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王英 发布时间： 2010-5-4 14:14:26
《基因指导蛋白质的合成》教案
1、教学目标
(1)知识目标：
①说明基因与遗传信息的关系。
②概述遗传信息的转录和翻译的过程。
(2)能力目标：
①通过DNA和RNA的对照掌握类比方法及读图能力。
②通过RNA的碱基决定氨基酸的学习，掌握先逻辑推理再经验证的方法。
③通过遗传信息的传递与表达的学习，建立信息意识，学会从信息角度认识事物。
④利用课本插图，培养学生的读图能力，提高分析、类比归纳的学习方法。
(3)情感目标：
①体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。
②认同人类探索基因表达的奥秘的过程仍未终结，激发学生探知未知世界的欲望。
③通过介绍科学史实，开阔学生视野，对学生进行热爱科学、探求真理的教育。
④感悟科学破解遗传密码的过程。
2、教学重点与难点
（2）重点：
①了解基因控制蛋白质合成的中间物质──RNA的基本单位、化学组成和种类，以及它与DNA在组成、结构、功能和分布等方面的异同；
②理解基因表达的转录和翻译的概念及过程；
③比较转录和翻译的异同；
④认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；
⑤计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系。
(3)难点：
①理解基因表达的转录和翻译的概念和过程
②认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；
③计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系，以图解方法解决。
3、教学过程
问题探讨
通过讲述电影片段《侏罗纪公园》中，利用恐龙的DNA，使恐龙复活。激发学生兴趣。
影片中说，复活在恐龙是科学家利用提取出来的恐龙的DNA分子繁殖而来的，而通过对必修1的学习，我们已经知道蛋白质是生命活动的体现者，也可以说是执行者，基因对性状的控制，是通过控制蛋白质（包括结构蛋白和功能蛋白）的合成来实现的。那么电影片段《侏罗纪公园》中所说的使恐龙复活的恐龙DNA上的基因究竟是如何表达出来而使其表现出恐龙的特性的？
这就是本节集中要讲述的内容——基因指导蛋白质合成。
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提出问题：基因是如何指导蛋白质合成的？
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问题情境
DNA在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中进行的，那么DNA携带的遗传信息是怎样从细胞核中传递到细胞质中去的呢？两者又有何联系呢？
后来科学家发现把遗传信息从细胞核“带出来”的物质是RNA。
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提出问题：RNA如何解读DNA的遗传信息？
问题情境
通过对必修中的遗传信息的携带者—核酸的学习，我们已经知道核酸包括两类一类是DNA，一类是RNA，DNA是生物的主要的遗传物质，这个是我们前边已经学习过的，为什么RNA适于作DNA的信使呢？
（1．RNA的结构；板书）
前边学习DNA的结构时，我们已经知道DNA分子基本单位是脱氧核糖核苷酸，而每一个脱氧核糖核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分含氮碱基组成，又由于组成脱氧核糖核苷酸的含氮碱基有四种。因此，组成DNA分子的脱氧核糖核苷酸确也有四种，分别为（A—脱氧核糖核苷酸、G—脱氧核糖核苷酸 、C—脱氧核糖核苷酸、 T—脱氧核糖核苷酸 ）。而RNA也是由四种核苷酸组成，与DNA不同的是组成RNA的五碳糖为核糖，含氮碱基为（AGCU），RNA中的碱基没有T，被替换成碱基U，DNA一般是双链，而RNA一般为单链，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
RNA的种类总的有三种；
（2．RNA的种类；板书）
刚才我们所提到的能把作为能作为DNA信使的叫信使RNA，也叫mRNA，除了这种之外，还有两种RNA，分别为转运RAN（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）,这三类RNA在基因指导蛋白质的合成过程中都起到了功不可没的作用，学习完这一节后我们再一起来总结一下三种RNA的作用。刚才提到的第一种RNA信使RNA也就是mRNA，那DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的呢？接下来我们一起来学习一下这个过程。
（3．简笔画图解DNA遗传信息的转录过程（即从DNA到mRNA的过程；板书）
第一步：DNA双链在解旋酶的作用下将双链解开，使得DNA双链的碱基得以暴露；
第二步：细胞核中游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核
糖核苷酸与DNA的碱基互补时，配对时遵循碱基互补配对原则，依靠氢键连结，DNA上A与mRNA上的U配对和DNA上的T与RNA上的A配对时都行成两个氢键， DNA上C与mRNA上的G配对和DNA上G与mRNA上的C配对时都形成三个氢键。
第三步：新结合的核糖核苷酸的RNA聚合酶的作用下连接到正在合成的mRNA分子上；
第四步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双链恢复。
通过以上的学习我们可以总结出转录是一个边解旋边转录的过程，并且在是以DNA的一条链为模板，遵循碱基互补配对的原则合成mRNA的一个连续的过程，下边一谁来提练一下其概念：
（4．总结转录的概念；板书）
RNA在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程，称为遗传信息的转录。
5．总结转录发生的时间，场所，条件（模板、能量、原料、酶），过程以及结果。
通过一系列的工作，DNA分子上的遗传信息就传递到mRNA上去了，但是不可能凭空就转录了，巧妇还难为无米之炊呢！下边我们一起对遗传信息的转录做一个简单的总结：（边总结边板书）
转录：
1、发生的时间：生物个体生长发育的整个时期
2、发生的场所：主要在细胞核
3、发生的条件：
（1）    模板：DNA的一条链
（2）    能量：ATP
（3）    原料：游离的四种核糖核苷酸
（4）    酶：DNA解旋酶、RNA聚合酶
4、过程：解旋—配对—连接—脱离
5、转录的结果：DNA上的遗传信息→mRNA
通过这一系列的准备，遗传信息已经从DNA上转录到mRNA上了，而mRNA比DNA要短，又是单链，转录完成以后mRNA通过核孔进入到细胞质中，我们也知道无论是DNA还是RNA，他们的碱基都只有四种，但是组成生物体的氨基酸有20种，那么转录到mRNA上的这些碱基与氨基酸之间是什么关系呢？确定他们之间的关系后，生物体又是怎样把这些单个的氨基酸聚集在一起形成我们生命的体现者—蛋白质的呢？这一连串的问题我们将在下个课时依依解决。
下面你们先讨论一下教材64页思考与讨论的这两个题，一会儿请代表来发表你们的意见！
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提出问题：mRNA上的信息是如何传递到蛋白质？
问题情境
我们翻译一篇英语文章，不仅要借助于英语单词与汉语之间的对应关系，还要知道与每一个汉语相对应的这个单词是由哪些英文字按照什么顺序排列起来的，才能通过查阅英汉词典将其翻译出来。遗传信息通过转录从从细胞核中的DNA上转录到mRNA之后，mRNA上的这些从DNA上得来的信息又如何应用于蛋白质的合成呢？我们知道蛋白质是由氨基酸组成的，那么要想知道mRNA是如何翻译成蛋白质的，首先我们就要寻找mRNA上的碱基与氨基酸之间的关系。
1. 碱基与氨基酸的对应关系；
mRNA上的碱基只有四种，而组成我们生物体的氨基酸有20种，这四种碱基是如何决定20种氨基酸的？请同学们把看到教材第64页下面的这个思考与讨论。
讨论1：如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
这说相当于两个座位对应一个氨基酸，而每个座位都可以是四种碱基中的任何一种，因此第一个座位可以有四种情况，第二个座位也可以有四种情况，所以如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码16种氨基酸，可生物体有20种氨基酸？
讨论2：一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？
依照刚才的思路，大家算一下，如果3个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
（学生：64种）
很好，的确是这样的，可是氨基酸只有20种，如果是3个碱基编码一种氨基酸，那应该可以编码64种的，剩下的44不可能睡觉去啊？这应该怎么解释呢？下面我们来学习一下科学家们是怎么解释的。
2. 密码子；
后来科学家通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码，得知mRNA上的3个相邻的碱基决定一个氨基酸，这样每3个相邻的碱基又称作一个密码子，后来科学家把这64个遗传密码子编制成了密码子表，教材65页已经给我们列出，我们一起来解读一下：
3．解读密码子表（起始密码、终止密码、普通密码）；
总的有64个密码子，而构成蛋白质的氨基酸却只有20种，通过对密码子表的观察我们可以知道并不是一个密码子编码一种氨基酸，而是一种氨基酸可以有多个密码子，科学家们把这种情况称作密码子的简并性，密码子的简并性对生物体的生存和发展有什么意义？
在一定的程度上可以防止由于碱基的变化而导致氨基酸种类的变化，同时也在一定程度上保证了生物的稳定性。
而我们地球上那么多的生物都共用的是这一个密码子表，这一个事实又说明了什么？
说明密码子还具有通用性。密码子的通用性说明生物都有同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。
这里是密码子的两个特点，下面我们来观察密码子表：
通过观察，你能从中总结出密码子的种类吗？
密码子总的有三类：（起始密码，普通密码，终止密码），其中起始密码2种，分别为AUG GUG，编码氨基酸。普通密码59种，编码氨基酸。终止密码3种，分别为UAA UAG UGA 不能编码氨基酸。所以能编码氨基酸的密码子总的有61种。
mRNA 进入细胞质后，就与细胞质中的核糖体结合，形成mRNA—核糖体复合物，这个复合物是蛋白质的“生产线”，密码子是mRNA上三个相邻的碱基，而20种氨基酸是游离在细胞质中的，又是什么把这些游离的氨基酸运到“生产线”的呢？这就是另外一种RNA—tRNA，tRNA的种类很多，他比mRNA小很多，RNA经过折叠，形成了三叶草结构，其一端可以携带氨基酸，另一端有3个碱基，每个tRNA的这三个碱基都可以与mRNA上的密码子互补配对，所以把它称作反密码子。
现在有了“生产线”和“搬运工”，下面我们学习一下它们之间是如何工作的？
3．简笔画图解翻译蛋白质的过程；
第一步：mRNA进入细胞质后，与核糖体结合，携带起始氨基酸的tRNA通过与mRNA上的起始密码互补配对，进入位点1。
第二步：携带下一个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2，这个氨基酸的种类由mRNA上的第二个密码子所决定的。
第三步：位点1上的起始氨基酸通过与位点2上的氨基酸形成肽键而转移到位点2的tRNA。
第四步：核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成，重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA上终止密码。
4．总结翻译的概念。
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
5．总结翻译发生的时间，场所，条件（模板、能量、原料、酶），过程以及结果。
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总结：基因的表达是在细胞中完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子、核糖体和线粒体等众多的细胞器一道合作完成遗传信息的转录和翻译。在组成蛋白质的肽链合成后，肽链就从核糖体与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。
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问题探讨：大家现在再来探讨恐龙能否复活的问题。首先，恐龙的基因是如何表达的？基因表达需要什么条件？通过探讨，引导学生认识保护生物多样性的重要意义。
3、板书设计
结构：单链，比DNA短。
组成单位：4种核糖核苷酸
RNA                     信使RNA（mRNA）
种类       转运RNA（tRNA）
核糖体RNA（rRNA）
概念：RNA在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成
遗传信息的转录                               mRNA的过程，称为遗传信息的转录。
时间：生物个体生长发育的整个时期
转录       场所：主要在细胞核
模板：DNA的一条链
条件         能量：ATP
原料：四种核糖核苷酸
酶：DNA解旋酶、RNA聚合酶
过程：解旋—配对—连接—脱离
结果：DNA上的遗传信息→mRNA
遗传信息：DNA上的碱基排列顺序
概念：mRNA上3个相邻的碱基
特点： 1、简并性
密码子                    2、通用性
1、起始密码子：2种，为（AUG GUG）
种类                                      能编码氨基酸
2、普通密码子：59种，能编码氨基酸
3、终止密码子：3种，为（UAA UAG UGA）不能编码氨基酸
概念：tRNA上能与mRNA上的密码子进行配对的3个碱基
反密码子
种类：61种
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。
时间：生物个体生长和发育的整个时期
翻译        场所：细胞质的核糖体上
遗传信息的翻译
模板：mRNA
条件    能量：ATP
原料：20种氨基酸、酶
过程：起始—延伸—终止
结果：mRNA上的遗传信息→蛋白质