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第四章 基因的表达 第 1节 基因指导蛋白质的合成 一、教学目标 1. 知识方面 概述遗传信息的转录和翻译。 2. 能力方面 运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。 二、教学重点和难点 1.教学重点 遗传信息转录和翻译的过程。 2.教学难点 遗传信息的翻译过程。 三、教学方法 讨论法、 演示法、讲述法 四、教学课时 2 五、教学过程 教学内容 教师组织和引导 学生活动 教学意图 问题探讨 章引言 引导组织阅读 P61 〖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？ 〖提示〗此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有 哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子 中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信 息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各 种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过 程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使 灭绝的生物复活仍是难以做到的。 看来要解决这个问题，我们还需要研究“基因的表达”。引 导学生看第 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。 阅读思考 讨论回答 阅读思考 讨论回答 需要使恐龙 DNA上的 基因表达出 来，表现恐 龙的特性。 〖问〗基因是 如何指导蛋 白质合成的？ 激起兴趣 引入新课 懂得基因 表达的含 义 一、遗传 信息的转 录 〖问〗1.基因是有遗传效应的DNA片段；DNA主要存在于细 胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。那么，DNA 携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？ 分析推理 1：推测有一种物质能够作为传达DNA信 息的信使，科学家发现此物质就是 RNA。 阅读思考 引起思考 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 1 〖问〗问为什么 RNA适于作DNA的信使呢？ RNA与 DNA的比较 阅读思考 列表比较 RNA与 DNA的 比较 想像空间 〖提示〗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，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进 行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确。 思考讨论 回答 拓展思维 DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？ ①DNA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； ②游离的核苷酸随机地与 DNA链的碱基碰撞，当核苷酸 的碱基与 DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。 ③新结合的核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上； ④合成的mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双链恢复。 思考回答 听讲 授新课 思考与讨 论一 〖提示〗 1.可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现 出的规律等角度来分析。例如，转录与复制都需要模板、都遵 循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗 传信息传递的准确性。 2.转录成的 RNA的碱基序列，与作为模板的 DNA单链的 思考讨论 回答 培养思考 讨论回答 问题的能 力 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 2 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） 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；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。 DNA两大功能的执行情况比较（表二） DNA 的功能 复制遗传信息 表达遗传信息 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 条 件 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） 能 量 需要ATP 碱基配 对原则 A—T，T—A，G— C，C—G A—U，U—A，G— C，C—G A—U，U—A，G—C，C—G 过程 ①DNA双螺旋解开， 每条链提供准确模 板； ②按照碱基互补配 对原则，各自合成 子链； ③子、母链结合盘绕 形成两个新 DNA分子 ①DNA双螺旋解开， 其中一条链提供准确模 板； ②按照碱基互补配对原 则，形成 mRNA； ③合成的 mRNA从 DNA链 上释放，而后，DNA双 链恢复。 ①mRNA进入细胞质，与核糖 体结合，mRNA作为模板； ②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，mRNA 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 3 多个起始点） 录） 分解成蛋个核苷酸。 遗传信 息的传 递方向 亲代DNA→子代 DNA DNA→mRNA 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） 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 4 第二课时 二、遗传 信息的翻 译 翻译的概 念 思考与讨 论二 思考与讨 论三 〖问〗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？ 〖翻译的概念〗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。 〖提示〗 1.最多能编码 16种氨基酸。 2.至少需要 3个碱基。 〖讲述〗让学生看密码子表。 〖讲述〗大家查密码子表，分析密码子的特点： (1)一个密码子决定一个特定的氨基酸；(2)有的氨基酸可能有一个以 上的密码子；(3)起始密码子、终止密码子。 〖提示〗 1.对应的氨基酸序列是：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸— 半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。 2.这是一道开放性较强的题，答案并不惟一，旨在培养 学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物 都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命 在本质上是统一的，等等。 3. 此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考， 不必对答案作统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解 释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可 能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来 考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编 码一种氨基酸可以保证翻译的速度。 〖游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质 的“生产线”上的？〗 〖引导〗1.我们再次比较三种 RNA的功能。 思考回答 看表 思考回答 查表 1.学习遗传 密码破译 的推测过 程。 2.查密码子 表，分析 密码子的 特点。 练会查表 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 5 翻译过程 思考与讨 论四 2.比较遗传信息、遗传密码和反密码子。 3.讲述图解、CAI配合：翻译蛋白质的过程。 弄清以下问题： 1.氨基酸如何进入核糖体； 2.核糖体移动的方向； 3.翻译的位点； 4.肽链如何形成； 5.翻译与转录、复制过程的异同点。（填表二） 【提示】 1.此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教 材中图 4 6 的表示方法来绘制。 2.根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的 氨基酸序列。 总结：基因的表达过程是在细胞中完成的。DNA分子、RNA分 子、氨基酸分子和核糖体，线粒体等众多细胞器一道，完成 遗传信息的转录和翻译过程。在组成蛋白质的肽链合成后， 就从核糖体与 mRNA的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运 送到各自的岗位，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋 白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。 看图思考 学会翻译 的过程 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 6 〖板书设计〗 〖问〗问为什么 RNA适于作DNA的信使呢？ RNA与 DNA的比较 项目 DNA RNA 基本单位 脱氧核苷酸 五碳糖 核糖 碱基 A、G、C、T 无机酸 磷酸 类型 常为一种类型 分布 ， 主要在细胞质， 少量在细胞核（如核仁） 结构 一般是单链 （且比DNA短，能通过核 孔） DNA两大功能的执行情况比较 DNA 的功能 复制遗传信息 表达遗传信息 转录 翻译（待学） 概念 以DNA中的一条链为模板， 合成mRNA的过程 时间 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 条 件 模板 以DNA的两条链为模板 原料 四种游离的脱氧核苷酸 酶 DNA解旋酶，RNA 聚合酶 等 能量 需要ATP 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 7 碱基配对原则 过程 ① ②按照碱基互补配对原则，各 自合成子链； ③子、母链结合盘绕形成两个 新 DNA分子 ①DNA双螺旋解开，其中 一条链提供准确模板； ② ； ③ 。 产物 一条单链的mRNA 特点 边解旋边转录，双链DNA 分子全保留式转录。 遗传信息的传 递方向 亲代DNA→子代DNA 惠来慈云实验中学 绿竹三思笑 8