遺傳信息的傳遞和表達

1、第一節(jié)第一節(jié) 遺傳信息遺傳信息問題問題 相關研究相關研究 研究成果研究成果遺傳物遺傳物質是質是DNA還是還是蛋白蛋白質？質？19281928年年 英英 格里菲恩格里菲恩 肺炎雙球菌轉化實驗肺炎雙球菌轉化實驗 某種物質可以某種物質可以 促成轉化促成轉化19441944年年 美美 艾弗里艾弗里, , 完善肺炎雙球菌轉化實驗完善肺炎雙球菌轉化實驗 引起轉化的引起轉化的 物質是物質是DNA19521952年年 赫爾希和蔡斯赫爾希和蔡斯, , 噬菌體侵染細菌實驗噬菌體侵染細菌實驗 DNA是遺傳是遺傳物質物質用放射性同位素用放射性同位素35S標記外殼標記外殼蛋白質蛋白質細菌內無放射性細菌內無放射性用放射性

2、同位素用放射性同位素32P標記內部標記內部DNA細菌內有放射性細菌內有放射性DNA是是真真正正的的遺遺傳傳物物質質噬菌體侵染細菌的實驗噬菌體侵染細菌的實驗DNA是遺傳物質是遺傳物質問題問題 相關研究相關研究 研究成果研究成果DNA是怎樣是怎樣的結構組的結構組成？成？19531953年年 美美 沃森沃森 和和 英英 克里克克里克 ， 建立了建立了DNA結構模型結構模型 DNA是雙螺旋是雙螺旋 的空間結構的空間結構沃森(左) 克里克(右)TGACACTG脫氧核苷酸氫鍵氫鍵堿基對計算公式：計算公式： 條件：雙鏈中條件：雙鏈中 1）A = T，C = G 2）A + T + C + G = 1 3）A

3、 + G = C + T = 50%TGA脫氧核苷酸脫氧核苷酸堿基對堿基對多核苷酸鏈多核苷酸鏈1 1、如果一只小鼠的一段雙鏈、如果一只小鼠的一段雙鏈DNADNA分子中，鳥分子中，鳥 嘌呤嘌呤(G) (G) 所占比例為所占比例為2020，則胞嘧啶，則胞嘧啶(C)(C)所所 占比例是占比例是 。2 2、在、在1 1個個DNADNA分子中，若鳥嘌呤占堿基總數(shù)的分子中，若鳥嘌呤占堿基總數(shù)的 30%30%，則腺嘌呤占堿基總數(shù)的，則腺嘌呤占堿基總數(shù)的 。問題問題 相關研究相關研究 研究成果研究成果 DNA是是否就是遺否就是遺傳信息？傳信息？基因是有遺傳基因是有遺傳效應的效應的DNA片段片段 基因的功能基因

4、的功能 攜帶遺傳信息攜帶遺傳信息 控制蛋白質合成控制蛋白質合成 決定生物性狀決定生物性狀 體現(xiàn)生物性狀體現(xiàn)生物性狀第二節(jié)第二節(jié) DNADNA復制和復制和蛋白質合成蛋白質合成梅賽爾森梅賽爾森斯塔爾的實驗斯塔爾的實驗思考：思考：DNA復制的特點復制的特點新合成的雙鏈DNA分子中有一半是舊鏈，另一半是新鏈。 一、一、DNA復制復制每條子鏈與對應母鏈相結合，構成每條子鏈與對應母鏈相結合，構成1條新條新的的DNA分子。分子。解旋：解旋： 1條雙鏈條雙鏈DNA在酶的作用下相互分離（氫鍵在酶的作用下相互分離（氫鍵斷裂），形成斷裂），形成2條單鏈，稱為母鏈。條單鏈，稱為母鏈。合成：合成：子鏈以母鏈為模板，在酶

5、的作用下，以子鏈以母鏈為模板，在酶的作用下，以4種脫種脫氧核苷酸為原料，根據堿基互補配對的規(guī)律氧核苷酸為原料，根據堿基互補配對的規(guī)律形成子鏈。形成子鏈。聚合：聚合：1DNA2DNA 通過自我復制并傳遞給子代，是生物遺傳特性通過自我復制并傳遞給子代，是生物遺傳特性能保持相對穩(wěn)定的基礎。能保持相對穩(wěn)定的基礎。 DNA復制的概念：復制的概念：以以DNA分子為模板，合成相同分子為模板，合成相同DNA分子的過程。分子的過程。DNA復制的特點：復制的特點：第一，邊解旋邊復制；第二，半保留復制，即每第一，邊解旋邊復制；第二，半保留復制，即每個新的個新的DNA分子都是由親代分子的一條母鏈和分子都是由親代分子的

6、一條母鏈和一條新合成的子鏈組成。一條新合成的子鏈組成。DNA復制的意義：復制的意義：二、遺傳信息的轉錄：二、遺傳信息的轉錄：以以DNA分子中的一條多核苷酸鏈為模板合分子中的一條多核苷酸鏈為模板合成成RNA的過程。的過程。結構特點：結構特點：單鏈結構RNA的結構：基本單位：基本單位：核糖核苷酸核糖、磷酸、4種堿基（AUCG）（3）通過轉錄，）通過轉錄，DNA攜帶的遺傳信息傳遞給攜帶的遺傳信息傳遞給mRNA，mRNA分子內的堿基排列順序稱為遺傳密碼分子內的堿基排列順序稱為遺傳密碼，以三聯(lián)，以三聯(lián)體密碼子的形式存在。體密碼子的形式存在。轉錄過程：轉錄過程：（1）DNA是雙鏈，是雙鏈，mRNA是單鏈，

7、所以在轉錄時，是單鏈，所以在轉錄時，在酶的作用下，在酶的作用下，DNA片段雙鏈片段雙鏈邊解旋，邊以其中的邊解旋，邊以其中的一條鏈為模板合成一條鏈為模板合成mRNA。（2）RNA分子中沒有堿基分子中沒有堿基T，所以在轉錄時按照，所以在轉錄時按照AU、TA、GC、CG的互補配對規(guī)律合的互補配對規(guī)律合成具有一定堿基排列順序的成具有一定堿基排列順序的mRNA。師生互動練習：師生互動練習：已知一條已知一條DNA單鏈：單鏈：AAA ATC GGC TAT TCG GTC轉錄產生轉錄產生mRNA順序：順序： UUU UAG CCG AUA AGC CAG那么4種堿基如何決定20種氨基酸呢？三、遺傳信息的翻譯

8、：三、遺傳信息的翻譯：1、翻譯的概念：翻譯的概念：生物學上把堿基的序列變成氨基生物學上把堿基的序列變成氨基酸的序列。酸的序列。2、遺傳密碼的概念：遺傳密碼的概念：mRNA分子內的堿基序列。分子內的堿基序列。堿基與氨基酸兩者的序列之間存在著堿基與氨基酸兩者的序列之間存在著怎樣的對應關系呢？怎樣的對應關系呢？人們根據人們根據4種堿基和種堿基和20種氨基酸的關系，很顯然，種氨基酸的關系，很顯然，遺傳密碼的問題是遺傳密碼的問題是“4決定決定20”。分析分析：一個堿基不一個堿基不能決定一個氨基酸（能決定一個氨基酸（41），），兩個堿基也不能決定一兩個堿基也不能決定一個氨基酸（個氨基酸（42=16），），

9、三個堿基就可以決定一個氨三個堿基就可以決定一個氨基酸（基酸（43=64）,多于多于20種氨基酸的種類了。種氨基酸的種類了。把可決定一個氨基酸的把可決定一個氨基酸的mRNA上上的每的每三個三個相鄰堿基相鄰堿基稱為稱為“密碼子密碼子”（codon），），1967年，科學家們破譯了全部的年，科學家們破譯了全部的 64個密碼個密碼子。子。結論：結論：1. AUG、GUG（起始密碼子）（起始密碼子）2. UAA,UAG,UGA（終止密碼子）（終止密碼子）3.一個密碼子決定一個氨基酸一個密碼子決定一個氨基酸4. 一個氨基酸可有多個密碼子一個氨基酸可有多個密碼子（3）按照）按照mRNA上的堿基序列，各個上的

10、堿基序列，各個tRNA依次帶依次帶著特定的氨基酸進入核糖體，根據堿基互補原則，著特定的氨基酸進入核糖體，根據堿基互補原則，tRNA把運載來的氨基酸安放在相應的位置上，通過脫把運載來的氨基酸安放在相應的位置上，通過脫水縮合，形成一定的氨基酸序列，形成具有一定空間水縮合，形成一定的氨基酸序列，形成具有一定空間結構的蛋白質分子。結構的蛋白質分子。 翻譯的過程：翻譯的過程：（1）mRNA在細胞核中轉錄形成在細胞核中轉錄形成密碼信息后從核孔密碼信息后從核孔進入細胞質進入細胞質，與核糖體結合。，與核糖體結合。（2）合成所需的）合成所需的氨基酸由細胞質內的氨基酸由細胞質內的tRNA運送進核運送進核糖體糖體。

11、合成蛋白質的。合成蛋白質的20種氨基酸分別由不同的種氨基酸分別由不同的tRNA運送，運送，每一種每一種tRNA一端能攜帶一端能攜帶1個特定的氨基酸，另個特定的氨基酸，另一端有一端有3個堿基可與個堿基可與mRNA上的密碼子配對上的密碼子配對。中心法則：中心法則：逆轉錄逆轉錄轉錄轉錄翻譯翻譯復制復制復制復制總結：總結：1. 1. 場所場所: :2. 2. 模板模板: :3. 3. 原料原料: :4. 4. 條件條件: :5. 5. 原則原則: :6. 6. 過程過程: :7. 7. 結果結果: :8. 8. 意義意義: :復制復制細胞核細胞核轉錄轉錄翻譯翻譯比較：比較：DNA雙鏈雙鏈脫氧核苷酸脫氧

12、核苷酸酶酶A-T，C-G細胞核細胞核核糖體核糖體 邊解旋邊解旋, ,邊復制邊復制( (半保留式半保留式 ) )合成合成DNADNA將信息從親代將信息從親代傳遞給子代傳遞給子代酶酶酶，酶，tRNADNA信息鏈信息鏈mRNA將信息從細胞核將信息從細胞核傳遞到細胞質傳遞到細胞質將遺傳信息表達將遺傳信息表達, ,體現(xiàn)生物性狀體現(xiàn)生物性狀A-U，C-G密碼子密碼子邊解旋邊解旋, ,邊轉錄邊轉錄核糖體在核糖體在mRNAmRNA上移動上移動合成蛋白質合成蛋白質合成合成RNARNA核糖核苷酸核糖核苷酸氨基酸氨基酸3/1n2/2n2n22n222 / 2n探究活動：遺傳信息的錯誤傳遞探究活動：遺傳信息的錯誤傳遞

13、1、探究、探究DNA改變對蛋白質組成的影響改變對蛋白質組成的影響2、基因突變、基因突變DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTC TCC TTA GGT CTC CTT 第一種情況：正常第一種情況：正常mRNA1：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAG AGG AAU CCA GAG GAA多肽鏈多肽鏈1 1：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸 第二種情況：改變第二種情況：改變DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TT

14、G GGC TCC TTA GGT CTC CTTmRNA2：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CCG AGG AAU CCA GAG GAA多肽鏈多肽鏈2 2：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨 脯氨酸脯氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸第三種情況：改變第三種情況：改變DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTT TCC TTA GGT CTC CTT mRNA3：UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAA AGG AAU CCA GAG GAA多肽鏈多肽鏈3 3：

15、苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨谷氨酰氨精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸精氨酸天冬酰氨脯氨酸谷氨酸谷氨酸第四種情況：改變第四種情況：改變DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG ATC TCC TTA GGT CTC CTTmRNA4：UUU CCA GAG GAG AUU AAC UAG AGG AAU CCA GAG GAA多肽鏈多肽鏈4 4：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨終止密碼終止密碼 第五種情況：插入第五種情況：插入DNA：AAA GGT CTC CTC

16、TAA TTG GTC CTC CTT AGG TCT CCTT第六種情況：缺失第六種情況：缺失mRNA5:UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAG GAG GAA UCC AGA GGA A 多肽鏈多肽鏈5 5： 苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酰氨 谷氨酸谷氨酸絲氨酸精氨酸甘氨酸谷氨酸谷氨酸絲氨酸精氨酸甘氨酸 DNA：AAA GGT CTC CTC TAA TTG GTC T TTA GGT CTC CTTmRNA6: UUU CCA GAG GAG AUU AAC CAA GGA AUC CAG AGG AA

17、多肽鏈多肽鏈6 6：苯丙氨酸脯氨酸苯丙氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨谷氨酸谷氨酸異亮氨酸天冬酰氨 谷氨酰氨甘氨酸異亮氨酸谷氨酰氨精氨酸谷氨酰氨甘氨酸異亮氨酸谷氨酰氨精氨酸 復制復制異常異?；蛲蛔兓蛲蛔冪牭缎拓氀Y鐮刀型貧血癥第三節(jié)第三節(jié) 基因工程基因工程與轉基因生物與轉基因生物轉基因產品：轉基因產品：從具有抗蟲性狀的細菌從具有抗蟲性狀的細菌DNA分子中獲取抗蟲基因分子中獲取抗蟲基因將抗將抗蟲基因與運載體拼接成為重蟲基因與運載體拼接成為重組組DNA將重組將重組DNA導入選導入選育棉花細胞內育棉花細胞內抗蟲基因在抗蟲基因在該棉花細胞中表達。該棉花細胞中表達。 轉基因抗蟲棉轉基因抗蟲棉

18、限制酶限制酶EcoR限制酶限制酶HindA A G C T TT T C G A A一、基因工程概念一、基因工程概念 依據預先設計的藍圖，用人工方法將某依據預先設計的藍圖，用人工方法將某種生物的基因，接合到另一種生物的基因組種生物的基因，接合到另一種生物的基因組DNADNA中并使其表達，使后者獲得新的遺傳性中并使其表達，使后者獲得新的遺傳性狀，產生出人類所需要的產物，或創(chuàng)造出新狀，產生出人類所需要的產物，或創(chuàng)造出新的生物類型的現(xiàn)代生物技術。的生物類型的現(xiàn)代生物技術。二、基因工程的基本過程：二、基因工程的基本過程：1、演示基因工程的基本過程示意圖、演示基因工程的基本過程示意圖 2、以基因工程制造

19、人生長激素為例，說明基、以基因工程制造人生長激素為例，說明基因工程的基本過程。因工程的基本過程。 目前被較廣泛提取目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。基因操作的基本步驟基因操作的基本步驟、獲取目的基因、獲取目的基因將將需要的基因從供體生物需要的基因從供體生物的細胞內提取出來。的細胞內提取出來。供體生物細胞供體生物細胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶2 2、目的基

20、因與運載體重組、目的基因與運載體重組用與提取目的基用與提取目的基因相同的限制酶切割因相同的限制酶切割質粒使之出現(xiàn)一個切質粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入口，將目的基因插入切口處，讓目的基因切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對的黏性末端互補配對后，在連接酶的作用后，在連接酶的作用下連接形成重組下連接形成重組DNADNA分子。分子。3 3、重組、重組DNADNA分子導入受分子導入受 體細胞并使之擴增體細胞并使之擴增導入導入擴增擴增要讓目的基因表達，必要讓目的基因表達，必須將它導入受體細胞并進行須將它導入受體細胞并進行擴增。擴增。為獲得目的基因的表達為獲得目的基

21、因的表達產物時，通常以大腸桿菌等產物時，通常以大腸桿菌等無害易得的細菌為受體。為無害易得的細菌為受體。為改進某種生物時，將欲改進改進某種生物時，將欲改進的生物細胞為受體。的生物細胞為受體。4 4、篩選含目的基因的受體細胞、篩選含目的基因的受體細胞為保證目的基因得到有效利用，通常用大量為保證目的基因得到有效利用，通常用大量的受體細胞來接受不多的目的基因。這樣，處的受體細胞來接受不多的目的基因。這樣，處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。必須將它從中檢測出來。無表達產物無表達產物無表達產物無表達產物有表達產物有表達產物無表達產物無表

22、達產物細菌的檢測，將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，細菌的檢測，將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產物。淘汰無表達產檢測菌落中是否有目的基因的表達產物。淘汰無表達產物的菌落，保留有表達產物的進一步培養(yǎng)、研究。物的菌落，保留有表達產物的進一步培養(yǎng)、研究。多細胞生物的檢測，將每個受體細胞單獨培多細胞生物的檢測，將每個受體細胞單獨培養(yǎng)并誘導發(fā)育成完整個體，檢測這些個體是否攝養(yǎng)并誘導發(fā)育成完整個體，檢測這些個體是否攝入目的基因，攝入的基因是否表達（是否表現(xiàn)出入目的基因，攝入的基因是否表達（是否表現(xiàn)出相應的性狀）。淘汰無變化的個體，保留有相應相應的性狀）。淘汰無變化的個體，保留

23、有相應變化的個體進一步培養(yǎng)、研究。變化的個體進一步培養(yǎng)、研究。例：用棉鈴飼喂棉例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基目的基因或攝入目的基因未表達。如蟲吃后中因未表達。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達?？瓜x基因并得到表達。 基因工程在農業(yè)上的應用基因工程在農業(yè)上的應用 培育高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物培育高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物19831983年世界上第一例轉基因作物（煙草和馬鈴薯）問世；年世界上第一例轉基因作物（煙草和馬鈴薯）問世；19941994年延熟保鮮轉基因番茄在

24、美國批準上市；年延熟保鮮轉基因番茄在美國批準上市；20012001年各國已獲準上市的轉基因作物品種已達年各國已獲準上市的轉基因作物品種已達100100多個，僅美多個，僅美國即達國即達 5353個（次），包括番茄、大豆、玉米、棉花、油菜、個（次），包括番茄、大豆、玉米、棉花、油菜、水稻、馬鈴薯、西葫蘆、番木瓜、甜菜、菊苣、亞麻等水稻、馬鈴薯、西葫蘆、番木瓜、甜菜、菊苣、亞麻等1212種種作物。由轉基因作物生產加工的轉基因食品和食品成分已達作物。由轉基因作物生產加工的轉基因食品和食品成分已達40004000余種。其中，以大豆和玉米為原料的占余種。其中，以大豆和玉米為原料的占9090以上。以上。 基

25、因工程在農業(yè)上的應用基因工程在農業(yè)上的應用 培育抗逆性品種培育抗逆性品種將細菌的將細菌的抗蟲、抗病毒、抗抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗除草劑、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫高溫等抗性基因轉移到作物體等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉。性。如轉基因抗蟲棉?？瓜x基因作物的意義：抗蟲基因作物的意義： 減少農藥的用量，降低了生產的減少農藥的用量，降低了生產的成本，減少了農藥對環(huán)境的污染。成本，減少了農藥對環(huán)境的污染。 基因工程在畜牧業(yè)的應用基因工程在畜牧業(yè)的應用 繁殖具有繁殖具有抗病能力、高產仔率、高產奶率和高抗病能力、高產仔率、高產奶率和高質量質量的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物（如奶牛）。的皮毛等優(yōu)良品質的轉基因動物（如奶牛）。 該過程的重要步驟是重組該過程的重要步驟是重組DNA轉移到動物受精轉移到動物受精卵中。卵中。將人的生長激素基因和將人的生長激素基因和牛的生長素基因分別注射到牛的生長素基因分別注射到小白鼠受精卵中，得到的小白鼠受精卵中，得到的“