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 问题探讨章引言 教师组织和引导 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。 〖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。 〖问〗问为什么RNA适于作DNA的信使呢？ RNA与DNA的比较 学生活动 教学意图 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？ 阅读思考 阅读思考列表比较 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 引起思考 RNA与DNA的比较
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项目 基本单位 五碳糖 碱基 无机酸 类型 DNA 脱氧核苷酸 脱氧核糖 A、G、C、T 磷酸 常为一种类型 RNA 核氧核苷酸 核糖 A、G、C、U 磷酸 信使RNA（mRNA） 转移RNA（tRNA） 核糖体RNA（rRNA） 分布 结构 主要在细胞核， 主要在细胞质， 少量在细胞质 少量在细胞核（如核仁） 双螺旋结构 一般是单链 （且比DNA短，能通过核孔） 思考讨论回答 拓展思维 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。 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。 〖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。 表达遗传信息 转录 以DNA中的一条链为模板，合成mRNA的过程 在生长发育的连续过程中 思考回答听讲 授新课 思考与讨论一 思考讨论回答 培养思考讨论回答问题的能力 DNA两大功能的执行情况比较（表二） DNA 复制遗传信息 的功能 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 减数第一次分裂间期或有丝分裂间期 翻译（待学） 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 在生长发育的连续过程中 在细胞质的核糖体上 时间 场所 在细胞核（主要），线粒体，叶绿体 条模以DNA的两条链为模件 板 板
以DNA的一条链为模板 以mRNA为模板 - 2 -
原四种游离的脱氧核料 苷酸 酶 DNA解旋酶，DNA聚合酶等 能需要ATP 量 四种游离的核糖核苷酸 20种氨基酸 DNA解旋酶，RNA聚合酶（各种合成酶等） 等 碱基配A—T，T—A，G—C，A—U，U—A，G—C，C—对原则 C—G 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 两个一样的双链DNA分子 边解旋边复制，半保留式复制，（半不连续连续，可有多个起始点） 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。 A—U，U—A，G—C，C—G 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。 具有特定氨基酸序列的蛋白质。 产物 特点 一条单链的mRNA 边解旋边转录，双链DNA一个mRNA分子上可以象机结合分子全保留式转录。（可多个核糖体，同时进行多条肽链有多个基因同时转录） 的合成，翻译界素后，mRNA分解成蛋个核苷酸。 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 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） 遗传信亲代DNA→子代DNA DNA→mRNA 息的传递方向 计算规律 DNA（基因）中的碱基数 （6n） mRNA分子中的碱基数 （3n） 第二课时 二、遗传信息的翻译 翻译的概念 思考与讨论二
〖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： - 3 -
思考回答 看表 1.学习遗传密码破译的推测过程。 思考与讨论三 翻译过程 思考与讨论四 (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。 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46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。 思考回答 查表 看图思考 2.查密码子表，分析密码子的特点。 练会查表 学会翻译的过程
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