从基因到蛋白质课件配套优秀获奖教案

第4章 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）利用课本插图和课件，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】

1.用软纸皮剪出一个DNA模型和带有不同碱基的核糖核苷酸若干。

2.翻译过程示意剪贴画。

【课时安排】

1课时

【教学过程】

一、课前准备

教师：

利用第3章的“自我检测”分析学生对“基因是什么”的理解情况。

学生：

以八个人为学习小组，用软纸皮按教材图4-4剪出一个DNA模型和带有不同碱基的核糖核苷酸24个。

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

（一）遗传信息的转录

师生互动

1.RNA的类型

教师：科学家发现：能够作为传达DNA信息的信使是RNA。即：DNA→RNA→蛋白质。为什么RNA适于作DNA的信使呢？DNA和RNA的区别？RNA有几种？（展示教材图4-1、图4-2和图4-3）

学生：阅读教材P•62-63的内容和观察以上图片。

教师：引导学生回答以上问题。

学生1：RNA是另一类核酸，它的分子结构与DNA很相似，适于作DNA的信使的原因是：

①它也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U(尿嘧啶))共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。

②在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。

③RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。

学生2：RNA与DNA的区别有两点：

①嘧啶碱有一个不同。RNA是尿嘧啶（U），DNA则为胸腺嘧啶（T）。

②五碳糖不同：RNA是核糖，DNA是脱氧核糖，这样一来组成RNA的基本单位就是核糖核苷酸，DNA则为脱氧核苷酸。

学生3：RNA的种类：

①信使RNA——mRNA。顾名思义，这种RNA起的是信使——传递信息的作用（第一位同学讲的那种）。

②转运RNA——tRNA。这种 RNA担负的是运输的任务。其三叶草型结构的一端可以连接特定的氨基酸。

③核糖体RNA——rRNA。

教师：同学们回答得很精彩（掌声）。DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？

教师：指导学生阅读教材P•63的第四自然段和图4-4，然后完成下列填空。

2.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：教师讲解，学生观看，然后学生分组利用预先剪好DNA模型和带有不同碱基的核糖核苷酸按图4-4的步骤模拟转录的过程——合成mRNA。

学生操作，教师巡视指导，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 A A

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。在转录的过程中，DNA只有一条链为模板，这已经被科学家的实验证明。Marmur和Duty利用DNA—RNA杂合技术、采用侵染枯草杆菌的噬菌体SP8为材料进行实验。噬菌体SP8的DNA分子由两条碱基组成很不平均的链构成，其中一条链富含嘌呤，另一条互补链则富含嘧啶。因为嘌呤比嘧啶重，因此富含嘌呤的“重”链与富含嘧啶的“轻”链在加热变性后可用密度梯度离心分开。实验者在SP8侵染后，从枯草杆菌中分离出RNA，分别与 DNA的重链和轻链混合并缓慢冷却。他们发现SP8侵染后形成的RNA只跟重链形成DNA—RNA的杂合分子。显然，RNA是杆菌DNA中的一条链转录产生的。

（二）遗传信息的翻译

师生互动

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。银幕展示如下：

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：用PowerPoint演示教材图4-5 tRNA的结构示意图。

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。（以上内容教师用翻译过程的Flash动画展示，边展示边讲解，讲解完让学生按教材图4-6 蛋白质合成示意图利用课前准备的材料完成翻译的过程）

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。学生主动完成对翻译过程的学习。

各个学习小组展示翻译过程剪贴图的剪贴成果。

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.翻译的位点:一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA的结合位点。一种tRNA携带相应的氨基酸进入相应的位点。

5.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、评价反馈

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

4.若某肽链的第一个氨基酸的密码子为AUG，那么控制这个氨基酸的DNA模板链上相应的三个碱基的顺序应为[

]

A．UAC

B．AUG

C．ATG

D．TAC

5.一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽的模板信使RNA和用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基多少个？[

]

A．3000个和3000个

B．1000个和2000个

C．3000个和6000个

D．2000个和4000个

6.一个转运RNA的3个碱基为CGA，此RNA运载的氨基酸是[ ]

A．酪氨酸(UAC)

B．谷氨酸(GAG)

C．精氨酸(CGA)

D．丙氨酸(GCU)

五、课堂小结

为了让同学们能更好理解本节的内容，利用下表来概括DNA的复制和转录的内容，如下：

类别

项目

场所

解旋

模板

原料

酶

能量

碱基

配对

产物

复制

细胞核

完全解旋

DNA的两条链

四种脱氧核苷酸

DNA解旋酶、DNA聚合酶

ATP

A-T C-G T-A G-C

转录

细胞核

只解有遗传效应的片段

只有DNA的一条链

四种核糖核苷酸

RNA聚合酶

ATP

A-U G-C T-A C-G

子代DNA

mRNA、tRNA、rRNA

阶段

项目

定义

在细胞核中，以DNA的一条以信使RNA为模板，合成具有链为模板合成mRNA的过一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

程

细胞核

细胞质的核糖体

DNA的一条链

信使RNA

DNA→mRNA

mRNA→蛋白质

含A、U、C、G的4种核苷合成蛋白质的20种氨基酸

酸

信使RNA

有一定氨基酸排列顺序的蛋白质

是遗传信息的转录

是遗传信息的表达

转录

翻译

场所

模板

信息传递的方向

原料

产物

实质

七、布置作业

完成课本P•77的题。

【板书设计】

1.RNA的类型

①信使RNA——mRNA。

②转运RNA——tRNA。

③核糖体RNA——rRNA。

2.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。

（8）转录的过程：