高中生物人教版遺傳與進(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 名師獲獎(jiǎng)

《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成》的教學(xué)設(shè)計(jì)唐慶圓福州高級(jí)中學(xué)350007一、教學(xué)目標(biāo)1．知識(shí)與能力（1）概述轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程和意義。（2）分析噬菌體侵染細(xì)菌過程中的遺傳信息流動(dòng)方向。2．過程與方法（1）舉例說明同位素示蹤法和密度梯度離心技術(shù)如何使用。（2）通過再現(xiàn)科學(xué)史，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過再現(xiàn)科學(xué)史，體驗(yàn)科學(xué)探究的方法和態(tài)度，感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長(zhǎng)，理解科學(xué)的本質(zhì)。（2）通過對(duì)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程中各階段嚴(yán)格遵循的堿基配對(duì)原則，明確細(xì)胞中生命物質(zhì)的合成是一個(gè)準(zhǔn)確的變化過程，體會(huì)生命的美和神奇。二、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重難點(diǎn)分析1．教材分析“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》第四章第1節(jié)的教學(xué)內(nèi)容?；蚴巧顒?dòng)的控制者，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，基因的核苷酸序列中含有遺傳信息，這些信息要通過合成蛋白質(zhì)才能發(fā)揮作用。本節(jié)內(nèi)容緊密聯(lián)系生命活動(dòng)的兩大物質(zhì)來探索遺傳的發(fā)生機(jī)理，在明確了“基因是什么”、“基因在哪里”后，了解“基因是如何起作用”，并為后面教學(xué)“生物的變異”和“基因工程”埋下了伏筆。本節(jié)課是高三第一輪復(fù)習(xí)課，需要學(xué)生理解的知識(shí)點(diǎn)較多，微觀抽象，掌握的難度較大，是重點(diǎn)和難點(diǎn)。2．教學(xué)重難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：概述轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程和意義；掌握科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)原則和方法。（2）教學(xué)難點(diǎn)：概述轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，密碼子和氨基酸的編碼關(guān)系。三．教學(xué)對(duì)象分析本節(jié)課的對(duì)象是高三學(xué)生。教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在以下理解誤區(qū)：對(duì)翻譯過程中密碼子的位置、種類，與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系等會(huì)產(chǎn)生曲解；對(duì)tRNA的種類、與mRNA的關(guān)系、與其所運(yùn)輸氨基酸的判定會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤；對(duì)翻譯動(dòng)態(tài)過程，如核糖體如何以mRNA為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的；等。四、教學(xué)過程與策略分析教學(xué)環(huán)節(jié)教師的組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖復(fù)習(xí)引入展示果蠅染色體圖，提問“基因在哪里”、“基因是什么”。介紹當(dāng)時(shí)的歷史背景，眾多科學(xué)家針對(duì)“遺傳的分子基礎(chǔ)”這個(gè)課題做出的貢獻(xiàn)，提出一個(gè)尚未解決的問題“基因是如何起作用的”。基因在染色體上，果蠅的染色體，基因成線性排列。染色體是由DNA和蛋白質(zhì)共同組成，而基因在DNA上，是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。展現(xiàn)問題，引入新課。環(huán)節(jié)一蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所資料11955年，Zamecnik做了一系列實(shí)驗(yàn)，用放射性同位素14C提出問題“位于細(xì)胞核中的基因如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)合成呢？”思考：1.氨基酸是組成什么的基本單位？2.143.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。確定蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所是核糖體。環(huán)節(jié)二信使RNA假說資料2：1955年，Brachet（布拉舍）用洋蔥根尖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。如果在細(xì)胞中加入RNA酶分解細(xì)胞中的RNA，蛋白質(zhì)合成就停止；若再加入從酵母中提取出來的RNA，則又可以重新合成一些蛋白質(zhì)。資料3：拉斯特等的變形蟲放射性標(biāo)記實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：

A組：把變形蟲培養(yǎng)在同位素標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)液中，現(xiàn)象：標(biāo)記的U集中出現(xiàn)在細(xì)胞核中；

B組：變形蟲培養(yǎng)在未標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)液中，

實(shí)驗(yàn)：在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，用前面兩組變形蟲進(jìn)行核移植實(shí)驗(yàn)。將A組變形蟲的細(xì)胞核移植到B組變形蟲的細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行培養(yǎng)觀察。

現(xiàn)象：大部分標(biāo)記的U相繼從細(xì)胞核中移入細(xì)胞質(zhì)中。資料4：已知，幾乎所有動(dòng)植物細(xì)胞都發(fā)現(xiàn)具有核糖體。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)核糖體是富含RNA的粒子。思考：1.實(shí)驗(yàn)的變量是什么？2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。思考：1.為什么用尿嘧啶做標(biāo)記？2．實(shí)驗(yàn)結(jié)論RNA在基因表達(dá)過程中是傳遞DNA信息的信使。確定蛋白質(zhì)的合成與RNA有關(guān)。掌握“同位素標(biāo)記法”提出“信使RNA假說”。環(huán)節(jié)三RNA如何獲得DNA上的信息?通過課本圖解及flash動(dòng)畫轉(zhuǎn)錄，分析轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所、模版、原料、酶及其他條件。了解轉(zhuǎn)錄的過程 通過多媒體演示，突破難點(diǎn)。環(huán)節(jié)四驗(yàn)證信使RNA假說實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練1為了探究合成蛋白質(zhì)的模板是核糖體RNA，還是另有其他種類的RNA。Brenner、Jacob和Meselson（布拉納，雅各布，梅索森），先使用15N標(biāo)記細(xì)菌，然后，在T4噬菌體感染細(xì)菌后，將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到14N培養(yǎng)基上培養(yǎng)，同時(shí)，將放射性標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸加到培養(yǎng)基上。按照上述程序，病毒指導(dǎo)的合成進(jìn)行一段時(shí)間以后，裂解細(xì)菌，對(duì)核糖體進(jìn)行CsCl密度梯度離心分析。1）已知噬菌體侵染細(xì)菌后，細(xì)菌的蛋白質(zhì)合成立即停止，轉(zhuǎn)而合成噬菌體的蛋白質(zhì)。噬菌體蛋白質(zhì)合成的原料是，場(chǎng)所是，來自（病毒或大腸桿菌）。（2）預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：提取裂解細(xì)菌溶液的核糖體，使用密度梯度離心方法進(jìn)行觀察，如果核糖體RNA是信使，那么離心的結(jié)果將出現(xiàn)輕的核糖體區(qū)帶；如果核糖體RNA不是信使，那么離心的結(jié)果將是。（3）提取到的RNA與細(xì)菌DNA或噬菌體的DNA雜交，用到的實(shí)驗(yàn)方法是，發(fā)現(xiàn)帶有放射性的RNA只能與配對(duì)形成雜交帶，說明該RNA是由DNA轉(zhuǎn)錄而來。（4）通過實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸龅慕Y(jié)論是。思考：同位素可以標(biāo)記什么物質(zhì)？它們和14N12C2.14C3.如何檢測(cè)核糖體的輕重差異呢？密度梯度離心。4.如何檢測(cè)哪種RNA帶有放射性標(biāo)記呢？通過提示，讓學(xué)生了解當(dāng)時(shí)的知識(shí)背景和已有的技術(shù)手段；通過問題串，引導(dǎo)學(xué)生理解設(shè)計(jì)意圖。體會(huì)科學(xué)家在探索前進(jìn)的過程中面臨困難時(shí)，如何摸索、如何解決，提高實(shí)驗(yàn)探究的能力。環(huán)節(jié)五堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練2科學(xué)家已經(jīng)證明密碼子是mRNA上決定1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基。以下是遺傳密碼破譯過程的幾個(gè)階段。(1)根據(jù)理論推測(cè)，mRNA上的3個(gè)相鄰的堿基可以構(gòu)成種排列方式，實(shí)際上mRNA上決定氨基酸的密碼子共有種。(2)1961年，尼倫伯格和馬太成功建立了體外蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，破譯了第一個(gè)密碼子。具體的做法是在代表“體外蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)”的20支試管中各加入多聚尿嘧啶核苷酸，再向20支試管中分別加入20種氨基酸中的1種，結(jié)果只有加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸肽鏈。其中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是，與苯丙氨酸對(duì)應(yīng)的密碼子是。分析密碼子表。1．可能觀察到什么現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？2．除了添加的氨基酸和多聚尿嘧啶核苷酸外，無細(xì)胞系統(tǒng)為合成多肽鏈提供了哪些條件？認(rèn)真觀察密碼子表，請(qǐng)分析密碼子的特點(diǎn)。簡(jiǎn)并性，終止密碼,起始密碼子。鍛煉學(xué)生的小組合作能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用正確的科學(xué)思維、方法及態(tài)度來思考解決問題，環(huán)節(jié)六翻譯的過程資料51955年zamecnik（扎美尼克）用14C標(biāo)記的氨基酸與可溶性部分（無細(xì)胞系統(tǒng)，破碎細(xì)胞去除細(xì)胞和線粒體等較大的細(xì)胞器、去除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微粒體），發(fā)現(xiàn)14C氨基酸標(biāo)記了可溶性部分里的小分子通過flash演示，展示翻譯的過程。思考實(shí)驗(yàn)結(jié)論。氨基酸和模板mrna之間還有一個(gè)銜接子“tRNA”。翻譯是怎樣進(jìn)行？需要什么條件？突破難點(diǎn)，明確翻譯的過程?？偨Y(jié)在基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的發(fā)現(xiàn)過程中，需要多位科學(xué)家共同參與，總結(jié)噬菌體、同位素示蹤法和密度梯度離心技術(shù)等特殊的實(shí)驗(yàn)材料和方法。體會(huì)探索過程中科學(xué)家的大膽嘗試、方法改進(jìn)、思路更新。體驗(yàn)科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度，感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛。五、板書設(shè)計(jì)第一節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成環(huán)節(jié)一：蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所環(huán)節(jié)二：信使RNA假說轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)三：RNA如何獲得DNA上的信息環(huán)節(jié)四：驗(yàn)證信使RNA假說環(huán)節(jié)五：堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系翻譯環(huán)節(jié)六：翻譯的過程六、教后反思基因是生命活動(dòng)的控制者，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，基因的核苷酸序列中含有遺傳信息，這些信息要通過合成蛋白質(zhì)才能發(fā)揮作用，而mRNA在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而課本中僅在RNA種類中提及，