第六章遺傳和變異第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三基因的表達(dá)(第

1、第六章 遺傳和變異 第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 三、基因的表達(dá)（第二課時(shí)）教學(xué)目的1了解染色體、 DNA和基因三者之間的關(guān)系以及基因的本質(zhì)。2了解基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理。3了解基因控制性狀的原理。4培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生掌握一定的科學(xué)研究方法。5理解結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)原理。6通過指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并制作蛋白質(zhì)合成過程的活動(dòng)模具，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。教學(xué)重點(diǎn)1染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系和基因的本質(zhì)。2基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理。教學(xué)難點(diǎn)基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理。教學(xué)用具投影片?！斑z傳工程初探”錄像片。果蠅某一條染色體上的幾個(gè)基因圖。DNA轉(zhuǎn)錄RNA過程的掛

2、圖。20種氨基酸的密碼子表。蛋白質(zhì)合成示意圖。中心法則圖解。白化癥患兒圖。教學(xué)方法教師講述、啟發(fā)與學(xué)生討論探索相結(jié)合。課時(shí)安排二課時(shí)。第二課時(shí)復(fù)習(xí)提問：（見投影片III)啟發(fā)：上節(jié)課我們講到，由DNA轉(zhuǎn)錄成RNA之后，mRNA就通過核孔到達(dá)細(xì)胞質(zhì)的核糖體上，直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。但是組成蛋自質(zhì)的氨基酸是20種，而組成mRNA的堿基只有四種。那么，這四種堿基是如何決定20種氨基酸的呢？討論：教師首先可以引導(dǎo)學(xué)生了解電報(bào)密碼用四個(gè)阿拉伯字母的排列順序代表一個(gè)漢字的意義以及電話號(hào)碼的位數(shù)與電話擁有數(shù)量的關(guān)系。然后轉(zhuǎn)入正題如果一個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，則四種堿基只能決定四種氨基酸；如果兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨

3、基酸，最多也只能決定16種氨基酸；如果由三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，這樣的堿基組合可以達(dá)到64種，這對(duì)于決定20種氨基酸來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了。講述：按照這樣的設(shè)想，科學(xué)家們?cè)?0世紀(jì)60年代初開始了對(duì)遺傳密碼的研究工作，幾年后，終于弄清了是哪三個(gè)堿基決定哪種氨基酸的?？磮D：20種氨基酸的密碼子表講述：例如UUU可以決定苯丙氨酸，CCC可以決定脯氨酸，ACG可以決定蘇氨酸在遺傳學(xué)上把mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基，叫做一個(gè)“密碼子”。1967年科學(xué)家們破譯了全部遺傳密碼子，并且編制出了我們現(xiàn)在看到的這張密碼子表。啟發(fā)：請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)看這幅密碼子表，其中的密碼子具有怎樣的特點(diǎn)呢？討論：從密碼子表

4、中可以發(fā)現(xiàn)：一種氨基酸可以只有一個(gè)密碼子，如色氨酸只有UGG一個(gè)密碼子；也可以有數(shù)個(gè)密碼子，如精氨酸有6個(gè)密碼子CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG。這說(shuō)明一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子決定。此外，還有兩個(gè)密碼子AUG和GUG除了分別決定甲硫氨酸和擷氨酸外，還是翻譯的起始信號(hào)，遺傳學(xué)上將其稱之為起始密碼子。另外，也有三個(gè)密碼子UAA、UAG、UGA，它們并不決定任何氨基酸，但在蛋自質(zhì)合成過程中，卻是肽鏈增長(zhǎng)的終止信號(hào)，所以又把這三個(gè)密碼子叫做終止密碼子。相當(dāng)于標(biāo)點(diǎn)符號(hào)中的句號(hào)。提問：由于每一個(gè)mRNA上都有特定的起始密碼子和終止密碼子，那么對(duì)于許多個(gè)相同的mRNA來(lái)講，由它控制合成

5、的許多個(gè)蛋白質(zhì)分子是否也相同呢？（討論：略）提問：mRNA在細(xì)胞核中合成之后，從核孔進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合起來(lái)。核糖體是細(xì)胞內(nèi)利用氨基酸合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。那么氨基酸存在于細(xì)胞內(nèi)的什么地方呢？（回答：大量分散在細(xì)胞質(zhì)中。）啟發(fā)：分散在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸是怎樣被運(yùn)送到核糖體中的mRNA上去的呢？講述：顯然需要有運(yùn)載工具。經(jīng)科學(xué)研究表明，這種工具也是一種RNA，叫做轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，簡(jiǎn)寫為tRNA。tRNA與密碼子一樣種類很多，但是，每一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。啟發(fā)：tRNA具有怎樣的結(jié)構(gòu)才能擔(dān)負(fù)起攜帶運(yùn)輸特定氨基酸的“歷史使命”呢？看圖：蛋白質(zhì)合成示意圖。講述：科學(xué)研究表明，tRNA一

6、般由75個(gè)核苷組成，其形態(tài)為三葉草形。它的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有三個(gè)堿基，都只能專一地與mRNA上的特定的三個(gè)堿基配對(duì)。由此看來(lái)，我們可以把tRNA比作翻譯過程中的“譯員”?！白g員”必須“認(rèn)識(shí)”兩種文字。一方面它能夠認(rèn)識(shí)mRNA上的密碼子文字；另一方面它還要能夠認(rèn)識(shí)氨基酸文字。  觀看：“遺傳工程初探”錄像片段的翻譯過程。使學(xué)生明白:當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA運(yùn)載著一個(gè)氨基酸進(jìn)入到核糖體以后，就以信使RNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，把轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的氨基酸放在相應(yīng)的位置上。轉(zhuǎn)運(yùn)完畢以后，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA離開核糖體，又去轉(zhuǎn)運(yùn)下一個(gè)氨基酸。當(dāng)核糖體接受兩個(gè)氨基酸以后，第二個(gè)氨基酸就會(huì)被移至第一個(gè)氨基酸

7、上，并通過肽鏈與第一個(gè)氨基酸連接起來(lái)，與此同時(shí)，核糖體在信使RNA上也移動(dòng)三個(gè)堿基的位置，為接受新運(yùn)載來(lái)的氨基酸。上述過程如此往復(fù)地進(jìn)行，肽鏈也就不斷地延伸，直到信使RNA上出現(xiàn)終止密碼子為止。講述：肽鏈合成以后，從信使RNA上脫離開來(lái)，再經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的某些細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等）的加工如盤曲折疊螺旋，最終合成一個(gè)具有一定氨基酸順序的。有一定功能的蛋白質(zhì)分子。概括：討論并完成左面板書表格內(nèi)容。小結(jié)：由上述過程可以看出：基因的表達(dá)過程本質(zhì)上是基因、mRNA、核糖體、tRNA協(xié)同作用的結(jié)果。DNA分子上的基因，其脫氧核苷酸的排列順序決定了mRNA中核糖核苷酸的排列順序， mRNA中核糖核苷酸

8、的排列順序又決定了氨基酸的排列順序，氨基酸的排列順序最終決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的特異性，從而使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀。從另一角度講，基因的表達(dá)過程也反映出了遺傳信息的傳遞規(guī)律。講述：在遺傳學(xué)上，把遺傳信息的流動(dòng)方向叫做信息流。信息流的方向可以用科學(xué)家克里克提出的“中心法則”來(lái)表示。觀圖：教材16頁(yè)中心法則圖解（可制成投影片）講述：從中心法則圖解中可以看出，遺傳信息流可以從DNA流向DNA，即完成DNA的自我復(fù)制過程，在傳種接代過程中傳遞遺傳信息；也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)，即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。表明了DNA分子（基因）上的遺傳特異性，通過mRNA的媒介，決定了蛋白質(zhì)

9、的特異性?？梢哉f(shuō)，中心法則反映了整個(gè)生物界的蛋白質(zhì)合成的一般規(guī)律。講述：在本世紀(jì)70年代初，切敏等一·些科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，一些RNA病毒在感染某些細(xì)胞時(shí)，在病毒蛋白質(zhì)的合成過程中，RNA也可以自我復(fù)制，并能在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下由RNA合成DNA。上述逆轉(zhuǎn)錄過程以及RNA自我復(fù)制過程的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)中心法則的補(bǔ)充和發(fā)展。講述：通過上面的學(xué)習(xí)我們知道，生物的一切遺傳性狀都是受基因控制的。但是在生物體內(nèi)，基因控制性狀是通過控制蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)蛋白，進(jìn)而組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分來(lái)直接影響性狀的。例如人的雙眼皮和單眼皮，有耳垂和無(wú)耳垂等。又如教材48頁(yè)中講到的鐮刀型細(xì)胞貧血癥。我們知道人類的血紅蛋白分子

10、是由幾百個(gè)氨基酸構(gòu)成的，正是因?yàn)檫@類人的控制血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基因不正常，因而使這類人體內(nèi)合成了結(jié)構(gòu)異常的血紅蛋白而引起疾病。講述：在生物體內(nèi)，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(lái)催化和激素來(lái)調(diào)節(jié)。因此，還有一些基因就是通過控制酶和激素的合成來(lái)控制代謝過程，從而控制生物性狀的。例如，正常人的皮膚、毛發(fā)等處的細(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(gè)人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶時(shí)，這個(gè)人的體內(nèi)就不能合成黑色素，而表現(xiàn)出白化病?？磮D：教材17頁(yè)圖6-11白化癥患兒。講述：又如以前我們學(xué)習(xí)過的生長(zhǎng)激素是一種多肽類激素，如果幼

11、年時(shí)期缺乏這種激素時(shí)，就會(huì)患佛儒癥。小結(jié)：概括他講，基因?qū)ι镄誀钸z傳的控制作用，可分為直接控制作用和間接控制作用。這是因?yàn)榛蚩煞譃閮纱箢?；一類是蘊(yùn)含選擇性表達(dá)信息的調(diào)節(jié)基因，一類是蘊(yùn)含編碼蛋白質(zhì)中氨基酸順序的結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因直接控制性狀，調(diào)節(jié)基因則間接控制性狀。所以說(shuō)，基因是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位和功能單位。設(shè)置懸念：有關(guān)基因?qū)ι镄誀畹目刂圃淼酱宋覀円呀?jīng)作了徹底的了解。是否問題已完全得到解決？且慢下結(jié)論！可能有的同學(xué)已經(jīng)想到了這樣一個(gè)問題：性狀在遺傳過程中會(huì)表現(xiàn)出怎樣的特點(diǎn)？如雙眼皮俗稱“花眼”，人人都喜歡，可是，一對(duì)對(duì)夫妻怎樣才能生出一個(gè)有“花眼”的小孩呢？這里有無(wú)規(guī)律可尋？關(guān)于這個(gè)問題我們將在下節(jié)課開始來(lái)討論。投影片III1什么是基因？它的組成成分是什么？2什么叫轉(zhuǎn)錄？怎樣進(jìn)行？ 3翻譯 堿基組成個(gè)數(shù)堿基組合數(shù)量141（A、U、G、C）242AA、AU、AG、ACUA、UU、UG、UCUA、GU、GG、GCCA、CU、CG、CC343（限于篇幅略）（1）密碼子