基因控制蛋白質(zhì)的合成教學(xué)設(shè)計宋

1、教 學(xué) 設(shè) 計課題第四章 基因的表達(dá) 第一節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成課型新授課教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1說明基因和遺傳信息的關(guān)系。2. 概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。技能目標(biāo)：通過對新知識的探求過程，培養(yǎng)學(xué)生分析、比較、判斷、綜合思維能力。情感目標(biāo)：認(rèn)同事物的現(xiàn)象是由本質(zhì)決定的辯證唯物主義觀點。教學(xué)重點難點基因控制蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程。 教學(xué)方法探究、啟發(fā)、類比推理、歸納總結(jié)教學(xué)設(shè)計理念本設(shè)計試圖利用學(xué)生已有的知識，通過設(shè)置問題情境，引入課題，并引導(dǎo)學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)新知識，以達(dá)到充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，以及對轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和兩者之間的內(nèi)在邏輯了解達(dá)到理解層次的目標(biāo)；其次，把知識難點分解為多個具

2、有一定難度梯度的小問題，以問題串的方式或改變提問的方式，把難點分散，難度降低，要求減少，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效探究，突出主干，解決問題；最后，借助直觀手段幫助學(xué)生理解基因控制蛋白質(zhì)合成的具體過程。教學(xué)準(zhǔn)備自制PPT、教學(xué)案、有關(guān)轉(zhuǎn)錄和翻譯的FLASH。教 和 學(xué) 的 過 程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動（第1課時）導(dǎo)入新課（由性狀、DNA、基因的關(guān)系引入新課“基因控制蛋白質(zhì)的合成”。）（通過步步設(shè)疑，層層深入， 引言：在現(xiàn)實生活中,我們能不像電影侏羅紀(jì)公園中描述的那樣,利用恐龍的DNA,使恐龍復(fù)活呢，如果能復(fù)活，那里面有什么玄機(jī)呢？ 從生物學(xué)的角度來看，性狀的不同和決定性狀的蛋白質(zhì)有關(guān)。那么，蛋白

3、質(zhì)是怎么合成的呢？思考：1.性狀是由什么控制的?（遺傳物質(zhì)，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。）2.DNA分子是怎樣控制遺傳性狀的？3.基因與DNA的關(guān)系是什么? 每個DNA分子上只有一個基因嗎? 質(zhì)疑：針對思考題2質(zhì)疑生物體細(xì)胞核中染色體和DNA分子數(shù)是恒定的，而生物的性狀卻是多種多樣的，DNA如何控制這么多性狀？講述：一條染色體上的一個DNA分子肯定會控制很多很多性狀。引出基因概念。討論：對于基因大家并不陌生，請你談?wù)剬虻恼J(rèn)識。激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣?；貞浥f知識說出DNA控制性狀。根據(jù)以往的知識基礎(chǔ)，說出是DNA上的許多基因控制狀性。自由發(fā)言，說出對基因的認(rèn)識。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動引導(dǎo)學(xué)生積

4、極思考，解讀基因的概念，達(dá)到共識，培養(yǎng)學(xué)生的分析、綜合能力。） 從基因到蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄（利用FLASH動畫，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄的機(jī)制，并能進(jìn)行概述。讓抽象的概念直觀化，促進(jìn)學(xué)生的理解。）概念解讀：1.基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位。2.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。3.基因在染色體上呈線性排列。由于DNA分子是線性結(jié)構(gòu)，基因作為具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片斷，在DNA分子上是呈直線排列的。但是DNA分子并不是所有的片斷都具有遺傳效應(yīng)，所以基因在DNA分子上的排列是間斷的，不是連續(xù)排列的。小結(jié)：每個基因有特定的脫氧核苷酸排列順序，它代表著遺傳信息。（每一條染色體只含有一個DNA分子，每

5、個DNA分子上有很多個基因，每個基因又可以含有成百上千個脫氧核苷酸，由于不同基因的脫氧核苷酸的排列順序不同，因此不同的基因就含有不同的遺傳信息。）基因的遺傳表達(dá)是通過基因控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)的。引出課題。提問：我們知道，DNA主要存在于細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行的。那么，DNA所攜帶的遺傳信息是怎樣傳遞到細(xì)胞質(zhì)中去的呢？講述：這需要通過RNA作為媒介。在細(xì)胞核內(nèi)，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對的原則合成RNA的過程。播放FLASH：轉(zhuǎn)錄。你們有沒有發(fā)現(xiàn)什么？講解：邊分步驟演示邊講解。DNA在有關(guān)酶的作用下解旋，然后以模板DNA雙鏈中的一條為模板，以周圍環(huán)境中

6、游離的4種核糖核苷酸為原料，進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對（DNA與RNA的堿基互補(bǔ)配對：AU；TC；CG；TA）。組成 RNA 的核糖核苷酸一個個連接起來，形成mRNA鏈，DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上。在合成mRNA以后DNA分子又恢復(fù)原樣。比較：DNA與RNA的不同點。（略）小結(jié)：1. DNA轉(zhuǎn)錄的場所在細(xì)胞核內(nèi)。 把自己的認(rèn)識和老師的精講結(jié)合起來理解，對基因的概念達(dá)成共識。 觀看FLASH發(fā)現(xiàn)，直觀發(fā)現(xiàn)在以DNA為模板合成RN時，以U代替T與A配對。 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動遺傳密碼（引導(dǎo)學(xué)生利用已有的數(shù)學(xué)方法推測氨基酸種類數(shù)，讓學(xué)生自己嘗試推測密碼子的堿基數(shù)與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)

7、生的聯(lián)想、推理能力，注意學(xué)科間的滲透。）（引導(dǎo)學(xué)生閱讀積極思維中的實驗，親歷科學(xué)家的探究過程，從而自主構(gòu)建有關(guān)遺傳密碼的知識。）2.合成時作為模板的僅是DNA雙鏈中的一條鏈。3.模板DNA的核苷酸順序與mRNA的核苷酸順序是互補(bǔ)的，所以DNA所儲存的遺傳信息可以準(zhǔn)確無誤地傳遞給mRNA。講述：當(dāng)沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA分子雙螺紋結(jié)構(gòu)以后，破譯遺傳密碼成了科學(xué)界一個重大的研究課題。質(zhì)疑：RNA只有4種不同的堿基（A、U、G、C），而蛋白質(zhì)含有常見氨基酸20種。那么怎樣把RNA的遺傳信息翻譯成20種氨基酸呢？思考：每種氨基酸可能由A、U、G、C中的幾個堿基決定？講述：用3個堿基的組合作為遺傳密碼，

8、代表1個氨基酸。但是，上述觀點僅僅是一種假設(shè)，必須要用實驗來證明。為此，1964年美國科學(xué)家設(shè)計了一個獨特的實驗：閱讀：積極思維“遺傳密碼是怎樣破譯的？”能說出實驗過程。講解：用僅僅含有單一堿基的尿嘧啶（U），做試管內(nèi)合成蛋白質(zhì)的研究。這個實驗只用了含有單一堿基U的特殊RNA。這樣，就得到了只有UUU編碼的RNA。把這種RNA放到和細(xì)胞內(nèi)相似的溶液里，如果上述觀點正確，應(yīng)該得到由單一一種氨基酸組成的蛋白質(zhì)。分析：上述科學(xué)家的實驗?zāi)軌蛘f明什么問題？小結(jié)：和科學(xué)家的預(yù)想一樣，這樣合成的蛋白質(zhì)中，只含有苯丙氨酸。于是，人們了解了第一個蛋白質(zhì)的密碼：UUU對應(yīng)苯丙氨酸。說明多聚U可以控制苯丙氨酸的合成

9、。這是人類破譯的第一個遺傳密碼。講述：遺傳學(xué)上把mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基，叫做一個“遺傳密碼子”。讀圖：P69的“20種氨基酸的遺傳密利用已有的數(shù)學(xué)方法推算，明確：1種堿基決定1個氨基酸，則只決定4種氨基酸。（不可行。）2種堿基決定1個氨基酸，則可決定42=16種。（不可行）3種堿基決定1個氨基酸，則可決定43=64種。（可行）積極參與分析，親歷科學(xué)家的探究思路。對實驗內(nèi)容進(jìn)行推理，引導(dǎo)學(xué)生得出mRNA上的堿基排列順序為遺傳密碼的結(jié)論。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動翻譯（引導(dǎo)學(xué)生讀圖，訓(xùn)練學(xué)生將圖群科學(xué)的分割，并從圖中獲取有效信息。在此基礎(chǔ)上，利用FLASH播放和分步驟演示精

10、講翻譯的過程。）碼子表”。教學(xué)生學(xué)會看圖。 練一練：1.一個密碼子可以決定幾種氨基酸？2.一個氨基酸可以有幾個密碼子？3.看表回答： ACU代表_；CGU代表 _ _； 起始密碼_；終止密碼_ _； 講解：大多數(shù)的氨基酸都有兩種以上的密碼子。其中AUG是真核細(xì)胞惟一的起始密碼子。而UAA、UAG、UGA三個密碼子不編碼任何氨基酸，在這些密碼子的地方，肽鏈合成停止，蛋白質(zhì)合成停止，因此稱為終止密碼子。 由于遺傳密碼的破譯，探索基因控制蛋白質(zhì)合成的研究也取得了進(jìn)展。轉(zhuǎn)錄后的mRNA上的遺傳密碼如何被翻譯成蛋白質(zhì)？ 播放FLASH：翻譯的過程。 介紹：核糖體是活細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)的工廠，mRNA分子是

11、藍(lán)圖，而把蛋白質(zhì)的原料20種氨基酸搬到工廠核糖體那兒，并且按照藍(lán)圖mRNA把氨基酸一個個排列起來的是轉(zhuǎn)運RNA。每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。tRNA的一端攜帶氨基酸，另一端有3個堿基，這3個堿基只能專一性地與mRNA上特定的3個堿基配對。閱讀：書P70蛋白質(zhì)合成的圖群，概述翻譯過程。演示：邊分步演示，邊講解：起始階段：mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體相結(jié)合。轉(zhuǎn)運RNA運載著一個氨基酸進(jìn)入核糖體以后，就以信使RNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，把轉(zhuǎn)運來的氨基酸放在相應(yīng)的位置。延伸過程：轉(zhuǎn)運RNA離開核糖體，又去運下一個氨基酸。這些運載來的氨基酸通過肽鍵一個個連接起來，形成肽鏈，不斷

12、延伸。終止階段：核糖體沿著mRNA移動，一旦遇到終止密碼，翻譯即自行結(jié)束。學(xué)會看“20種氨基酸的遺傳密碼子表”，為下面學(xué)習(xí)翻譯奠定基礎(chǔ)。對翻譯有初步認(rèn)識。觀看FLASH，發(fā)現(xiàn)有一個個來回搬運氨基酸的結(jié)構(gòu)。了解tRNA的功能。仔細(xì)閱讀書P70的示意圖，并結(jié)合文字?jǐn)⑹鲎x圖。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動（引導(dǎo)學(xué)生歸納翻譯的概念、場所、原料、過程，從而加深對蛋白質(zhì)合成過程的理解。）肽鏈合成以后，從核糖體上脫離，再經(jīng)過一定的盤曲折疊，最終合成一個具有一定功能的蛋白質(zhì)分子。播放FLASH：基因控制蛋白質(zhì)合成全過程，請同學(xué)復(fù)述。歸納：翻譯概念：在細(xì)胞質(zhì)中,以mRNA為模板,合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)

13、的過程。場所：細(xì)胞質(zhì)內(nèi)核糖體上模板：mRNA條件：tRNA、酶原料：氨基酸產(chǎn)物：多肽鏈過程：起始、延伸、終止DNAmRNAtRNA蛋白質(zhì)性狀例題：DNA雙鏈TT信使RNAU轉(zhuǎn)運RNAG氨基酸遺傳密碼算一算：蛋白質(zhì)合成過程中，基因堿基數(shù)、信使RNA堿基數(shù)、蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的比例關(guān)系6：3：1。例題：一條多肽鏈中有氨基酸1000個,則作為合成該多肽鏈模的信使RNA分子和用來轉(zhuǎn)錄信使RNA的DNA分別至少有堿基( D ) A.3000個和3000個 B.1000個和2000個 C.2000個和4000個 D.3000個和6000個觀看FLASH，并復(fù)述轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，鞏固所學(xué)知識，并進(jìn)行歸納總結(jié)。

14、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動（第2課時） 中心法則（補(bǔ)充有關(guān)中心法則的內(nèi)容，充分利用中心法則圖解，引導(dǎo)學(xué)生看圖說出遺傳信息流的方向，對RNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄過程進(jìn)行補(bǔ)充講解，再輔以習(xí)題訓(xùn)練。）基因?qū)π誀畹目刂疲ㄍㄟ^例題的分析，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到基因的選擇性表達(dá)，與必修一細(xì)胞分化的實質(zhì)相了解，注意新舊知識的銜接。） 復(fù)習(xí)提問：轉(zhuǎn)錄和翻譯的相關(guān)內(nèi)容（略）。 講述：在遺傳學(xué)上，把遺傳信息的流動方向叫做信息流。信息流的方向可以用科家克里克提出的“中心法則”來表示。 出示：中心法則圖解。 提問：你能根據(jù)中心法則的圖解，說出其中的遺傳信息流動方向嗎？ 介紹：在某些病毒中，RNA也可以自我復(fù)制?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)在一

15、些病毒蛋白質(zhì)的合成過程中，RNA可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA。逆轉(zhuǎn)錄過程及以及RNA自我復(fù)制過程的發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充和發(fā)展了“中心法則“，使之更加完整。 小結(jié)：DNA的復(fù)制：DNADNA（以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物的DNA自我復(fù)制。）DNA的轉(zhuǎn)錄：DNARNA（細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄過程。）翻譯：RNA蛋白質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)的核糖體上的翻譯過程。）RNA的復(fù)制：RNARNA（以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物的RNA自我復(fù)制。）RNA逆轉(zhuǎn)錄：RNADNA（少數(shù)病毒在其宿主細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄過程。） 例題：見學(xué)案。 引言：生物的一切遺傳性狀都是受基因控制的。個體發(fā)育過程中產(chǎn)生的眾多體細(xì)胞均來自同一受精卵的有絲分裂，因而含有相同

16、的遺傳物質(zhì)或基因，但生物體不同部分細(xì)胞表現(xiàn)出的性狀不同，這是為什么？ 例題：人的胰島細(xì)胞能產(chǎn)生胰島素，但不能產(chǎn)生血紅蛋白，據(jù)此推測胰島細(xì)胞中( C ) A.只有胰島素基因 B.比人受精卵的基因要少 C.既有胰島素基因，也有血紅蛋白基 對照中心法則說出DNA的復(fù)制，DNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯。 通過習(xí)題演練加深對中心法則的理解。積極思維，與必修一中的細(xì)胞分化實質(zhì)相了解，進(jìn)一步理解基因的選擇性表達(dá)。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動 （利用學(xué)生較為熟悉的白化病介紹基因表達(dá)的特點，貼近學(xué)生的日常生活，能激發(fā)學(xué)生的探求知識的欲望。） 人類基因組計劃因和其他基因 D.有胰島素基因和其他基因，但沒有血 紅蛋白基因

17、小結(jié)：雖然不同的細(xì)胞含有相同的基因，但不同的細(xì)胞表達(dá)不同的基因，即選擇性表達(dá)。出示：白化病患者圖片白化病患者表現(xiàn)出毛發(fā)白色、膚色呈淡紅色、畏光等癥狀。 介紹：正常人的皮膚、毛發(fā)等外的細(xì)胞中有一種酶，叫做酪氨酸酶，它能夠?qū)⒗野彼徂D(zhuǎn)變?yōu)楹谏?。如果一個人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶，那么這個人就不能合成黑色素，而表現(xiàn)出白化病癥狀。 小結(jié)：基因?qū)π誀畹目刂仆?jīng)過一系列的代謝過程，而代謝過程中的每一步化學(xué)反應(yīng)都需要酶來催化。因此一些基因就通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀的。 出示：正常紅細(xì)胞與鐮刀型細(xì)胞貧血癥紅細(xì)胞比較圖。 介紹：正常人的紅細(xì)胞是圓餅狀的，如果一個人的控制血紅蛋白分

18、子結(jié)構(gòu)的基因不正常，這個人就會合成結(jié)構(gòu)異常的血紅蛋白而引起疾病。鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者紅細(xì)胞是彎曲的鐮刀狀的。這樣的紅細(xì)胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴(yán)重時會導(dǎo)致死亡。 小結(jié)：以上是基因控制性狀的另一種情況，是通過控制蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來直接影響性狀。引言：你知道被喻為人類生命科學(xué)史上一次偉大的登月行動，與“曼哈頓原子彈計劃”“阿波羅登月計劃”并稱為人類自然科學(xué)史上的三大計劃的是什么計劃？ 交流：你對人類的基因組計劃有哪些認(rèn)識？ 自學(xué)：閱讀書上相關(guān)內(nèi)容。白化病是學(xué)生較為熟悉的，能說出相應(yīng)癥狀，對病因有強(qiáng)烈的探知欲望。理解基因表達(dá)的特點。初步認(rèn)識鐮刀型貧血癥，并為下一節(jié)基因的突變做準(zhǔn)備。 說出人類的

19、基因組計劃。自由發(fā)言，把平時積累知識與全班同學(xué)分享。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動（通過學(xué)生的自由發(fā)言，了解學(xué)生對人類的基因組計劃認(rèn)識程度，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題閱讀書本內(nèi)容。）（介紹人類基因組計劃繪制的四張圖，特別是“轉(zhuǎn)錄”圖，書上并未做介紹，但有必要對學(xué)生交待，利于知識的完整性。）考考你：閱讀填寫。1.人類基因組就是22條常染色體、1條X染色體和1條Y染色體，共24條染色體上DNA的總和。人類基因組計劃研究的任務(wù)就是把人類基因組全部基因的核苷酸對的排列順序定位在染色體上，并進(jìn)行基因功能的研究。2.人類基因組計劃的主要內(nèi)容包括繪制人類四張圖，即遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。 出示：

20、人類的染色體圖解，指導(dǎo)學(xué)生會分辨X和Y染色體。 講述：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)大概是20世紀(jì)生命科學(xué)最最偉大的突破。那么A、T、C、G四種不同的堿基，構(gòu)成了紛繁復(fù)雜的遺傳學(xué)語言，生命信息的最基本的符號。這個最基本的符號實在是讓我們感到非常簡單。大自然就用這四種簡單的字符，組成了讓我們嘆為觀止的大千世界的無數(shù)生命的多樣性的現(xiàn)象。人類基因組DNA序列圖的繪制工作，可以做這樣的比喻：假說人們只穿4種顏色的衣服，紅、黃、白、黑，“人類基因組計劃”就相當(dāng)于把世界上30億人所穿的衣服都搞清楚，而且注明位置順序，如所在的國家、城市、街道、樓房、房間。介紹：用圖4-15對人類基因組繪制的四個圖進(jìn)行詳細(xì)介紹。遺傳

21、圖：遺傳圖是指基因或DNA標(biāo)記在染色體上以遺傳距離表示相對位置的圖，又稱為連鎖圖。物理圖：指表示DNA序列上DNA標(biāo)記之間實際距離的圖。序列圖：是指整個人類基因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。轉(zhuǎn)錄圖：在整個人類基因組中，只有1%5%的DNA序列為編碼序列。在人體某一特定組織的細(xì)胞中，一般只有10%的基因是表達(dá)的。如果能把某段DNA序列相應(yīng) 帶著問題閱讀課本。閱讀過程中發(fā)現(xiàn)第四張“轉(zhuǎn)錄”圖不能在書上找到。通過老師淺顯的比喻認(rèn)識人類基因組計劃的內(nèi)容及要達(dá)到的目標(biāo)。對人類的基因組計劃有進(jìn)一步的認(rèn)識。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動的mRNA確定下來，就抓住了基因的主要部分，即可轉(zhuǎn)錄部分。所以，一張人類基因組的轉(zhuǎn)錄圖(也稱cDNA圖或表達(dá)序列圖)才是人類基因圖的雛形。 講述：人類歷史上的第一張人體解剖圖，曾解開人類機(jī)體之謎，奠定了近代醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)。人類基因計劃所提供的這四張“圖”，組成了不同層次的、最終為分子水平的人類的“第二張解剖圖”。它揭開了決定人類生、老、病、死的所有遺傳信息之謎，它將成為人類認(rèn)識自我的用之不竭的知識源泉，并將為二十一世紀(jì)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展奠