1、1基因指导蛋白质的合成第四章第 1 节 基因指导蛋白质的合成 课时 2 课时学习内容本节是第四章学习的基础，也是本章教学的难点所在。本节内容不仅抽象复杂，而且涉及的物质种类非常多，主干知识是遗传信息的转录和翻译的过程，侧枝内容是 DNA 与 RNA 结构的比较、核糖与脱氧核糖的比较、三种不同种类的 RNA 以及遗传密码的组成。在处理主干和侧枝内容关系时，要合理分配时间，明确不同层次的教学要求。学情分析通过第二、三章的学习，学生对“基因在哪里”以及“基因是什么”有了一定的科学认识，并已经对基因究竟是如何起作用的产生了浓厚的兴趣，教师可充分利用开头的“问题探讨”、本节的插图，设计一些深入浅出、环环
2、相扣的问题来引导学生进行阅读、思考、讨论，让学生从中体会科学探究的方法和乐趣。课程标准： 知识方面：概述遗传信息的转录和翻译过程理解遗传信息与“密码子”的概念 运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系 教学目标能力方面：培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。理解结构与功能相适应的生物学原理。通过指导学生设计并制作蛋白质合成过程的活动模具，培养学生的创新意识和实践能力。教学重难点重点：遗传信息的转录和翻译过程难点：遗传信息的翻译过程教学方法教师讲述、举例、图示、启发与学生阅读、思考、讨论探索相结合。学案导学课前准备学生的学习准备：完成课前预习学案，提出疑惑教师的教学准备：课前预习
3、学案、课内探究学案、课后训练与提高、基因控制蛋白质合成的多媒体课件、信使 RNA 和转运 RNA 结构对比图片教学过程2情境导入、展示目标问当我们认识到基因的本质后，能不能利用这一认识，分析现实生活中一些具体的问题呢？例如，在现实生活中，我们能不能像电影侏罗纪公园中描述的那样，利用恐龙的 DNA 使恐龙复活呢？如果能利用恐龙的 DNA 使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？引导组织学生阅读 P61 第 4 章的章图。请学生阅读章图中的文字和图解，询问学生看懂了什么，又产生了哪些问题。学生阅读思考讨论并回答：需要使恐龙 DNA 上的基因表达出来，表现恐龙的特性。设计意图此节问题探讨意在引导学生思
4、考 DNA 在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。从而激起学生兴趣并引入新课，即懂得基因表达的含义集中学生注意力，明确学习目标。合作探究，精讲点拨讨论：遗传物质 DNA 一般都存在于细胞核中，而蛋白质的合成则是在细胞质的核糖体上进行的，那么细胞核中的 DNA 是如何控制细胞质中蛋白质的合成过程的？教师讲述：大量的科学实验表明，信息的传递不是由 DNA 直接传递给蛋白质的，而是在细胞核中先把 DNA 的遗传信息传递给 RNA，然后 RNA 进入细胞质中，在蛋白质合成中起模板作用。我们把这种 RNA 形象地叫做信使 RNA，简写为 mRNA。此外还有转运 RNA，也叫 tRNA,以及核糖体 R
5、NA，也叫 rRNA。问RNA 只有一条链，它的结构组成与 DNA 有什么异同点呢？学生阅读 p63 图 4-3，师生讨论共同完成，教师适时归纳总结并演示表格内容：RNA 与 DNA 的比较教师讲述：DNA 相当于总司令。在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA 被核膜限制在细胞核内，必须先把遗传信息传给 mRNA，这一过程称为转录。 问为什么 mRNA 适于作 DNA 的信使呢？DNA 的遗传信息是怎样传给 mRNA 的？结合多媒体课件或图示教师精讲点拨：DNA 双螺旋解开，DNA 双链的碱基得以暴露，其中一条链提供准确模板；游离的核苷酸随机地与 DNA 链的
6、碱基碰撞，当核苷酸的碱基与 DNA 的碱基互补时，两者以氢键结合。新结合的核苷酸连接到正在合成的 mRNA 分子上；合成的 mRNA 从 DNA 链上释放，而后，DNA 双链恢复。学生听讲、阅读、思考，师生讨论共同完成以上问题，即mRNA 为单链，而且比 DNA 短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中；转录成的 RNA 的碱基序列，与供转录用的项目 DNA RNA基本单位 脱氧核苷酸 核氧核苷酸五碳糖 脱氧核糖 核糖碱基 A、G、C、T A、G、C、U无机酸 磷酸 磷酸类型 常为一种类型 信使 RNA（mRNA）转移 RNA（tRNA）核糖体 RNA（rRNA）分布 主要在细胞核，少量在
7、细胞质主要在细胞质，少量在细胞核（如核仁）结构 双螺旋结构 一般是单链 （且比 DNA 短，能通过核孔）3DNA 单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与 DNA 双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与 DNA 链的 A 配对的是 U，不是 T。这样转录出的这个 mRNA 与 DNA 另一条链的碱基序列基本相同，只是 DNA 链上 T 的位置，RNA 链上是 U，从而保证了转录的准确性。教师讲述：转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度进行对比分析。学生思考、讨论，教师指导、补充，最后归纳，并演示以下表格：DNA 两大
8、功能的执行情况比较（表二）表达遗传信息DNA的功能复制遗传信息转录 翻译（待学）概念 以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程以 DNA 中的一条链为模板，合成 mRNA 的过程时间 减数第一次分裂间期或有丝分裂间期在生长发育的连续过程中场所 在细胞核（主要），线粒体，叶绿体模板以 DNA 的两条链为模板以 DNA 的一条链为模板原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的核糖核苷酸酶 DNA 解旋酶，DNA 聚合酶等RNA 聚合酶等条件能量需要 ATP碱基配对原则AT，TA，GC，CGAU，TA，GC，CG过程 DNA 双螺旋解开，每条链提供准确模板；按照碱基互补配对原则，各自合成子链；子、母链
9、结合盘绕形成两个新 DNA分子DNA 双螺旋解开，其中一条链提供准确模板；按照碱基互补配对原则，形成 mRNA；合成的 mRNA 从 DNA链上释放，而后，DNA双链恢复。产物 两个一样的双链 DNA分子一条单链的 mRNA特点 边解旋边复制，半保留式复制，（半不连续连续，可有多个起始点）边解旋边转录，双链DNA 分子全保留式转录。（可有多个基因同时转录）遗传信息的传递方向亲代 DNA子代 DNA DNAmRNA 通过 RNA 将遗传信息反映到蛋白质分子结构上，使后代重现亲代性状计算规 DNA（基因）中的碱 mRNA 分子中的碱基数 蛋白质“多肽链”中氨基酸数4律 基数（6n）（3n）（=参加
10、转运的 tRNA）（= mRNA 分子中的密码子数）（n）转录得到的 RNA 仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA 上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA 如何将信息翻译成蛋白质？并展示本节的学习目标。合作探究，精讲点拨教师提出翻译的概念，即游离在细胞质中的各种氨基酸，以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。问翻译过程中 mRNA 上的碱基是如何决定蛋白质中的氨基酸的?(1)请学生先答出组成蛋白质的氨基酸的种类以及蛋白质多样性的原因?即:一般有 20 种；蛋白质多样性是由氨基酸种类、数量、排列顺序及空间结构决定的。(2)
11、思考:氨基酸有 20 种，而信使 RNA 只有四种碱基(A、C、C、U)，如何决定 20 种氨基酸呢?逻辑推理:一个碱基决定一个氨基酸，只能决定 4 种，41=4，不行；两个碱基决定一个氨基酸，只能决定 16 种，42=16，不行；三个碱基决定一个氨基酸，只能决定 64 种，43=64，足够有余。教师简介密码子的发现过程:1961 年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使 RNA 上的三个相邻碱基决定的。美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同事用人工合成方式，首先阐明了遗传密码的第一个字-UUU，即决定苯丙氨酸的密码子。1967 年科学家已将 20 种氨基酸的密码子全部破译。投影显示 20
12、种氨基酸的密码子表并解说。学生查密码子表，分析密码子的特点，练会查表。(3)游离于细胞质基质中的氨基酸是怎样到达核糖体并按一定排列顺序形成蛋白质呢?学生活动：阅读教材 P6566 并回答:需要一种搬运工具搬运-即另一种 RNA(转运 RNA,即 tRNA)。教师出示转运 RNA 模型图并讲解:转运 RNA 种类很多，但每种转运 RNA 只能识别并转运 1种氨基酸。这是因为在转运 RNA 的一端是携带氨基酸的部位，另一端有 3 个碱基，能专一性地与信使 RNA 上的特定的 3 个碱基(即密码子)配对。例如:信使 RNA 上的三个碱基 AAA 就是一个密码，转运 RNA 中转运赖氨酸的转运 RNA
13、 一端的三个碱基是 UUU，只有它才能按照碱基互补配对原则配对。指导学生进行以下比较，师生共同整理归纳：1.我们再次比较三种 RNA 的功能。2.比较遗传信息、遗传密码和反密码子。（答案略）教师继续讲述：由于核糖体中的信使 RNA 中有许多密码子，每个密码子与转运特定氨基酸的转运 RNA 能够碱基配对，这样它才能对号入座。也就是说一种转运 RNA 在哪个位置上对号人座是靠转运 RNA 的三个碱基去识别。而位置则是信使 RNA 按遗传信息预先定了的，同时课件展示蛋白质合成示意图：mRNA 进入细胞质，与核糖体结合，当转运 RNA 运载着一个氨基酸进入到核糖体以后，就以信使 RNA 为模板，按照碱
14、基互补配对原则，把转运来的氨基酸放在位点 1 上，第二个转运RNA 携带相应的氨基酸以同样的方式进入位点 2，此时这两个氨基酸形成肽键，并且第一个氨基酸与它的转运 RNA 分离，并转移到第二个转运 RNA 上。与此同时，核糖体沿着信使 RNA 继续滑动三个碱基的位置，并读取下一个密码子，第一个转运 RNA 开核糖体，第二个转运 RNA 进入5位点 1，新的转运 RNA 携带相应氨基酸进入位点 2。上述过程如此往复地进行，肽链也就不断地延伸，直到信使 RNA 上出现终止密码子为止。肽链合成以后，从信使 RNA 上脱离开来，再经过细胞质内的某些细胞器（如内质网、高尔基体等）的加工如盘曲折叠螺旋，最
15、终合成一个具有一定氨基酸顺序的。有一定功能的蛋白质分子。学生听讲、思考，并尝试归纳以下问题：问1.氨基酸如何进入核糖体？2. 核糖体上有几个翻译的位点？3.核糖体移动的方向？4.肽链如何形成？学生看图思考、讨论回答（答案略），并组织学生继续完成翻译与转录、复制过程的异同点的对比。（完成下表）表达遗传信息DNA的功能复制遗传信息转录 翻译（待学）概念 以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程以 DNA 中的一条链为模板，合成 mRNA 的过程游离在细胞质中的各种氨基酸，以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程时间 减数第一次分裂间期或有丝分裂间期在生长发育的连续过程中在生长
16、发育的连续过程中场所 在细胞核（主要），线粒体，叶绿体 在细胞质的核糖体上模板以 DNA 的两条链为模板以 DNA 的一条链为模板 以 mRNA 为模板原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的核糖核苷酸 20 种氨基酸酶 DNA 解旋酶，DNA 聚合酶等DNA 解旋酶，RNA 聚合酶等（各种合成酶等）条件能量需要 ATP碱基配对原则AT，TA，GC，CGAU，UA，GC，CGAU，UA，GC，CG过程 DNA 双螺旋解开，每条链提供准确模板；按照碱基互补配对原则，各自合成子链；子、母链结合盘绕形成两个新 DNA分子DNA 双螺旋解开，其中一条链提供准确模板；按照碱基互补配对原则，形成 mRNA；合成
17、的 mRNA 从 DNA链上释放，而后，DNA双链恢复。mRNA 进入细胞质，与核糖体结合，mRNA 作为模板；按照碱基互补配对原则与mRNA 上每三个碱基配对的 tRNA运载着氨基酸进入核糖体；以mRNA 上的遗传密码顺序，把一定的氨基酸放在相应的位置，合成有一定的氨基酸序列的蛋白质。产物 两个一样的双链 DNA分子一条单链的 mRNA 具有特定氨基酸序列的蛋白质。特点 边解旋边复制，半保留式复制，（半不连续连续，可有边解旋边转录，双链DNA 分子全保留式转录。（可有多个基因同时转一个 mRNA 分子上可以象机结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，翻译界素后，mRNA6多个起始点） 录）
18、分解成蛋个核苷酸。遗传信息的传递方向亲代 DNA子代 DNA DNAmRNA 通过 RNA 将遗传信息反映到蛋白质分子结构上，使后代重现亲代性状计算规律DNA（基因）中的碱基数（6n）mRNA 分子中的碱基数（3n）蛋白质“多肽链”中氨基酸数（=参加转运的 tRNA）（= mRNA 分子中的密码子数）（n）教师归纳，并突出强调:a.信使 RNA 的遗传信息即碱基排列顺序是由 DNA 决定的。b.转运 RNA 携带的氨基酸(如赖氨酸、丙氨酸)能在蛋白质的氨基酸顺序的哪一个位置上是由信使 RNA 决定的，归根到底是由 DNA 的特定片段(基因)决定的，由于 DNA 分子的多样性，就决定了蛋白质分子
19、的多样性。板书设计基因指导蛋白质的合成1转录（1）在细胞核中，以 DNA 双链中的一条为摸板合成 mRNA 的过程。（2） 信使（mRN A），将基因中的遗传信息传递到蛋白质上，是链状的；RNA 转运 RNA（tRNA），三叶草结构，识别遗传密码和运载特定的氨基酸；（单链） 核糖体 RNA（rRNA），是核糖体中的 RNA。（3）过程 （场所、摸板、条件、原料、产物、去向等）2翻译（1）在细胞质的核糖体上，氨基酸以 mRNA 为摸板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。（2）实质：将 mRNA 中的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列。（3）（64 个）密码子：mRNA 上决定一个氨基酸的 3 个
20、相邻碱基。其中 AUG，这是起始密码；UAG、UAA、AGA 为终止密码。（4）翻译过程小结：遗传信息的传递教学反思本节教材的特点之一是插图多而复杂。尤其是转录过程流程图、翻译过程流程图和一个 mRNA 分子上的多个核糖体同时合成多条肽链示意图等。备课时教师要仔细分辨并揣摩插图所表达的意思，并能将不同的插图内容与教学流程有机的结合起来，还要分清主次和轻重。本节教学需要师生之间有良好的互动基础，教师应设计运用好问题串，以利于将问题步步深入，营造出探求、推理和发现的科学研究氛围，诱导学生积极应答，参与讨论，使教学活动能够顺利推进。还要注意教学推进的层次感，即问题要从细胞水平深入到分子水平，最后仍要回归到细胞水平，以此引导学生从不同层次上认识基因表达的意义。UUCACUAAG CUUUCG CGCGAAUGA
