高中生物《DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成》教案3 滬科版第二冊(cè)

1、DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成一、教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)方面：1通過(guò)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的應(yīng)用能力； 2培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用密碼子表推導(dǎo)基因的脫氧核苷酸序列和蛋白質(zhì)的氨基酸序列的相互關(guān)系。（二）態(tài)度觀念方面：通過(guò)DNA分子復(fù)制實(shí)驗(yàn)的分析，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的研究方法，進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的教育。（三）能力方面：通過(guò)對(duì)有關(guān)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的介紹和分析，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的思維能力。 二、教學(xué)重點(diǎn) 1DNA的半保留復(fù)制與遺傳的穩(wěn)定性（邊解旋邊復(fù)制，母鏈和子鏈）（閱讀） 2轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所、模板和產(chǎn)物 （細(xì)胞核內(nèi)、DNA的一條鏈、mRNA）3翻譯的場(chǎng)所、模板和產(chǎn)物 （核糖體上、mRNA、蛋

2、白質(zhì)） 4密碼子的破譯 5中心法則體現(xiàn)遺傳信息的傳遞規(guī)律 6基因突變引起遺傳信息的錯(cuò)誤傳遞和性狀改（堿基改變、插入或缺，基因突變的有利和有害）三、教學(xué)難點(diǎn)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯四、教學(xué)安排 3課時(shí)五、教學(xué)方法 讀讀、講講、議議六、教學(xué)過(guò)程1DNA的復(fù)制教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及行為引入DNA分子作為遺傳物質(zhì)，不僅能夠儲(chǔ)存大量的遺傳信息，而且應(yīng)該能夠傳遞遺傳信息，這種遺傳信息的傳遞首先要進(jìn)行的是DNA的復(fù)制， DNA分子是如何進(jìn)行復(fù)制的呢？這一問(wèn)題，是通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)完成的。1956年美國(guó)生物化學(xué)家康貝格首次在試管中人工合成了DNA。他將從大腸桿菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四種豐富的脫氧核苷酸、適量的

3、Mg+、少量DNA和ATP的合成體系中，經(jīng)保溫孵育后，測(cè)定其中DNA的含量。發(fā)現(xiàn)其中DNA的含量增加了，并且這些DNA的（A+T）:（C+G）的比值不是隨意的，而與所加入的單鏈DNA相同。換句話(huà)說(shuō)，新合成的DNA的特異性不決定于人工合成體系中四種脫氧核苷酸原來(lái)的比例，也不決定于DNA聚合酶來(lái)自哪種生物，而完全決定于作為引物的DNA分子。所以，后代 DNA分子是以引物的DNA分子為模板進(jìn)行復(fù)制的。這一實(shí)驗(yàn)證明了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的正確性，也揭示了DNA復(fù)制的過(guò)程。DNA的復(fù)制過(guò)程學(xué)生鞏固、小結(jié)用DNA的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固那么，DNA復(fù)制到底是怎樣的一個(gè)過(guò)程呢？我們一起來(lái)研究一下。DNA分

4、子的自我復(fù)制是一個(gè)邊解旋邊復(fù)制的過(guò)程，是指以某一段DNA分子為模板，合成相同DNA分子的過(guò)程。DNA場(chǎng)所主要在細(xì)胞核（葉綠體和線(xiàn)粒體內(nèi)也各含有自己的DNA），時(shí)間是在細(xì)胞的分裂間期。大家想想，在細(xì)胞核內(nèi)的雙鏈DNA分子在開(kāi)始復(fù)制的時(shí)候可能是什么狀態(tài)？是單鏈還是雙鏈？學(xué)生：可能是單鏈。從螺旋型的雙鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂溄Y(jié)構(gòu)，必須先怎樣變化？學(xué)生：解開(kāi)螺旋。這就是DNA復(fù)制的第一個(gè)過(guò)程。DNA的復(fù)制過(guò)程為三個(gè)步驟：1 解旋：組成DNA分子的兩條多核苷酸鏈在酶的作用下逐步相互分開(kāi)；其中，分離后的兩條多核苷酸鏈都稱(chēng)為母鏈。 2子鏈的合成：在酶的作用下，每條母鏈上的堿基分別與細(xì)胞內(nèi)游離的脫氧核苷酸按堿基互補(bǔ)原

5、則互補(bǔ)配對(duì)，即A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。這些游離的脫氧核苷酸聚合成子鏈。3聚合：每條子鏈與對(duì)應(yīng)的母鏈結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)新的DNA分子。這樣，一個(gè)DNA分子就形成了兩個(gè)完全相同的DNA分子。思考：在DNA的復(fù)制過(guò)程中需要哪些條件？學(xué)生：DNA復(fù)制需要4項(xiàng)基本條件：模板。開(kāi)始解旋的DNA分子的兩條單鏈各為模板；原料。是游離在細(xì)胞核核液內(nèi)的脫氧核苷酸；能量。DNA復(fù)制是一個(gè)合成反應(yīng)，通過(guò)水解ATP而獲得能量；酶。復(fù)制過(guò)程中不僅需要解旋酶、聚合酶，而且是一個(gè)有關(guān)的酶系統(tǒng)參與。下面，請(qǐng)同學(xué)完成一段DNA分子的復(fù)制過(guò)程圖，概括一下DNA復(fù)制的特點(diǎn)。 學(xué)生：在新復(fù)制出的兩個(gè)DNA分子中，有一條單鏈?zhǔn)桥f的，即原來(lái)的

6、DNA的，另一條單鏈?zhǔn)切潞铣傻模疵恳粋€(gè)新合成的DNA分子是由一條舊鏈和一條新鏈構(gòu)成的。我們把DNA的這種復(fù)制方式就稱(chēng)為半保留復(fù)制，也就是新的DNA分子中都保留有一條原來(lái)分子中的母鏈。大家想想DNA的這種半保留復(fù)制在生物學(xué)上有什么意義？學(xué)生：DNA分子能夠進(jìn)行自我復(fù)制，這是生物遺傳特性能保持相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。DNA的復(fù)制在正常情況下是不會(huì)發(fā)生差錯(cuò)的。因?yàn)閺?fù)制時(shí)以DNA分子解旋后的一條單鏈作為模板（母鏈）精確復(fù)制的，子鏈?zhǔn)菄?yán)格按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則形成的。但在復(fù)制解旋時(shí)暴露的含氮堿基會(huì)因某種因素發(fā)生變化而干擾了DNA的正常復(fù)制，使遺傳信息發(fā)生改變。在研究DNA復(fù)制機(jī)制的過(guò)程中，除了康貝格的實(shí)驗(yàn)，在1

7、958年梅塞爾森和斯塔爾設(shè)計(jì)了DNA復(fù)制的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)。先將大腸桿菌培養(yǎng)在含15N同位素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。使大腸桿菌DNA分子中的N都成為15N。把含15N的大腸桿菌收集起來(lái)，洗去菌體外面的15N，并把它們轉(zhuǎn)移到14N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，繁殖四次。從實(shí)驗(yàn)組的五代大腸桿菌中分別提取DNA，在每分鐘四萬(wàn)至五萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度下進(jìn)行密度梯度離心二至三天后，不同重量的DNA分布在離心管中的位置不同（因?yàn)?4N比15N少一個(gè)質(zhì)子，所以14N比15N的原子量輕）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的DNA分子在離心管中分布的情況如下：大腸桿菌在離心管中的位置DNA分子親代下層含15N，第一代中層含15N14N各一半。第二代1中層1上層，

8、中層為15N14N、上層為14N。思考：第三代和第四代在離心管中的分布情況？第三代1中層3上層，中層為15N14N、上層為14N，第四代 1中層7上層，中層為15N14N、上層為14N。問(wèn)：在正常條件下經(jīng)過(guò)n次復(fù)制，則含有15N的DNA分子數(shù)有？學(xué)生：2個(gè)。討論“閱讀與思考”中的思考題。本課小結(jié)DNA半保留復(fù)制的過(guò)程、特點(diǎn)及其意義。2DNA的轉(zhuǎn)錄3蛋白質(zhì)合成（翻譯）教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及行為引入RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯 在上節(jié)課中我們研究了DNA是通過(guò)何種復(fù)制方式來(lái)保證遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞？學(xué)生：半保留復(fù)制。那么遺傳信息是怎樣表達(dá)的呢？也就是說(shuō)DNA如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制新陳代謝過(guò)程和性狀呢？我們知

9、道蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核糖體在細(xì)胞質(zhì)中，而控制其合成的基因在細(xì)胞核中。在兩者之間需要有一個(gè)使者，這個(gè)使者就是RNA。DNA分子中所蘊(yùn)藏的遺傳信息如何正確地傳遞到RNA分子中呢？首先我們來(lái)回憶上學(xué)期有關(guān)RNA的知識(shí)。想想它由什么組成？與DNA有什么區(qū)別？學(xué)生：RNA通常呈單鏈結(jié)構(gòu)，分子中有核糖、磷酸和4種含氮堿基（A、G、C、U（尿嘧啶），共同組成核苷酸。（Powerpoint展示）與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的RNA有三類(lèi)，mRNA（信使RNA），顧名思義，這種RNA起的是信使傳遞信息的作用。tRNA（轉(zhuǎn)移RNA），rRNA（核糖體RNA）。我們前面學(xué)到過(guò)基因控制蛋白質(zhì)的合成，而生物體的性狀通過(guò)蛋白質(zhì)體現(xiàn)的。

10、DNA在細(xì)胞核中，蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)的核糖體中合成，那么RNA如何在兩者間起到信使的作用呢？下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程?？煞譃閮蓚€(gè)步驟。第一步是基因的遺傳信息DNA傳遞給RNA，此步可稱(chēng)為“轉(zhuǎn)錄”；第二步是轉(zhuǎn)錄出的RNA在核糖體通過(guò)指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成來(lái)表達(dá)信息，此步可稱(chēng)為“翻譯”。我們先來(lái)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄過(guò)程。（播放動(dòng)畫(huà)）轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核中進(jìn)行的，在酶的作用下，DNA的雙鏈解旋，并以其中的一條鏈為模板，按照堿基配對(duì)原則，游離的核苷酸與DNA模板上的脫氧核苷酸互補(bǔ)配對(duì)，形成RNA鏈。請(qǐng)同學(xué)們想一想，這與DNA的復(fù)制有哪些差別？學(xué)生：RNA聚合酶，U代替T與A配對(duì)。通過(guò)轉(zhuǎn)錄，DNA上的遺傳信息便正確地

11、傳遞到RNA分子中。所以我們把以DNA為模板合成RNA的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。在這個(gè)過(guò)程中合成的RNA為信使RNA（mRNA）。然后，mRNA從核孔穿出進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，開(kāi)始進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為翻譯，也就是以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)的過(guò)程。那么，RNA上的核苷酸與蛋白質(zhì)存在怎樣的關(guān)系呢？學(xué)生先閱讀：mRNA分子內(nèi)的堿基序列被稱(chēng)為“遺傳密碼”，其中，每三個(gè)相鄰的堿基是一個(gè)“密碼子”，對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸。其中還有起始密碼和終止密碼。在翻譯時(shí)，mRNA與核糖體結(jié)合，合成所需的氨基酸由轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）送進(jìn)核糖體中。合成蛋白質(zhì)的20種氨基酸分別由不同的tRNA運(yùn)送。tR

12、NA擔(dān)負(fù)的是運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，其結(jié)構(gòu)呈三葉草型，在一個(gè)環(huán)上具有3個(gè)堿基，稱(chēng)為“反密碼子”，與mRNA的密碼子相配對(duì)，tRNA的另一端可攜帶一個(gè)相應(yīng)的氨基酸分子，是由mRNA上的對(duì)應(yīng)的密碼子所決定（看P17圖5-13）。（播放動(dòng)畫(huà)加深理解）合成蛋白質(zhì)時(shí)，按照mRNA上的堿基序列，各個(gè)tRNA依次帶著特定的氨基酸進(jìn)入核糖體，根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，把運(yùn)載來(lái)的氨基酸安放在相應(yīng)的位置上。隨著核糖體在mRNA上的移動(dòng)，一個(gè)tRNA剛離開(kāi)核糖體，另一個(gè)tRNA又?jǐn)y帶著氨基酸進(jìn)入，當(dāng)讀到mRNA上的終止密碼子時(shí)，翻譯過(guò)程結(jié)束。這樣，以mRNA為模板，把氨基酸一個(gè)個(gè)連接起來(lái)，合成為具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)。（邊播放動(dòng)畫(huà)，邊講解此過(guò)程）小結(jié)合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，注意關(guān)鍵之處。4中心法則及其發(fā)展教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容與行為基因所蘊(yùn)含的遺傳信息通過(guò)復(fù)制從親代傳遞給后代，并以一定方式（轉(zhuǎn)錄、翻譯）反映到蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)上，就能使生物后代表現(xiàn)出與親代相似的性狀。也就是說(shuō)基因是通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)性狀的控制的。這就是生物學(xué)中所說(shuō)的中心法則。中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，在從RN