人教課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版遺傳與進(jìn)化第４章基因的表達(dá)第１節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（全國一等獎(jiǎng)）

《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)1.知識方面：概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。2.能力方面：運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，分析堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。2.教學(xué)難點(diǎn)：遺傳信息的翻譯過程。三、教學(xué)方法討論法、演示法、講述法。四、教學(xué)課時(shí)2課時(shí)。五、教學(xué)過程（一）問題探討章引言引導(dǎo)組織閱讀P61。問：當(dāng)我們認(rèn)識到基因的本質(zhì)后，能不能利用這一認(rèn)識，分析現(xiàn)實(shí)生活中一些具體的問題呢？例如，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們能不能像電影《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？如果能利用恐龍的DNA使恐龍復(fù)活，你認(rèn)為主要要解決什么問題？提示：此節(jié)問題探討意在引導(dǎo)學(xué)生思考DNA在生物體內(nèi)有哪些作用，又是如何發(fā)揮作用的。一種生物的整套DNA分子中貯存著該種生物生長、發(fā)育等生命活動(dòng)所需的全部遺傳信息，也可以說是構(gòu)建生物體的藍(lán)圖。但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復(fù)雜的基因表達(dá)及其調(diào)控過程才能實(shí)現(xiàn)，因此，在可預(yù)見的將來，利用DNA分子來使滅絕的生物復(fù)活仍是難以做到的。看來要解決這個(gè)問題，我們還需要研究“基因的表達(dá)”。引導(dǎo)學(xué)生看第4章的章圖。請學(xué)生閱讀章圖中的文字和圖解，詢問學(xué)生看懂了什么，又產(chǎn)生了哪些問題。（二）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄問：1.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；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)中進(jìn)行的。那么，DNA攜帶的遺傳信息是怎樣傳遞到細(xì)胞質(zhì)中去的呢？分析推理1：推測有一種物質(zhì)能夠作為傳達(dá)DNA信息的信使，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)此物質(zhì)就是RNA。問：問為什么RNA適于作DNA的信使呢？RNA與DNA的比較項(xiàng)目DNARNA基本單位脫氧核苷酸核氧核苷酸五碳糖脫氧核糖核糖堿基A、G、C、TA、G、C、U無機(jī)酸磷酸磷酸類型常為一種類型信使RNA（mRNA）轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）核糖體RNA（rRNA）分布主要在細(xì)胞核，少量在細(xì)胞質(zhì)主要在細(xì)胞質(zhì)，少量在細(xì)胞核（如核仁）結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)一般是單鏈（且比DNA短，能通過核孔）想像空間。提示：DNA相當(dāng)于總司令。在戰(zhàn)爭中，如果總司令總是深入前沿陣地直接指揮，就會(huì)影響他指揮全局。DNA被核膜限制在細(xì)胞核內(nèi)，使轉(zhuǎn)錄和翻譯過程分隔在細(xì)胞的不同區(qū)域進(jìn)行，有利于這兩項(xiàng)重要生命活動(dòng)的高效、準(zhǔn)確。DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？①DNA雙螺旋解開，DNA雙鏈的堿基得以暴露，其中一條鏈提供準(zhǔn)確模板；②游離的核苷酸隨機(jī)地與DNA鏈的堿基碰撞，當(dāng)核苷酸的堿基與DNA的堿基互補(bǔ)時(shí)，兩者以氫鍵結(jié)合。③新結(jié)合的核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上；④合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復(fù)。（三）思考與討論一提示：可以從所需條件、過程中的具體步驟和過程中所表現(xiàn)出的規(guī)律等角度來分析。例如，轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都需要模板、都遵循堿基互補(bǔ)配對規(guī)律，等等。堿基互補(bǔ)配對規(guī)律能夠保證遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與作為模板的DNA單鏈的堿基序列之間的堿基是互補(bǔ)配對關(guān)系，與DNA雙鏈間堿基互補(bǔ)配對不同的是，RNA鏈中與DNA鏈的A配對的是U，不是T；與DNA另一條鏈的堿基序列基本相同，只是DNA鏈上T的位置，RNA鏈上是U。DNA兩大功能的執(zhí)行情況比較（表二）DNA的功能復(fù)制遺傳信息表達(dá)遺傳信息轉(zhuǎn)錄翻譯（待學(xué)）概念以親代DNA為模板合成子代DNA的過程以DNA中的一條鏈為模板，合成mRNA的過程游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程時(shí)間減數(shù)第一次分裂間期或有絲分裂間期在生長發(fā)育的連續(xù)過程中在生長發(fā)育的連續(xù)過程中場所在細(xì)胞核（主要），線粒體，葉綠體在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上條件模板以DNA的兩條鏈為模板以DNA的一條鏈為模板以mRNA為模板原料四種游離的脫氧核苷酸四種游離的核糖核苷酸20種氨基酸酶DNA解旋酶，DNA聚合酶等DNA解旋酶，RNA聚合酶等（各種合成酶等）能量需要ATP堿基配對原則A—T，T—A，G—C，C—GA—U，U—A，G—C，C—GA—U，U—A，G—C，C—G過程①DNA雙螺旋解開，每條鏈提供準(zhǔn)確模板；②按照堿基互補(bǔ)配對原則，各自合成子鏈；③子、母鏈結(jié)合盤繞形成兩個(gè)新DNA分子①DNA雙螺旋解開，其中一條鏈提供準(zhǔn)確模板；②按照堿基互補(bǔ)配對原則，形成mRNA；③合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復(fù)。①mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，mRNA作為模板；②按照堿基互補(bǔ)配對原則與mRNA上每三個(gè)堿基配對的tRNA運(yùn)載著氨基酸進(jìn)入核糖體；以mRNA上的遺傳密碼順序，把一定的氨基酸放在相應(yīng)的位置，合成有一定的氨基酸序列的蛋白質(zhì)。產(chǎn)物兩個(gè)一樣的雙鏈DNA分子一條單鏈的mRNA具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)。特點(diǎn)邊解旋邊復(fù)制，半保留式復(fù)制，（半不連續(xù)連續(xù)，可有多個(gè)起始點(diǎn)）邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，雙鏈DNA分子全保留式轉(zhuǎn)錄。（可有多個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)錄）一個(gè)mRNA分子上可以象機(jī)結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成，翻譯界素后，mRNA分解成蛋個(gè)核苷酸。遺傳信息的傳遞方向親代DNA→子代DNADNA→mRNA通過RNA將遺傳信息反映到蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上，使后代重現(xiàn)親代性狀計(jì)算規(guī)律DNA（基因）中的堿基數(shù)（6n）mRNA分子中的堿基數(shù)（3n）蛋白質(zhì)“多肽鏈”中氨基酸數(shù)（=參加轉(zhuǎn)運(yùn)的tRNA）（=mRNA分子中的密碼子數(shù)）（n）問：轉(zhuǎn)錄得到的RNA仍是堿基序列，而不是蛋白質(zhì)。那么，RNA上的堿基序列如何能變成蛋白質(zhì)中氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序呢？mRNA如何將信息翻譯成蛋白質(zhì)？翻譯的概念：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程，稱為遺傳信息的翻譯。提示：最多能編碼16種氨基酸。至少需要3個(gè)堿基。講述：讓學(xué)生看密碼子表。講述：大家查密碼子表，分析密碼子的特點(diǎn)：(1)一個(gè)密碼子決定一個(gè)特定的氨基酸；(2)有的氨基酸可能有一個(gè)以上的密碼子；(3)起始密碼子、終止密碼子。提示：對應(yīng)的氨基酸序列是：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—絲氨酸—賴氨酸—脯氨酸。這是一道開放性較強(qiáng)的題，答案并不惟一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和發(fā)散性思維。通過這一事實(shí)可以想到生物都具有相同的遺傳語言，所有生物可能有共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，等等。此題具有一定的開放性，旨在促進(jìn)學(xué)生積極思考，不必對答案作統(tǒng)一要求?？梢詮脑鰪?qiáng)密碼容錯(cuò)性的角度來解釋，當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，由于密碼的簡并性，可能并不會(huì)改變其對應(yīng)的氨基酸；也可以從密碼子使用頻率來考慮，當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸可以保證翻譯的速度。游離在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸，是怎樣運(yùn)送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的？：引導(dǎo)：我們再次比較三種RNA的功能。比較遺傳信息、遺傳密碼和反密碼子。講述圖解、CAI配合：翻譯蛋白質(zhì)的過程。弄清以下問題：

氨基酸如何進(jìn)入核糖體；

核糖體移動(dòng)的方向；

翻譯的位點(diǎn)；

肽鏈如何形成；

翻譯與轉(zhuǎn)錄、復(fù)制過程的異同點(diǎn)。（填表二）提示：此題旨在檢查對蛋白質(zhì)合成過程的理解?？梢詤⒄战滩闹袌D46的表示方法來繪制。根據(jù)mRNA的堿基序列和密碼子表就可以寫出肽鏈的氨基酸序列?？?/p>