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一. 教學內(nèi)容： 基因結(jié)構(gòu)
二. 學習內(nèi)容： 本周學習基因的結(jié)構(gòu)和基因的表達。掌握真核和原核生物的基因結(jié)構(gòu)特點，兩者的基因結(jié)構(gòu)差異，區(qū)別編碼區(qū)域非編碼區(qū)的特點作用。
三. 學習重點： 1. 原核細胞和真核細胞的基因結(jié)構(gòu) 2. 基因結(jié)構(gòu)的差別
四. 學習難點： 1. 原核生物和真核生物的基因結(jié)構(gòu) 2. 原核生物和真核生物的非編碼區(qū)區(qū)別
五. 學習過程： （一）基因結(jié)構(gòu) 1. 基因 概念：具有遺傳效應的DNA片斷（無論是核基因還是質(zhì)基因） 功能：儲存、傳遞和表達遺傳信息，決定生物的性狀（環(huán)境影響） 特點：具有遺傳和變異的特點，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。 研究：早在20世紀50年代，科學家們就開始了對基因內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，直到70年代中期，隨著DNA分析技術(shù)的發(fā)展，人們才對基因的結(jié)構(gòu)有所認識。 2. 原核細胞的基因結(jié)構(gòu) 真核基因是不連續(xù)基因：雞卵清蛋白mRNA與DNA雜交實驗
雞卵清蛋白基因的大小和結(jié)構(gòu)如下： （1）A、B、C、D、E、F、G的序列不能轉(zhuǎn)錄，約占75.2%（5641bp） （2）L、1、2、3、4、5、6、7的序列能夠轉(zhuǎn)錄，約占24.8%（1859bp） 大小：原核細胞的基因是由成百上千個核苷酸對組成的 結(jié)構(gòu)：組成基因的核苷酸序列可以分為不同的區(qū)段。在基因表達的過程中，不同區(qū)段所起的作用并不相同。
特點： 編碼區(qū)：連續(xù)核苷酸結(jié)構(gòu)，指導蛋白質(zhì)的合成
意義：非編碼區(qū)雖然不能編碼蛋白質(zhì)，但有調(diào)控遺傳信息表達的核苷酸序列，對于遺傳信息的表達是不可缺少的。 RNA聚合酶：是由多個肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì) 功能：催化DNA轉(zhuǎn)錄為RNA 過程： RNA聚合酶識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點→與結(jié)合位點結(jié)合→開始轉(zhuǎn)錄→RNA聚合酶沿DNA分子移動，并以DNA分子的一條鏈為模板合成RNA→轉(zhuǎn)錄完畢后，RNA鏈釋放出來→RNA聚合酶從DNA模板鏈上脫落 3. 真核細胞的基因結(jié)構(gòu) 大?。赫婧松锘虮仍松锏拇笤S多 結(jié)構(gòu)：由編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩部分（真核細胞的基因結(jié)構(gòu)要比原核細胞的基因結(jié)構(gòu)復雜） 特點： A. 非編碼區(qū)具有調(diào)控作用
B. 編碼區(qū)能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式
內(nèi)含子功能:目前還沒有統(tǒng)一的認識 A. 內(nèi)含子對基因的轉(zhuǎn)錄具有某種調(diào)控作用 B. 內(nèi)含子在生物進化的某一個階段曾起過重要作用，如把編碼同一種功能蛋白質(zhì)的外顯子連鎖在一起。 總結(jié)： A. 真核細胞中，不同種類的蛋白質(zhì)的基因所含的外顯子和內(nèi)含子的數(shù)目是不同的，長度也有差別 B. 真核細胞中，每一個能夠編碼蛋白質(zhì)的基因都含有若干個外顯子和內(nèi)含子 有關(guān)計算：人的血紅蛋白中，有一種蛋白質(zhì)叫做β－珠蛋白，它的基因有1700個堿基對，其中有3個外顯子和2個內(nèi)含子，能夠編碼146個氨基酸。人的一種凝血因子的基因，在它的186000個堿基對中，有26個外顯子和25個內(nèi)含子，能夠編碼2552個氨基酸 A. β－珠蛋白基因外顯子的堿基對在整個基因堿基對中所占的比例 （146×3）÷1700×100%= 26% B. 凝血因子基因中外顯子的堿基對在整個基因堿基對中所占的比例 （2552×3）÷186000×100%= 4% 結(jié)論： A. 真核細胞中，不同基因的編碼序列在各自基因中所占的比例不同 B. 真核細胞中，編碼序列在整個基因中所占的比例是較少的，非編碼序列所占比例較大 真核生物基因結(jié)構(gòu)及功能是極其復雜的 4. 人類基因組研究 現(xiàn)狀：人們根治了天花，戰(zhàn)勝了霍亂，控制了麻瘋病等一些過去被判為不治之癥的疾病，但人類在對自身的認識和保護方面，卻有許多不如人意之處。 比如：腫瘤、心血管疾病日益成為人類死亡的主要病因 全世界還有20％～50％的人備受各種慢性疾病的折磨 目前，我國還有11％的人患有高血壓，2.5％的人智力低下 實際上，人類的許多生理和病理現(xiàn)象都與基因有關(guān) 目的：為了進一步了解人類基因的結(jié)構(gòu)和功能 發(fā)起：1990年由美國科學家率先提出了“人類基因組計劃”（HGP，Human Genome Project） 影響：全球范圍的全面研究人類基因組的重大科學項目 目前參與這項工作計劃的有包括中國在內(nèi)的6個國家（其他是美國、英國、法國、德國、日本），其中我國是參與這項研究計劃的唯一發(fā)展中國家。 人類基因組：指人體DNA分子所攜帶的全部遺傳信息，即人的單倍體基因組由24條雙鏈的DNA分子組成（包括1～22號染色體DNA與X、Y染色體DNA），共有30億個堿基對，估計有10萬個基因。 人類基因組計劃：分析測定人類基因組的核苷酸序列 主要內(nèi)容：繪制人類基因組的四張圖，即遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。搞清楚每一個基因的核苷酸序列。 1. 人類只有一個基因組 （1）由24條染色體DNA分子組成（22條常染色體和X、Y染色體） （2）人體染色體DNA約有3×109bp，含有3萬~3.5萬個基因 （3）攜帶著人類的全部遺傳信息 2. 人類基因組計劃繪制4張圖 （1）遺傳圖：利用染色體上基因交換頻率，推斷基因之間的遺傳距，根據(jù)點測交實驗確定各個基因的相互位置和排列順序，繪制基因連鎖圖 （2）物理圖：用限制酶將染色體切割成若干片段，利用互補原理通過分子雜交法，以一小段DNA序列作為標記，分析標記間的距離并確定各個片段在染色體上的實際排列順序 （3）轉(zhuǎn)錄圖：反映在正?；蚴芸貤l件下能夠表達的cDNA片段數(shù)目、種類、結(jié)構(gòu)與功能的信息 （4）序列圖：測定人類基因組的DNA序列是核心 主要技術(shù)：DNA克隆技術(shù)和DNA測序技術(shù) 成果：2000年6月26日，6國科學家向全世界宣布：“人類基因組草圖”的繪制工作已經(jīng)全部完成，2010年，“人類基因組精圖”的繪制工作也將全部完成。 意義： A. 人類基因組研究的理論與技術(shù)上的進展，對于各種疾病，尤其是各種遺傳病的診斷、治療具有劃時代的意義 B. 對于進一步了解基因表達的調(diào)控機制、細胞的生長、分化和個體發(fā)育的機制，以及生物的進化等也具有重要的意義 C. 這一計劃的實施，將推動生物高新技術(shù)的發(fā)展，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
【模擬試題】 一. 判斷題 1. 原核細胞的基因結(jié)構(gòu)中沒有內(nèi)含子，只有外顯子。（ ） 2. 基因結(jié)構(gòu)中的非編碼序列通常是具有調(diào)控作用的。（ ） 3. 真核細胞基因結(jié)構(gòu)中的非編碼序列是位于編碼區(qū)上游和下游的核苷酸序列。（ ） 4. 真核細胞的一個基因只能編碼一種蛋白質(zhì)，因此，它的編碼序列只含有一個外顯子和一個內(nèi)含子。（ ）
二. 選擇題 1. 大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控主要是（ ） A. 對基因水平的調(diào)控 B. 對轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 C. 對翻譯水平的調(diào)控 D. 上述三種調(diào)控以外的其他調(diào)控 2. 真核生物的基因表達調(diào)控比原核生物復雜的原因是（ ） A. 必須對轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA進行加工 B. 轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上的分隔 C. 某些基因只能特異地在某種細胞中表達 D. 受包括上述A、B、C在內(nèi)的多方面調(diào)控 3. 關(guān)于基因的敘述正確的是（ ） A. 基因就是DNA片斷的堿基排列順序 B. 基因就是堿基對 C. 基因就是一段染色體 D. 基因是具有遺傳效應的DNA片斷 4. RNA聚合酶的結(jié)合位點在（ ） A. 在編碼區(qū)下游的非編碼序列 B. 在編碼區(qū)內(nèi)部的非編碼序列 C. 在編碼區(qū)上游的非編碼序列 D. 在編碼區(qū)內(nèi)部的編碼序列 5. 下列結(jié)構(gòu)中不能轉(zhuǎn)錄成信使RNA序列的是（ ） A. 內(nèi)含子 B. 外顯子 C. 編碼區(qū) D. RNA聚合酶結(jié)合位點 6. 真核生物與原核生物相比，基因結(jié)構(gòu)具有的特點是（ ） A. 基因結(jié)構(gòu)具有編碼區(qū)上游有調(diào)控序列 B. 基因結(jié)構(gòu)在編碼區(qū)內(nèi)部有調(diào)控序列 C. 基因結(jié)構(gòu)在編碼區(qū)上游有編碼序列 D. 基因結(jié)構(gòu)在編碼區(qū)內(nèi)部有編碼序列 7. 人類基因組計劃測定人的染色體DNA數(shù)目是（ ） A. 46條 B. 45條 C. 24條 D. 23條 8. 人類基因組計劃已經(jīng)完成的工作是（ ） A. 遺傳圖 B. 物理圖 C. 轉(zhuǎn)錄圖 D. 序列圖 9. 在人類染色體DNA不表達的堿基對中，有一部分是串聯(lián)重復的短序列，它們在個體之間具有顯著的差異性，這種短序列可用于（ ） A. 生產(chǎn)基因藥物 B. 罪犯的鑒別 C. 遺傳病的產(chǎn)前診斷 D. 基因治療 10. 一種mRNA由360個核苷酸分子組成，它所編碼的蛋白質(zhì)長度是（ ） A. 約360個氨基酸 B. 約1080個氨基酸 C. 整120個氨基酸 D. 少于120個氨基酸 11. 基因是由（ ） A. 編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩部分組成 B. 外顯子和內(nèi)含子兩部分組成 C. RNA聚合酶結(jié)合位點、外顯子、內(nèi)含子組成 D. RNA聚合酶結(jié)合位點、外顯子組成 12. 在大腸桿菌的DNA分子上，與乳糖代謝有關(guān)的四種脫氧核苷酸序列為（ ） ① 啟動子 ② 結(jié)構(gòu)基因 ③ 調(diào)節(jié)基因 ④ 操縱基因，其中能轉(zhuǎn)錄與乳酸代謝相關(guān)酶模板的信使RNA的基因是 A. ①②③④ B. ②③④ C. ②③ D. ②
三. 簡答題 1. 比較原核細胞與真核細胞基因結(jié)構(gòu)的主要相同點和不同點。 2. 大腸桿菌的DNA分子中，如果控制乳糖分解代謝的啟動子發(fā)生了突變，轉(zhuǎn)錄過程還能正常進行嗎？為什么？ 3. 2001年2月12日，中、美、日、法、德、英等六國科學家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組草圖基本信息，下表為實測和1990年人類基因組計劃（HGP）啟動時，科學家預計的人類基因組工作內(nèi)容：
請根據(jù)以上信息回答問題： （1）已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，相鄰堿基對之間距離為0.34nm，則人體細胞核中DNA分子總長度約為_______m，上述實驗結(jié)果說明DNA分子在細胞核中_________存在。 （2）人體中編碼蛋白質(zhì)的基因僅約為_________個，而經(jīng)化學分析表明人體蛋白質(zhì)約有10萬種，這一事實說明生物體內(nèi)基因和蛋白質(zhì)的關(guān)系可能是有_________情況。 （3）建立人類基因組圖譜需要分析__________條染色體上的堿基序列。 （4）你認為完成“人類基因組計劃”有什么意義？
 【試題答案】 一. 判斷題： 1. × 2. √ 3. √ 4. ×
二. 選擇題： 1. D 2. C 3. D 4. C 5. D 6. B 7. C 8. D 9. B 10. D 11. A 12. C
三. 簡答題 1. 相同點：都有能編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)和具調(diào)控作用的非編碼區(qū) 不同點：原核生物編碼區(qū)是連續(xù)的，真核生物的編碼區(qū)是間斷的，不連續(xù)的 2. 不能進行。啟動子發(fā)生突變，RNA聚合酶無法完成與啟動子的結(jié)合，不能進行正常的轉(zhuǎn)錄 3.（1）堿基對有31.647×108個，相鄰堿基對之間距離為0.34×10－9m，故人體細胞核中DNA分子長度為31.647×108×0.34×10－9=1.076m；這說明DNA分子在體內(nèi)以高度螺旋化的形式存在；（2）根據(jù)編碼基因只占2%可以推算出編碼基因為600~700個，而人體蛋白質(zhì)約有10萬種，說明人體內(nèi)并不是一個基因控制一個蛋白質(zhì)的合成，總的看來，一因多效的情況居多。（3）建立人類基因組圖譜應該分析24條染色體DNA的堿基序列，包括22條常染色體和X、Y兩條性染色體。（4）有利于遺傳病的診斷和治療、有利于研究生物的進化、有利于培育優(yōu)良的高等動植物品種、有利于研究基因的表達調(diào)控機制等。 |
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