王英 發(fā)布時(shí)間： 2010-5-4 14:14:26
《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》教案
1、教學(xué)目標(biāo)
(1)知識(shí)目標(biāo)：
①說(shuō)明基因與遺傳信息的關(guān)系。
②概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程。
(2)能力目標(biāo)：
①通過(guò)DNA和RNA的對(duì)照掌握類比方法及讀圖能力。
②通過(guò)RNA的堿基決定氨基酸的學(xué)習(xí)，掌握先邏輯推理再經(jīng)驗(yàn)證的方法。
③通過(guò)遺傳信息的傳遞與表達(dá)的學(xué)習(xí)，建立信息意識(shí)，學(xué)會(huì)從信息角度認(rèn)識(shí)事物。
④利用課本插圖，培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力，提高分析、類比歸納的學(xué)習(xí)方法。
(3)情感目標(biāo)：
①體驗(yàn)基因表達(dá)過(guò)程的和諧美，基因表達(dá)原理的邏輯美、簡(jiǎn)約美。
②認(rèn)同人類探索基因表達(dá)的奧秘的過(guò)程仍未終結(jié)，激發(fā)學(xué)生探知未知世界的欲望。
③通過(guò)介紹科學(xué)史實(shí)，開(kāi)闊學(xué)生視野，對(duì)學(xué)生進(jìn)行熱愛(ài)科學(xué)、探求真理的教育。
④感悟科學(xué)破解遺傳密碼的過(guò)程。
2、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
（2）重點(diǎn)：
①了解基因控制蛋白質(zhì)合成的中間物質(zhì)──RNA的基本單位、化學(xué)組成和種類，以及它與DNA在組成、結(jié)構(gòu)、功能和分布等方面的異同；
②理解基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的概念及過(guò)程；
③比較轉(zhuǎn)錄和翻譯的異同；
④認(rèn)知和區(qū)分相關(guān)概念：遺傳信息、遺傳密碼、密碼子與反密碼子；
⑤計(jì)算問(wèn)題：基因(DNA)堿基、RNA堿基和氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
(3)難點(diǎn)：
①理解基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的概念和過(guò)程
②認(rèn)知和區(qū)分相關(guān)概念：遺傳信息、遺傳密碼、密碼子與反密碼子；
③計(jì)算問(wèn)題：基因(DNA)堿基、RNA堿基和氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以圖解方法解決。
3、教學(xué)過(guò)程
問(wèn)題探討
通過(guò)講述電影片段《侏羅紀(jì)公園》中，利用恐龍的DNA，使恐龍復(fù)活。激發(fā)學(xué)生興趣。
影片中說(shuō)，復(fù)活在恐龍是科學(xué)家利用提取出來(lái)的恐龍的DNA分子繁殖而來(lái)的，而通過(guò)對(duì)必修1的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者，也可以說(shuō)是執(zhí)行者，基因?qū)π誀畹目刂?，是通過(guò)控制蛋白質(zhì)（包括結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白）的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。那么電影片段《侏羅紀(jì)公園》中所說(shuō)的使恐龍復(fù)活的恐龍DNA上的基因究竟是如何表達(dá)出來(lái)而使其表現(xiàn)出恐龍的特性的？
這就是本節(jié)集中要講述的內(nèi)容——基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。
↓
提出問(wèn)題：基因是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的？
↓
問(wèn)題情境
DNA在細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)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從細(xì)胞核中傳遞到細(xì)胞質(zhì)中去的呢？?jī)烧哂钟泻温?lián)系呢？
后來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)把遺傳信息從細(xì)胞核“帶出來(lái)”的物質(zhì)是RNA。
↓
提出問(wèn)題：RNA如何解讀DNA的遺傳信息？
問(wèn)題情境
通過(guò)對(duì)必修中的遺傳信息的攜帶者—核酸的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道核酸包括兩類一類是DNA，一類是RNA，DNA是生物的主要的遺傳物質(zhì)，這個(gè)是我們前邊已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的，為什么RNA適于作DNA的信使呢？
（1．RNA的結(jié)構(gòu)；板書）
前邊學(xué)習(xí)DNA的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們已經(jīng)知道DNA分子基本單位是脫氧核糖核苷酸，而每一個(gè)脫氧核糖核苷酸是由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分含氮堿基組成，又由于組成脫氧核糖核苷酸的含氮堿基有四種。因此，組成DNA分子的脫氧核糖核苷酸確也有四種，分別為（A—脫氧核糖核苷酸、G—脫氧核糖核苷酸 、C—脫氧核糖核苷酸、 T—脫氧核糖核苷酸 ）。而RNA也是由四種核苷酸組成，與DNA不同的是組成RNA的五碳糖為核糖，含氮堿基為（AGCU），RNA中的堿基沒(méi)有T，被替換成堿基U，DNA一般是雙鏈，而RNA一般為單鏈，而且比DNA短，因此能通過(guò)核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。
RNA的種類總的有三種；
（2．RNA的種類；板書）
剛才我們所提到的能把作為能作為DNA信使的叫信使RNA，也叫mRNA，除了這種之外，還有兩種RNA，分別為轉(zhuǎn)運(yùn)RAN（tRNA）和核糖體RNA（rRNA）,這三類RNA在基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程中都起到了功不可沒(méi)的作用，學(xué)習(xí)完這一節(jié)后我們?cè)僖黄饋?lái)總結(jié)一下三種RNA的作用。剛才提到的第一種RNA信使RNA也就是mRNA，那DNA的遺傳信息是怎么傳給mRNA的呢？接下來(lái)我們一起來(lái)學(xué)習(xí)一下這個(gè)過(guò)程。
（3．簡(jiǎn)筆畫圖解DNA遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程（即從DNA到mRNA的過(guò)程；板書）
第一步：DNA雙鏈在解旋酶的作用下將雙鏈解開(kāi)，使得DNA雙鏈的堿基得以暴露；
第二步：細(xì)胞核中游離的核糖核苷酸隨機(jī)地與DNA鏈上的堿基碰撞，當(dāng)核
糖核苷酸與DNA的堿基互補(bǔ)時(shí)，配對(duì)時(shí)遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，依靠氫鍵連結(jié)，DNA上A與mRNA上的U配對(duì)和DNA上的T與RNA上的A配對(duì)時(shí)都行成兩個(gè)氫鍵， DNA上C與mRNA上的G配對(duì)和DNA上G與mRNA上的C配對(duì)時(shí)都形成三個(gè)氫鍵。
第三步：新結(jié)合的核糖核苷酸的RNA聚合酶的作用下連接到正在合成的mRNA分子上；
第四步：合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后DNA雙鏈恢復(fù)。
通過(guò)以上的學(xué)習(xí)我們可以總結(jié)出轉(zhuǎn)錄是一個(gè)邊解旋邊轉(zhuǎn)錄的過(guò)程，并且在是以DNA的一條鏈為模板，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則合成mRNA的一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，下邊一誰(shuí)來(lái)提練一下其概念：
（4．總結(jié)轉(zhuǎn)錄的概念；板書）
RNA在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的過(guò)程，稱為遺傳信息的轉(zhuǎn)錄。
5．總結(jié)轉(zhuǎn)錄發(fā)生的時(shí)間，場(chǎng)所，條件（模板、能量、原料、酶），過(guò)程以及結(jié)果。
通過(guò)一系列的工作，DNA分子上的遺傳信息就傳遞到mRNA上去了，但是不可能憑空就轉(zhuǎn)錄了，巧婦還難為無(wú)米之炊呢！下邊我們一起對(duì)遺傳信息的轉(zhuǎn)錄做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)：（邊總結(jié)邊板書）
轉(zhuǎn)錄：
1、發(fā)生的時(shí)間：生物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)時(shí)期
2、發(fā)生的場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核
3、發(fā)生的條件：
（1） 模板：DNA的一條鏈
（2） 能量：ATP
（3） 原料：游離的四種核糖核苷酸
（4） 酶：DNA解旋酶、RNA聚合酶
4、過(guò)程：解旋—配對(duì)—連接—脫離
5、轉(zhuǎn)錄的結(jié)果：DNA上的遺傳信息→mRNA
通過(guò)這一系列的準(zhǔn)備，遺傳信息已經(jīng)從DNA上轉(zhuǎn)錄到mRNA上了，而mRNA比DNA要短，又是單鏈，轉(zhuǎn)錄完成以后mRNA通過(guò)核孔進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，我們也知道無(wú)論是DNA還是RNA，他們的堿基都只有四種，但是組成生物體的氨基酸有20種，那么轉(zhuǎn)錄到mRNA上的這些堿基與氨基酸之間是什么關(guān)系呢？確定他們之間的關(guān)系后，生物體又是怎樣把這些單個(gè)的氨基酸聚集在一起形成我們生命的體現(xiàn)者—蛋白質(zhì)的呢？這一連串的問(wèn)題我們將在下個(gè)課時(shí)依依解決。
下面你們先討論一下教材64頁(yè)思考與討論的這兩個(gè)題，一會(huì)兒請(qǐng)代表來(lái)發(fā)表你們的意見(jiàn)！
↓
提出問(wèn)題：mRNA上的信息是如何傳遞到蛋白質(zhì)？
問(wèn)題情境
我們翻譯一篇英語(yǔ)文章，不僅要借助于英語(yǔ)單詞與漢語(yǔ)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還要知道與每一個(gè)漢語(yǔ)相對(duì)應(yīng)的這個(gè)單詞是由哪些英文字按照什么順序排列起來(lái)的，才能通過(guò)查閱英漢詞典將其翻譯出來(lái)。遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄從從細(xì)胞核中的DNA上轉(zhuǎn)錄到mRNA之后，mRNA上的這些從DNA上得來(lái)的信息又如何應(yīng)用于蛋白質(zhì)的合成呢？我們知道蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，那么要想知道m(xù)RNA是如何翻譯成蛋白質(zhì)的，首先我們就要尋找mRNA上的堿基與氨基酸之間的關(guān)系。
1. 堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
mRNA上的堿基只有四種，而組成我們生物體的氨基酸有20種，這四種堿基是如何決定20種氨基酸的？請(qǐng)同學(xué)們把看到教材第64頁(yè)下面的這個(gè)思考與討論。
討論1：如果2個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸？
這說(shuō)相當(dāng)于兩個(gè)座位對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸，而每個(gè)座位都可以是四種堿基中的任何一種，因此第一個(gè)座位可以有四種情況，第二個(gè)座位也可以有四種情況，所以如果2個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼16種氨基酸，可生物體有20種氨基酸？
討論2：一個(gè)氨基酸的編碼至少需要多少個(gè)堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸？
依照剛才的思路，大家算一下，如果3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸？
（學(xué)生：64種）
很好，的確是這樣的，可是氨基酸只有20種，如果是3個(gè)堿基編碼一種氨基酸，那應(yīng)該可以編碼64種的，剩下的44不可能睡覺(jué)去??？這應(yīng)該怎么解釋呢？下面我們來(lái)學(xué)習(xí)一下科學(xué)家們是怎么解釋的。
2. 密碼子；
后來(lái)科學(xué)家通過(guò)一步步的推測(cè)與實(shí)驗(yàn)，最終破解了遺傳密碼，得知mRNA上的3個(gè)相鄰的堿基決定一個(gè)氨基酸，這樣每3個(gè)相鄰的堿基又稱作一個(gè)密碼子，后來(lái)科學(xué)家把這64個(gè)遺傳密碼子編制成了密碼子表，教材65頁(yè)已經(jīng)給我們列出，我們一起來(lái)解讀一下：
3．解讀密碼子表（起始密碼、終止密碼、普通密碼）；
總的有64個(gè)密碼子，而構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸卻只有20種，通過(guò)對(duì)密碼子表的觀察我們可以知道并不是一個(gè)密碼子編碼一種氨基酸，而是一種氨基酸可以有多個(gè)密碼子，科學(xué)家們把這種情況稱作密碼子的簡(jiǎn)并性，密碼子的簡(jiǎn)并性對(duì)生物體的生存和發(fā)展有什么意義？
在一定的程度上可以防止由于堿基的變化而導(dǎo)致氨基酸種類的變化，同時(shí)也在一定程度上保證了生物的穩(wěn)定性。
而我們地球上那么多的生物都共用的是這一個(gè)密碼子表，這一個(gè)事實(shí)又說(shuō)明了什么？
說(shuō)明密碼子還具有通用性。密碼子的通用性說(shuō)明生物都有同的遺傳語(yǔ)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。
這里是密碼子的兩個(gè)特點(diǎn)，下面我們來(lái)觀察密碼子表：
通過(guò)觀察，你能從中總結(jié)出密碼子的種類嗎？
密碼子總的有三類：（起始密碼，普通密碼，終止密碼），其中起始密碼2種，分別為AUG GUG，編碼氨基酸。普通密碼59種，編碼氨基酸。終止密碼3種，分別為UAA UAG UGA 不能編碼氨基酸。所以能編碼氨基酸的密碼子總的有61種。
mRNA 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，就與細(xì)胞質(zhì)中的核糖體結(jié)合，形成mRNA—核糖體復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物是蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”，密碼子是mRNA上三個(gè)相鄰的堿基，而20種氨基酸是游離在細(xì)胞質(zhì)中的，又是什么把這些游離的氨基酸運(yùn)到“生產(chǎn)線”的呢？這就是另外一種RNA—tRNA，tRNA的種類很多，他比mRNA小很多，RNA經(jīng)過(guò)折疊，形成了三葉草結(jié)構(gòu)，其一端可以攜帶氨基酸，另一端有3個(gè)堿基，每個(gè)tRNA的這三個(gè)堿基都可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)，所以把它稱作反密碼子。
現(xiàn)在有了“生產(chǎn)線”和“搬運(yùn)工”，下面我們學(xué)習(xí)一下它們之間是如何工作的？
3．簡(jiǎn)筆畫圖解翻譯蛋白質(zhì)的過(guò)程；
第一步：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，與核糖體結(jié)合，攜帶起始氨基酸的tRNA通過(guò)與mRNA上的起始密碼互補(bǔ)配對(duì)，進(jìn)入位點(diǎn)1。
第二步：攜帶下一個(gè)氨基酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點(diǎn)2，這個(gè)氨基酸的種類由mRNA上的第二個(gè)密碼子所決定的。
第三步：位點(diǎn)1上的起始氨基酸通過(guò)與位點(diǎn)2上的氨基酸形成肽鍵而轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)2的tRNA。
第四步：核糖體讀取下一個(gè)密碼子，原占據(jù)位點(diǎn)1的tRNA離開(kāi)核糖體，占據(jù)位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1，一個(gè)新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)2，繼續(xù)肽鏈的合成，重復(fù)步驟2、3、4，直至核糖體讀取到mRNA上終止密碼。
4．總結(jié)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(guò)程，稱為遺傳信息的翻譯
5．總結(jié)翻譯發(fā)生的時(shí)間，場(chǎng)所，條件（模板、能量、原料、酶），過(guò)程以及結(jié)果。
↓
總結(jié)：基因的表達(dá)是在細(xì)胞中完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子、核糖體和線粒體等眾多的細(xì)胞器一道合作完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。在組成蛋白質(zhì)的肽鏈合成后，肽鏈就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，經(jīng)過(guò)一系列步驟，被運(yùn)送到各自的崗位，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，開(kāi)始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。
↓
問(wèn)題探討：大家現(xiàn)在再來(lái)探討恐龍能否復(fù)活的問(wèn)題。首先，恐龍的基因是如何表達(dá)的？基因表達(dá)需要什么條件？通過(guò)探討，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)保護(hù)生物多樣性的重要意義。
3、板書設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)：?jiǎn)捂?，比DNA短。
組成單位：4種核糖核苷酸
RNA 信使RNA（mRNA）
種類 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）
核糖體RNA（rRNA）
概念：RNA在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 mRNA的過(guò)程，稱為遺傳信息的轉(zhuǎn)錄。
時(shí)間：生物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)時(shí)期
轉(zhuǎn)錄 場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核
模板：DNA的一條鏈
條件 能量：ATP
原料：四種核糖核苷酸
酶：DNA解旋酶、RNA聚合酶
過(guò)程：解旋—配對(duì)—連接—脫離
結(jié)果：DNA上的遺傳信息→mRNA
遺傳信息：DNA上的堿基排列順序
概念：mRNA上3個(gè)相鄰的堿基
特點(diǎn)： 1、簡(jiǎn)并性
密碼子 2、通用性
1、起始密碼子：2種，為（AUG GUG）
種類 能編碼氨基酸
2、普通密碼子：59種，能編碼氨基酸
3、終止密碼子：3種，為（UAA UAG UGA）不能編碼氨基酸
概念：tRNA上能與mRNA上的密碼子進(jìn)行配對(duì)的3個(gè)堿基
反密碼子
種類：61種
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(guò)程，稱為遺傳信息的翻譯。
時(shí)間：生物個(gè)體生長(zhǎng)和發(fā)育的整個(gè)時(shí)期
翻譯 場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體上
遺傳信息的翻譯
模板：mRNA
條件 能量：ATP
原料：20種氨基酸、酶
過(guò)程：起始—延伸—終止
結(jié)果：mRNA上的遺傳信息→蛋白質(zhì)
