基因控制蛋白質(zhì)的合成

1、基因控制蛋白質(zhì)的合成教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)(1) 知道信使RNA和轉(zhuǎn)移RNA的結(jié)構(gòu)和功能(2) 理解基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程和原理，理解轉(zhuǎn)錄和翻譯的概念。(3) 理解遺傳密碼和密碼子的概念。(4) 理解“中心法則”的概念。2能力目標(biāo)(1)通過(guò)基因控制蛋白質(zhì)合成的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律的應(yīng)用能力；(2)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生推理能力和分析能力；(3)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程的觀看和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和綜合能力。3情感目標(biāo)(1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程;(2) 培養(yǎng)學(xué)生探究科學(xué)的興趣；通過(guò)分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn):基因控制蛋白

2、質(zhì)合成的過(guò)程和原理轉(zhuǎn)錄和翻譯教學(xué)難點(diǎn) （1）遺傳密碼概念的闡述 （2）遺傳信息的傳遞規(guī)律(3)基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程教學(xué)用具：多媒體電腦、投影教學(xué)方法：講述、演示、討論課時(shí)安排：2課時(shí)教學(xué)內(nèi)容教師組織和引導(dǎo)復(fù)習(xí)引入提問(wèn)：對(duì)于大多生物來(lái)說(shuō)，主要的遺傳物質(zhì)是什么？提問(wèn)：是不是整條DNA分子都具有遺傳效應(yīng)呢？ 提問(wèn)：基因是通過(guò)控制哪種物質(zhì)的合成來(lái)控制性狀的？基因DNA分子是怎樣控制遺傳性狀的呢？現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究認(rèn)為，基因是決定生物性狀的基本單位。那么，基因與DNA有什么關(guān)系呢？1基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段講述：每個(gè)染色體含有一個(gè)DNA分子，每個(gè)DNA分子有很多基因，基因是什么？（l）基因的概念：

3、基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位，是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。此概念有三個(gè)要點(diǎn)： 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段這就是說(shuō)，基因是DNA的片段，但必須具有遺傳效應(yīng)（指具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、重組突變及調(diào)控等功能）。有的DNA片段屬間隔區(qū)段，沒(méi)有控制性狀的作用，這樣的DNA片段就不是基因?；蚴强刂粕镄誀畹倪z傳物質(zhì)的功能單位舉例：豌豆高莖基因控制高的性狀；豌豆矮莖基因控制矮的性狀，紫茉莉紅花的基因控制紅花性狀，開紅花。狗的直毛有直毛基因控制；人的黑發(fā)有黑發(fā)基因控制。基因是控制性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位控制某種性狀的基因有特定的DNA片段，蘊(yùn)含特定的遺傳信息，可以切除，可以拼接到其他生物的

4、DNA上，從而獲得某種性狀的表達(dá)，故基因是結(jié)構(gòu)單位。例如：把牛的胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA上，大腸桿菌可以生產(chǎn)胰島素。（2）基因的位置：染色體是基因的載體，基因在染色體上呈直線排列。問(wèn)：那么，構(gòu)成DNA的基本單位是什么？學(xué)生答出：脫氧核苷酸。又問(wèn)：有幾種脫氧核苷酸？學(xué)生回答：4種（它們分別是：略）（3）基因的化學(xué)組成：每個(gè)基因含有成百上千個(gè)脫氧核苷酸。講述：基因的脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息。例如：白花基因有特定的脫氧核苷酸排列順序，這樣特定的排列順序就代表白花的遺傳信息。上一代傳給下一代的是遺傳信息而不是白花的本身，在下一代就可以將白花遺傳信息表達(dá)為白花。（4）基因不同的實(shí)質(zhì)：不同的

5、基因，四種脫氧核苷酸的排列順序不同，但是每個(gè)基因都有特定的排列順序設(shè)問(wèn)：基因到底是怎樣控制蛋白質(zhì)合成的呢？它所蘊(yùn)含的遺傳信息是以怎樣的方式反映到蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上去的，進(jìn)而體現(xiàn)出生物的性狀的呢？過(guò)渡：提問(wèn)：1.蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所在哪里？2.基因（遺傳信息）主要存在于細(xì)胞的哪個(gè)部分？設(shè)問(wèn)：基因作為遺傳物質(zhì)，要在數(shù)量上和性質(zhì)上保持穩(wěn)定，是不能從核里出來(lái)的。那么細(xì)胞核里的基因是怎么控制細(xì)胞核外的蛋白質(zhì)合成的呢？ 指導(dǎo)：科學(xué)家也的確想到了RNA，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)，RNA普遍存在于各種細(xì)胞中，而且在細(xì)胞核內(nèi)外都有這種物質(zhì)的存在。DNA與蛋白質(zhì)合成有關(guān)，基因也與蛋白質(zhì)形成有關(guān)，而RNA又能從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，那

6、么，RNA就能充當(dāng)起聯(lián)系基因與蛋白質(zhì)之間的“信息傳遞者”了。轉(zhuǎn)錄 (動(dòng)畫演示，同時(shí)教師介紹DNA、核糖核苷酸、模板、酶)提問(wèn)：從演示中你能否看出，RNA是根據(jù)什么合成的？即RNA合成的模板是什么？提問(wèn)： 剛才我們看到，RNA是一條鏈，DNA是兩條鏈，RNA是根據(jù)DNA的哪條鏈合成的呢？板書： 我們把DNA和RNA放大看一看。上邊1鏈，下邊2鏈，RNA是根據(jù)哪條鏈合成的？你是怎么看出來(lái)的？講述：也就是說(shuō)RNA是根據(jù)基因的一條鏈合成的?；虻倪@條鏈就稱為有義鏈（或信息鏈）。根據(jù)基因的有義鏈合成RNA的過(guò)程，就稱為轉(zhuǎn)錄。板書：基因RNA這條RNA將會(huì)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)知道蛋白質(zhì)的合成，起了“信使”的作用，所

7、以把RNA稱為信使RNA（mRNA）。 講述：DNA上的堿基排列順序決定了RNA上堿基的排列順序，這樣，基因上的遺傳信息也就傳遞給了RNA 提問(wèn)：請(qǐng)大家小結(jié)一下轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所、需要的條件、產(chǎn)物及形成RNA時(shí)需要遵守的原則？ 第二課時(shí)設(shè)問(wèn)：轉(zhuǎn)錄后RNA如何將遺傳密碼進(jìn)行傳遞，并最終控制蛋白質(zhì)的合成呢？首先，信使RNA（mRNA）在核內(nèi)形成后通過(guò)什么途徑進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)呢？RNA到細(xì)胞質(zhì)中與什么結(jié)構(gòu)結(jié)合？翻譯第三課時(shí)翻譯a概念：是指以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程。b場(chǎng)所：mRNA經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合。C信息傳遞方向：mRNA一定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。氨基酸有20種，mRNA有四種核

8、苷酸，四種堿基A、G、C和U是如何決定20種氨基酸的呢？和同學(xué)一起討論（用排列組合）：如果1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸就只能決定4種，即 不可以如果2個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸就只能決定16種，即 不可以如果3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸就可決定64種，即 完全可以，還有多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1961年英國(guó)的克里克和同事用實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)氨基酸是由mRNA的3個(gè)堿基決定，即三聯(lián)體密碼子。美國(guó)年輕的生物化學(xué)家尼倫伯格和同學(xué)用人工合成方式，首先闡明了遺傳密碼的第一個(gè)密碼子UUU，即決定苯丙氨酸的密碼子。1967年科學(xué)家已將20種氨基酸的密碼子全部破譯。（此時(shí)出示教材密碼子表，并解說(shuō)）。我們把mRNA上的堿基排列順序稱之為“遺傳密碼

9、”。mRNA上決定氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基稱為“密碼子”。 講述：一共有64種密碼子，其中61種各自對(duì)應(yīng)一種氨基酸，為有效密碼子，UAA、UAG、UGA這三種不決定任何氨基酸，稱為終止信號(hào)，當(dāng)信使RNA上出現(xiàn)這3個(gè)密碼子種的任何一個(gè)時(shí)，多肽鏈的合成便到此結(jié)束。講述：在核糖體中就可以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過(guò)程稱為翻譯。板書： 提問(wèn)：組成蛋白質(zhì)的基本單位是什么？講述：氨基酸排列順序不同，構(gòu)成不同的蛋白質(zhì)，因此，可以把氨基酸的排列順序看成蛋白質(zhì)的語(yǔ)言；堿基的排列順序也可以看成核酸的語(yǔ)言，要把mRNA的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)的語(yǔ)言，誰(shuí)能識(shí)別兩種語(yǔ)言呢？這里要講到另一種RNA轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）。演示課件

10、并講解：tRNA由單鏈構(gòu)成，形成了三葉草的結(jié)構(gòu)，tRNA一端可攜帶特定氨基酸，另一端有三個(gè)堿基即反密碼子，可識(shí)別mRNA上的密碼子。于是，tRNA就象一個(gè)翻譯家，既精通mRNA的語(yǔ)言又精通氨基酸的語(yǔ)言。提問(wèn)：大家思考一下，反密碼子將依據(jù)什么原則識(shí)別密碼子呢？講述：tRNA運(yùn)載著氨基酸進(jìn)入核糖體以后，以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，把運(yùn)載來(lái)的氨基酸安放在相應(yīng)的位置上。轉(zhuǎn)運(yùn)完畢，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，這兩個(gè)氨基酸就發(fā)生縮合反應(yīng)，通過(guò)肽鍵相連形成二肽。第三個(gè)氨基酸進(jìn)來(lái)后再形成三肽，這樣，氨基酸一個(gè)個(gè)連接起來(lái)形成一條肽鏈。肽鏈再形成空間結(jié)構(gòu)后，才成為具有

11、一定功能的蛋白質(zhì)分子。（邊演示動(dòng)畫邊講解） 總之，核糖體中的mRNA有許多“密碼子”，每個(gè)“密碼子”與轉(zhuǎn)運(yùn)特定氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的“反密碼子”，能夠堿基配對(duì)的，才能對(duì)號(hào)入座。也即是說(shuō)一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA在哪個(gè)位置上對(duì)號(hào)入座是靠轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的“反密碼子”去識(shí)別，而位置則是mRNA按遺傳信息預(yù)先定了的。提問(wèn)：請(qǐng)大家小結(jié)一下翻譯的場(chǎng)所、需要的條件、產(chǎn)物及翻譯時(shí)需要遵守的原則？比較DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻 譯DNA的功能貯存遺傳信息（脫氧核苷酸的排列順序）復(fù)制遺傳信息表達(dá)遺傳信息轉(zhuǎn) 錄翻 譯時(shí)間在細(xì)胞分裂（有絲分裂和減數(shù)分裂）的間期在生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中場(chǎng)所在細(xì)胞核中在細(xì)胞核中在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上模板以DNA的兩條鏈

12、為模板以DNA的一條鏈為模板以mRNA為模板原料四種脫氧核苷酸四種核苷酸約二十種氨基酸條件都需要特定的酶和ATP過(guò)程在酶的作用下，兩條扭成螺旋的雙鏈解開；以解開的每段鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（A-T、C-G、T-A、G-C）合成與模板互補(bǔ)的子鏈；子鏈與對(duì)應(yīng)的母鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)在細(xì)胞核中，以DNA解旋后的一條鏈為模板， 按照A-U、G-C、T-A、C-G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成mRNA；mRNA從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合按照A-U、G-C、U-A、C-G的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，與mRNA上每三個(gè)堿基配對(duì)的tRNA上的遺傳密碼順序，把一定的氨基酸放在相應(yīng)的位置，合成有一定氨基酸序列的蛋白

13、質(zhì)產(chǎn)物兩個(gè)雙鏈的DNA分子一條單鏈的mRNA具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)特點(diǎn)邊解旋邊復(fù)制；半保留復(fù)制（每個(gè)子代DNA含一條母鏈和一條子鏈）邊解旋邊轉(zhuǎn)錄：DNA雙鏈分子全保留式轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄后DNA仍保留原來(lái)的雙鏈結(jié)構(gòu)）一個(gè)mRNA分子上可連續(xù)結(jié)合多個(gè)核糖體，進(jìn)行多肽鏈的順序合成?？偨Y(jié)現(xiàn)在請(qǐng)大家用一句話總結(jié)一下，基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程。小結(jié)：遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄，形成了遺傳密碼，并通過(guò)翻譯，最終反映到蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上，進(jìn)而體現(xiàn)出生物的性狀 。遺傳信息在細(xì)胞內(nèi)大分子間的傳遞幾乎都符合這個(gè)規(guī)律。第三課時(shí)二、 基因?qū)π誀畹目刂菩〗Y(jié)與板書設(shè)計(jì)二、人類基因組計(jì)劃基因內(nèi)含有的控制生物性狀的遺傳信息，存在于染色體的

14、DNA分子上?；蚩刂粕镄誀畹倪^(guò)程稱為基因表達(dá)。在基因表達(dá)中，生物遺傳信息的傳遞途徑是：DNARNA蛋白質(zhì)（表現(xiàn)性狀）遺傳的中心法則1958年克里克提出了中心法則，他認(rèn)為遺傳信息的自我復(fù)制是從DNA到DNA；遺傳信息的傳遞是DNA到RNA，最終決定蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和功能。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，有些病毒的RNA能自我復(fù)制。另外還發(fā)現(xiàn)，有些RNA病毒侵染細(xì)胞后能產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶，逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成雙鏈DNA分子。這個(gè)雙鏈DNA分子能整合到寄主細(xì)胞的DNA中，可隨寄主細(xì)胞的DNA復(fù)制而復(fù)制，同時(shí)也可以轉(zhuǎn)錄出更多的病毒RNA?？紤]以上因素以及某些蛋白質(zhì)能夠調(diào)節(jié)DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，中心法則可以完善為

15、如圖所示?，F(xiàn)代遺傳學(xué)家認(rèn)為，基因是DNA（脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段?；蛭挥谌旧w上，并在染色體上呈線性排列?；虿粌H可以通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達(dá)。不同人種之間頭發(fā)、膚色、眼睛、鼻子等不同，是基因差異所致?；蚩刂菩誀钍峭ㄟ^(guò)控制蛋白質(zhì)合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里要注意充分運(yùn)用兩類遺傳現(xiàn)象的實(shí)例來(lái)說(shuō)明。一類是類似豌豆的圓粒與皺粒、白化病和侏儒癥等實(shí)例，說(shuō)明基因通過(guò)控制酶或激素的合成來(lái)控制細(xì)胞代謝過(guò)程，從而控制生物性狀；另一類是類似囊性纖維病、鐮刀型貧血癥等實(shí)例，說(shuō)明基因通過(guò)控制結(jié)構(gòu)蛋白的合成，從而直接控制性狀。以

16、上分析綜合如下圖。由此可見(jiàn)，基因控制性狀是通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。）（1）基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀，如白化病等。（2）基因還能通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀，如鐮刀型細(xì)胞貧血等。提示：此題旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)基因與生物的性狀并非簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。（最后，教師再通過(guò)“人的身高”這一事例，說(shuō)明在自然界中，不僅存在單基因?qū)π誀畹目刂疲掖嬖诙嗷驅(qū)π誀畹目刂?，以及環(huán)境對(duì)性狀的影響等。）提示：此題旨在引導(dǎo)學(xué)生客觀全面地評(píng)價(jià)基因決定論的觀點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到性狀的形成往往是內(nèi)因（基因）與外因（環(huán)境因素等）相互作用的結(jié)果。1.提示：翅的發(fā)育需要經(jīng)過(guò)酶催化的反應(yīng)，而酶是

17、在基因指導(dǎo)下合成的，酶的活性受溫度、pH等條件的影響。2.基因控制生物體的性狀，而性狀的形成同時(shí)還受到環(huán)境的影響。人類只有一個(gè)基因組，大約有510萬(wàn)個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃是美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出的，旨在闡明人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。計(jì)劃于1990年正式啟動(dòng)，這一價(jià)值30億美元的計(jì)劃的目標(biāo)是，為30億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類基因組精確測(cè)序，從而最終弄清楚每種基因制造的蛋白質(zhì)及其作用。打個(gè)比方，這一過(guò)程就好像以步行的方式畫出從北京到上海的路線圖，并標(biāo)明沿途的每一座山峰與山谷。雖然很慢，但

18、非常精確。隨著人類基因組逐漸被破譯，一張生命之圖將被繪就，人們的生活也將發(fā)生巨大變化?；蛩幬镆呀?jīng)走進(jìn)人們的生活，利用基因治療更多的疾病不再是一個(gè)奢望。因?yàn)殡S著我們對(duì)人類本身的了解邁上新的臺(tái)階，很多疾病的病因?qū)⒈唤议_，藥物就會(huì)設(shè)計(jì)得更好些，治療方案就能“對(duì)因下藥”，生活起居、飲食習(xí)慣有可能根據(jù)基因情況進(jìn)行調(diào)整，人類的整體健康狀況將會(huì)提高，二十一世紀(jì)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)將由此奠定。利用基因，人們可以改良果蔬品種，提高農(nóng)作物的品質(zhì)，更多的轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物、食品將問(wèn)世，人類可能在新世紀(jì)里培育出超級(jí)作物。通過(guò)控制人體的生化特性，人類將能夠恢復(fù)或修復(fù)人體細(xì)胞和器官的功能，甚至改變?nèi)祟惖倪M(jìn)化過(guò)程。板書設(shè)計(jì)第一課時(shí)1基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段（l）基因的概念：三個(gè)要點(diǎn)（2）基因的位置：在染色體上呈直線排列（3）基因的化學(xué)組成（4）基因不同的實(shí)質(zhì)2基因的表達(dá)3基因控制蛋白質(zhì)的合成DNA和RNA的比較TU；脫氧核糖核糖 第二、三課時(shí)4、蛋白質(zhì)的合成過(guò)