《基因的表达》教学设计

教学目标 

知识与技能目标：

1、说出染色体、DNA和基因三者之间的关系以及基因的本质。

2、理解基因控制蛋白质合成的过程和原理。

3、理解蛋白质与生物性状表现之间的关系。

过程能力与方法目标：

1、  利用遗传密码表培养学生观察、分析和归纳能力。

2、结合三联体遗传密码的发现培养学生的逻辑推理能力。

态度与价值观目标：

1、通过对遗传信息传递与表达的有序性、准确性和独特性的理解，提升学生关爱生命、敬畏生命、珍惜生命的情感。

2、通过利用基因控制蛋白质合成的原理思考培育抗虫棉的基本方法，体会科学技术与社会的关系。

教学重点　结合遗传信息传递与表达的有序性、准确性和独特性的理解，对学生开展生命教育；基因控制蛋白质合成的过程和原理。

教学难点　基因控制蛋白质合成的过程和原理。

教学方法  讲授法、谈话法、多媒体辅助教学法

授课时数  １课时

教学过程

引言：有一位哲人说过：“世界上找不到两片完全相同的叶片。”从生物学的角度来看，性状的不同和决定性状的蛋白质有关。那么，蛋白质是怎么合成的呢？

思考：1.性状是由什么控制的?（遗传物质，DNA是主要的遗传物质。）

2.DNA分子是怎样控制遗传性状的？

3.基因与DNA的关系是什么?  每个DNA分子上只有一个基因吗? 

质疑：针对思考题2质疑——生物体细胞核中染色体和DNA分子数是恒定的，而生物的性状却是多种多样的，DNA如何控制这么多性状？

讲述：一条染色体上的一个DNA分子肯定会控制很多很多性状。引出基因概念。

讨论：对于基因大家并不陌生，请你谈谈对基因的认识。

概念解读：1.基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。

2.基因是有遗传效应的DNA片段。

3.基因在染色体上呈线性排列。

由于DNA分子是线性结构，基因作为具有遗传效应的DNA分子片断，在DNA分子上是呈直线排列的。但是DNA分子并不是所有的片断都具有遗传效应，所以基因在DNA分子上的排列是间断的，不是连续排列的。

小结：每个基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，它代表着遗传信息。（每一条染色体只含有一个DNA分子，每个DNA分子上有很多个基因，每个基因又可以含有成百上千个脱氧核苷酸，由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。）

基因的遗传表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的。引出课题。

提问：我们知道，DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中的核糖体上进行的。那么，DNA所携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？

讲述：这需要通过RNA作为媒介。在细胞核内，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程。

播放FLASH：转录。你们有没有发现什么？

讲解：边分步骤演示边讲解。DNA在有关酶的作用下解旋，然后以模板DNA双链中的一条为模板，以周围环境中游离的4种核糖核苷酸为原料，进行碱基互补配对（DNA与RNA的碱基互补配对：A——U；T——C；C——G；T—A）。组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来，形成mRNA链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上。在合成mRNA以后DNA分子又恢复原样。

比较：DNA与RNA的不同点。（略）

小结：1. DNA转录的场所在细胞核内。

2.合成时作为模板的仅是DNA双链中的一条链。

3.模板DNA的核苷酸顺序与mRNA的核苷酸顺序是互补的，所以DNA所储存的遗传信息可以准确无误地传递给mRNA。

讲述：当沃森和克里克发现了DNA分子双螺纹结构以后，破译遗传密码成了科学界一个重大的研究课题。

质疑：RNA只有4种不同的碱基（A、U、G、C），而蛋白质含有常见氨基酸20种。那么怎样把RNA的遗传信息翻译成20种氨基酸呢？

思考：每种氨基酸可能由A、U、G、C中的几个碱基决定？

讲述：用3个碱基的组合作为遗传密码，代表1个氨基酸。但是，上述观点仅仅是一种假设，必须要用实验来证明。为此，1964年美国科学家设计了一个独特的实验：

阅读：积极思维“遗传密码是怎样破译的？”能说出实验过程。

讲解：用仅仅含有单一碱基的尿嘧啶（U），做试管内合成蛋白质的研究。这个实验只用了含有单一碱基U的特殊RNA。这样，就得到了只有UUU编码的RNA。把这种RNA放到和细胞内相似的溶液里，如果上述观点正确，应该得到由单一一种氨基酸组成的蛋白质。

分析：上述科学家的实验能够说明什么问题？

小结：和科学家的预想一样，这样合成的蛋白质中，只含有苯丙氨酸。于是，人们了解了第一个蛋白质的密码：UUU对应苯丙氨酸。说明多聚U可以控制苯丙氨酸的合成。这是人类破译的第一个遗传密码。

讲述：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个“遗传密码子”。

读图：P69的“20种氨基酸的遗传密

肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的盘曲折叠，最终合成一个具有一定功能的蛋白质分子。

播放FLASH：基因控制蛋白质合成全过程，请同学复述。

归纳：翻译——

概念：在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

场所：细胞质内核糖体上

模板：mRNA

条件：tRNA、酶

原料：氨基酸

产物：多肽链

过程：起始、延伸、终止

DNA→mRNA→tRNA→蛋白质→性状

例题：

算一算：蛋白质合成过程中，基因碱基数、信使RNA碱基数、蛋白质中氨基酸数目的比例关系6：3：1。

例题：一条多肽链中有氨基酸1000个,则作为合成该多肽链模的信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分别至少有碱基( D )
  A.3000个和3000个 B.1000个和2000个
  C.2000个和4000个 D.3000个和6000个

复习提问：转录和翻译的相关内容（略）。

    讲述：在遗传学上，把遗传信息的流动方向叫做信息流。信息流的方向可以用科家克里克提出的“中心法则”来表示。

    出示：中心法则图解。

    提问：你能根据中心法则的图解，说出其中的遗传信息流动方向吗？

    介绍：在某些病毒中，RNA也可以自我复制。科学家还发现在一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作用下合成DNA。逆转录过程及以及RNA自我复制过程的发现，补充和发展了“中心法则“，使之更加完整。

    小结：DNA的复制：DNA→DNA（以DNA作为遗传物质的生物的DNA自我复制。）

DNA的转录：DNA→RNA（细胞核中的转录过程。）

翻译：RNA→蛋白质（细胞质的核糖体上的翻译过程。）

RNA的复制：RNA→RNA（以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制。）

RNA逆转录：RNA→DNA（少数病毒在其宿主细胞中的逆转录过程。）

    引言：生物的一切遗传性状都是受基因控制的。个体发育过程中产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质或基因，但生物体不同部分细胞表现出的性状不同，这是为什么？

 例题：人的胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，据此推测胰岛细胞中( C )  A.只有胰岛素基因     
      B.比人受精卵的基因要少
      C.既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因     
     D.有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因

    小结：虽然不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因，即选择性表达。

出示：白化病患者图片——白化病患者表现出毛发白色、肤色呈淡红色、畏光等症状。

    介绍：正常人的皮肤、毛发等外的细胞中有一种酶，叫做酪氨酸酶，它能够将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，而表现出白化病症状。

    小结：基因对性状的控制往往要经过一系列的代谢过程，而代谢过程中的每一步化学反应都需要酶来催化。因此一些基因就通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的。

    出示：正常红细胞与镰刀型细胞贫血症红细胞比较图。

    介绍：正常人的红细胞是圆饼状的，如果一个人的控制血红蛋白分子结构的基因不正常，这个人就会合成结构异常的血红蛋白而引起疾病。镰刀型细胞贫血症患者红细胞是弯曲的镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。

    小结：以上是基因控制性状的另一种情况，是通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。

引言：你知道被喻为人类生命科学史上一次伟大的登月行动，与“曼哈顿原子弹计划”“阿波罗登月计划”并称为人类自然科学史上的三大计划的是什么计划？

    交流：你对人类的基因组计划有哪些认识？

    自学：阅读书上相关内容。

教学反思