基因的表达 【三维目标】 1.知识与技能： （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.过程与方法 （1）通过指导学生设计并制作转录和翻译过程的剪纸的模型，培养学生的创新意识和实践能力。 （2）通过DNA和RNA的对照掌握类比方法。 （3）通过RNA的碱基决定氨基酸的学习，掌握先逻辑推理再经实验验证的方法。 （4）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的方法。 （5）利用课本插图，培养和发展学生的读图能力；提高分析、类比归纳的学习方法。 3.情感态度与价值观： （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。 （3）通过介绍科学史实，开阔学生的眼界，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。 【教学重点】 遗传信息转录和翻译的过程。 【教学难点】 遗传信息的翻译过程。 【教具准备】 每个小组用彩色的卡纸根据课本的彩图剪出一个DNA、带有不同碱基的核糖核苷酸、核糖体和tRNA等模型。 【课时安排】 1课时 【教学过程】 一、课前准备 1、利用资料自主预习的栏目让学生了解这个章节的基础知识。 2、每个小组用彩色的卡纸根据课本的彩图剪出一个DNA、带有不同碱基的核糖核苷酸、核糖体和tRNA等模型 二、情境创设 教师：生命为什么如此多姿多彩？教师引导学生回答。 学生：蛋白质是生命的体现者，而蛋白质结构是多种多样的。（自然引出蛋白质的合成。） 教师：谁控制蛋白质的合成？ 学生：基因。 教师：是不是有基因就能合成蛋白质呢？真的能复制恐龙吗？基因怎样指导蛋白质的合成呢？（展示细胞的亚显微结构） 学生：从上一章的学习，我们知道，基因是有遗传效应的DNA片段；DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。那么，DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢？ 教师：同学们的思考很好，下面我们一起来讨论。 三、教学过程 先学：（分组学习，小组合作完成以下教学提纲，并试着用制作的DNA模型和核糖核苷酸模型模拟转录的过程） （一）遗传信息的转录 1.转录 （1）转录的定义：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。 （2）转录的场所：细胞核。 （3）转录的模板：DNA分子的一条链。 （4）转录的原料：四种核糖核苷酸。 （5）转录的条件：ATP（能量）、酶。 （6）转录时的碱基配对： A T C G DNA ─┴─┴─┴─┴─ ─┴─┴─┴─┴─ RNA U A G C （7）转录的产物：mRNA。 以上划线部分由学生回答，教师更正。 （8）转录的过程：小组分组模拟转录过程，教师巡视指导，抽取一个小组到黑板上给大家示范模拟转录的过程。各组展示结果。如下： mRNA：┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻━┻ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U 后教：教师精讲 通过以上的分析和同学们的操作，同学们应该深刻地认识到转录的过程就是：首先是RNA聚合酶结合在DNA的模板区上，该部位的双螺旋解开成为单链。接着以一条DNA为模板，按碱基互补配对原则，利用细胞核内游离的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA链。最后合成的RNA链逐渐被甩开，解旋的两条DNA链很快又结合在一起，恢复为原来的双螺旋结构，DNA上的遗传信息就被传到了mRNA上，mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。 先学：（分组学习，小组合作完成以下教学提纲，并试着用上阶段完成的mRNA和核糖体、tRNA、氨基酸等模型模拟翻译的过程 （二）遗传信息的翻译 （1）翻译的定义：在核糖体中，一mRNA为模板，利用氨基酸合成蛋白质的过程。 （2）翻译的场所：细胞质的核糖体中。 （3）翻译的模板：mRNA。 （4）翻译的原料：20种氨基酸。 （5）翻译的条件：ATP 能量 酶 tRNA。 （6）翻译时的碱基配对： mRNA U A G tRNA A U C （7）翻译的产物：蛋白质。 以上划线部分由学生回答，教师更正。 难点突破：教师：组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，RNA有四种核苷酸，四种碱基AGCU，如何决定20种氨基酸？请各学习小组把推理过程写出来。 学生的逻辑推理： 一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种，41=4，不行。 二个碱基决定一个氨基酸只能决定14种，42=16，不行。 三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种，43=64，足够有余。 教师：同学们推理得真好！其实同学们所做的也就是破解遗传密码过程的一步。1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使RNA的三个碱基决定即三联体密码子。也就是说mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基又称做1个密码子。 美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合成方式，首先阐明了遗传密码的第一个字—UUU，即决定苯丙氨酸的密码子。1967年科学家已将20种氨基酸的密码全部破译。银幕出示密码表并结合思考和讨论三各个学习小组展开讨论，教师总结讨论结果。 1.对应的氨基酸序列为:甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。 2.地球上几乎所有的生物都共用一套密码子，这一事实说明地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一。 3.从密码的简并性我们能认识到；如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化（如GAU→GAC都决定天冬氨酸），这就保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。 教师：讨论到这里，请同学们想一想氨基酸是在什么场所合成的？ 学生：核糖体。 教师：mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”——核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有：“工人”，才能生产产品。那么，游离在细胞质的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？也是说这个“工人”是谁呢？ 学生：tRNA。 教师：细胞质中的氨基酸要进入核糖体是靠搬运工搬运──tRNA来完成的，一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。转运RNA的另一端有三个碱基，能与信使RNA碱基相配对。例如：信使RNA上的三个碱基AUG就是一个三联体密码子，转运RNA中转运甲硫氨酸的转运RNA一端的三个碱基是UAC，只有它才能按碱基互补配对原则配对。因此，信使RNA中的AUG，叫做一个“密码子”，转运RNA的UAC叫做“反密码子”，转运氨基酸的RNA一端的三个碱基是CGA就不能去和信使RNA中的AUG配对。总之，核糖体中的信使RNA有许多“密码子”，每个“密码子”与转运特定氨基酸的RNA，能够碱基配对，才能对号入座。也就是说一种转运RNA在哪个位置上对号入座是靠转运RNA的反密码子去识别。而位置则是信使RNA按遗传信息预先定了的。 学生：利用上节课转录成的mRNA模型作为翻译的模板和课前准备的材料按教材图4-6动手操作蛋白质的合成过程。教师巡视指导，抽取一个小组到黑板上给大家示范模拟转录的过程。各组展示结果。 教师：设计下列问题检查学生自主学习掌握的情况。 1.按图4-6所示的正在合成的肽链的氨基酸序列是：甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸—精氨酸—半胱氨酸—半胱氨酸—脯氨酸 2.翻译的起始码是:AUG，GUG。 终止码是:UAA，UAG，UGA。 3.决定氨基酸的密码子 61 种。 4.肽链由各相邻的氨基酸通过肽键连接形成。 6.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。 教师精讲 同学们的模拟操作完成得非常出色，从同学们的成果展示和问题的回答可以看到同学们对这部分内容掌握得不错，同学们的操作用了不少时间，实际上，在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37℃时，细菌细胞内合肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成（展示教材的图），因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。 肽链合成后，就从核糖体与mRNA复合物脱离，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。 四、当堂练习 1.DNA复制、转录、翻译分别形成[ ] A．DNA、RNA、蛋白质 B．RNA、DNA、多肽 C．RNA、DNA、核糖体 D．RNA、DNA、蛋白质 2.一个DNA分子含有碱基60个，经“翻译”后合成的一条多肽链中最多含有肽键[ ] A．10个 B．9个 C．30个 D．29个 3.遗传密码位于[ ] A．蛋白质分子上 B．DNA分子上 C．RNA分子上 D．信使RNA分子上