段，再以这段为模板，互补合成病毒。③朊病毒是一类不含而仅由构成的具有感染性的因子。朊病毒与蛋白质接触后能改变其，将其变为朊病毒。朊病毒能引起羊瘙痒症、疯牛病。RNA自我复制自身蛋白质RNA自身RNADNADNARNA核酸蛋白质正常折叠状态(2)基于以上事实，完善后的中心法则图示：________________________________。3．基因与生物性状的关系(1)基因控制性状的两种途径①基因――→控制――→控制生物体的性状。②基因――→控制――→控制――→控制生物体的性状。(2)一个基因一般控制性状。但是，基因和性状之间的关系也不总是，有时基因控制一个性状；有时一个基因影响性状。蛋白质的结构酶的合成代谢过程一个线性的多个多种二、细胞分化的本质是基因选择性表达1．在不同的体细胞中，虽然都一样，但却是有选择性的。例如：鸡的一些体细胞内基因和mRNA的有无分析(用“＋”表示有；“－”表示无)鸡的输卵管细胞未成熟的红细胞胰岛细胞基因＋＋＋卵清蛋白mRNA＋－－基因的表达基因组序列基因＋＋＋珠蛋白mRNA－＋－基因＋＋＋胰岛素mRNA－－＋2.基因选择性表达的机制非常复杂，涉及多种调控方式。例如，不参与蛋白质编码的(简称miRNA)也能在转录后介导对的降解，一些miRNA具有组织和，即只在特定的组织或起着调控作用。3．是多细胞生物个体发育的基础。微RNAmRNA特异性时序性某个发育阶段细胞分化三、表观遗传及其作用机制1．表观遗传(epigeneticinheritance)是指生物体基因的保持不变，而发生变化的现象。碱基序列表型可遗传2．作用机制(1)基因组表观遗传修饰具有和两种重要形式。(2)DNA甲基化主要发生在基因组DNA上某些区域的上，它的第5位碳原子和甲基之间通过共价键结合，被修饰为。(3)组蛋白修饰是指在生物体内不同酶的作用下，在的组蛋白不同氨基酸中加上的现象。这种修饰能改变____状态及其开放程度，进而调控基因的表达。DNA甲基化组蛋白修饰胞嘧啶5甲基胞嘧啶核小体多种化学基团染色质3．表观遗传现象实例(1)柳穿鱼花型改变的表观遗传现象①对称花型的柳穿鱼，基因Lcyc甲基化水平低，基因正常表达。②不对称花型的柳穿鱼，发生了高度，引起基因表达水平下降，最终导致柳穿鱼的花器官由对称变成了不对称。甲基化基因Lcyc(2)蜂王与工蜂的异型分化的表观遗传现象①营养条件：在一个蜂群中，所有刚孵化出来的幼虫都能取食。3天后，只有为数极少的幼虫能取食，发育为蜂王；绝大多数幼虫只能取食和，发育为工蜂。蜂王浆继续蜂王浆花粉花蜜②作用机制：一些研究表明，Dnmt3蛋白是一种，它是Dnmt3基因的表达产物，能在没有被甲基化的DNA区域添加。敲除Dnmt3基因后，蜜蜂幼虫发育为，这跟取食蜂王浆有相同的效果。这提示蜂王浆的作用之一应该与改变重要基因的有关。DNA甲基转移酶甲基基团蜂王甲基化特征判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．遗传信息流从DNA到RNA再到蛋白质是单向的。()2．白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。()3．某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。()4．两个个体的身高相同，二者的基因型可能相同，也可能不同。()5．人体肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。()6．胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。()7．ATP合成酶基因在不同细胞中选择性表达。()8．同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。()[答案]1．×提示：有些RNA病毒侵染宿主细胞后，能以自身RNA为模板，反向合成一段DNA。2．×提示：白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。3．√4.√5．×提示：基因相同，mRNA和蛋白质不完全相同。6．×提示：人体的每个细胞的基因相同，表达有差异。7．×提示：ATP合成酶基因在不同细胞中都表达。8．√核心突破提素能中心法则诠释了基因与生物性状的关系1．中心法则的内容及应用(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则(3)HIV等逆转录病毒的中心法则(4)高度分化的细胞内中心法则的表达式DNA――→转录RNA――→翻译蛋白质(5)能分裂的细胞内中心法则的表达式(1)逆转录需要逆转录酶。(2)逆转录和RNA复制只有在某些病毒复制时才能进行。(3)哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递。2．中心法则体现了DNA的两大基本功能(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。(2)表观遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。3．中心法则与基因表达的关系4．体现生物性状的物质(1)蛋白质是生命活动的主要承担者。部分结构蛋白直接参与生物体、细胞的结构组成，基因可通过控制结构蛋白的合成直接控制生物性状。(2)体现生物性状的部分物质的化学本质不是蛋白质，如甲状腺激素、色素、淀粉等，该类性状往往是通过基因控制酶的合成来实现的，即基因――→控制酶的合成――→控制产生该非蛋白质类物质的代谢过程――→进而控制生物性状。合作探究：下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？提示：A—DNA复制；B—转录；C—RNA复制；D—逆转录；E—翻译。1．下图表示生物界的中心法则，有关叙述正确的是()A．健康的人体内可以发生图中所有过程B．烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程C．⑤过程需要逆转录酶的参与D．该图揭示了遗传信息传递的一般规律D[分析题图可知，健康的人体内可以发生图中①DNA复制、②转录和③翻译过程，A项错误；烟草花叶病毒是RNA病毒，侵入宿主细胞后发生⑤RNA复制和⑥翻译过程，B项错误；④过程需要逆转录酶的参与，C项错误。]中心法则各生理过程快速确定的三大依据2．(多选)人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症，如图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径，据图分析正确的是()A．基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症B．由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制C．该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状D．基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病ABD[由题图可知，基因1不正常而缺乏酶1，则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸，导致苯丙酮尿症，A正确；由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用即需要基因1、基因2的控制，B正确；题图体现了基因通过控制酶的合成来控制生物代谢过程，进而控制生物体的性状，C错误；基因2突变，导致酶2不能合成，从而不能形成黑色素，使人患白化病，D正确。]细胞分化与表观遗传1．基因选择性表达的结果(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。2．表观遗传机制(1)基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。DNA甲基化主要发生在基因组DNA上某些区域的胞嘧啶上，它的第5位碳原子和甲基之间通过共价键结合，被修饰为5甲基胞嘧啶。组蛋白修饰是指在生物体内不同酶的作用下，在核小体的组蛋白不同氨基酸中加上多种化学基团的现象。这种修饰能改变染色质状态及其开放程度，进而调控基因的表达。(2)基因并不决定一切，许多现象不能简单地用基因型决定表型的遗传学理论来解释，而更可能是DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。合作探究：1．如图是人体三种细胞内的部分基因及它们的活动状态。(1)在所有细胞中均表达的基因称为管家基因，在特定的细胞中表达的基因称为奢侈基因。a、b、c、d属于管家基因的是哪一个？属于奢侈基因的是哪些基因？提示：(1)a；b、c、d。(2)若用胰岛素基因作探针检测A、B、C三类细胞的DNA分子，则其杂交带状况如何？若将探针改作检测胰岛素基因的mRNA，其杂交带状况如何？提示：A、B、C三类细胞中均含胰岛素基因，但该基因只有在A细胞中才能转录产生mRNA，故用胰岛素基因作探针，三类细胞均可形成杂交带，但改为检测胰岛素基因的mRNA，则只有A细胞能产生杂交带。2．表观遗传改变的和没改变的分别是什么？提示：改变的是基因表达和表型发生可遗传变化，没改变的是基因的碱基序列。1．(多选)将某人的胰岛A细胞和胰岛B细胞中的总mRNA提取出来(A－mRNA、B－mRNA)，以此为模板，在体外分别获得相应的单链DNA(A－cDNA、B—cDNA)。下列叙述正确的是()A．A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关B．获得相应单链DNA的过程需要逆转录酶C．A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列D．B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA不能与A－cDNA形成杂交链ABC[人体胰岛A细胞和胰岛B细胞具有相同的遗传信息，但遗传信息的执行情况不同，即发生了基因的选择性表达，故可以说A－mRNA与B－mRNA的不同与细胞分化有关，A正确；以RNA为模板合成DNA的过程称为逆转录，此过程需要逆转录酶的参与，B正确；胰岛A细胞也含有胰岛素基因，只是该基因不表达，即A－mRNA中不含指导胰岛素合成的mRNA，故A－cDNA中不含编码胰岛素的核酸序列，C正确；胰岛A细胞和胰岛B细胞中均含有呼吸酶，即A－mRNA和B－mRNA中均含有指导呼吸酶合成的mRNA，故B－mRNA中指导呼吸酶合成的mRNA可以与A－cDNA形成杂交链，D错误。]2．脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关，甲基化使基因失活，相应的非甲基化能活化基因的表达，以下推测正确的是()A．肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于甲基化状态B．肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于非甲基化状态C．肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态D．胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态D[分析题意可知，相应的非甲基化能活化基因的表达，肝细胞和胰岛B细胞中均存在呼吸酶，表明呼吸酶基因均处于非甲基化状态，肝细胞的胰岛素基因处于甲基化状态，胰岛B细胞的胰岛素基因处于非甲基化状态，A、B、C错误，D正确。][课堂小结]知识网络构建核心语句背诵1．基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。2.基因还能通过控制酶的合成控制代谢过程，进而间接控制生物性状。3.细胞分化的本质是基因的选择性表达，细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。4.表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。5.基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。6.基因并不决定一切，许多现象不能简单地用基因型决定表观的遗传学理论来解释，而更可能是DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。课堂检测速达标1．结合下图分析，下列叙述错误的是()A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中B．核苷酸