从基因到蛋白质优秀课堂实录

《基因指导蛋白质的合成》教学设计

江苏省天一中学 尤洁

一、教学设计思路

“基因表达”是人教版《生物》第二册第四章中相对比较抽象难理解的内容,也是本章教学的难点所在。其中转录和翻译的过程是在细胞内进行的，不能给学生进行实物演示，如处理不好则枯燥无味，学生既没有兴趣也不易做到真正的理解。在教学中，我运用了多种教学方法和手段，如观看图片，模型演示，运用动画模拟基因表达的过程。通过实验探究的方式让学生自己进行讨论、分析实验并和活动有机结合，充分调动学生主动学习的积极性，突破了教学难点，使学生轻松掌握本节的知识要点。

二、教学目标

知识方面：

1、概述遗传信息的转录和翻译过程

2、理解遗传信息与“密码子”、“反密码子”的概念

3、运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系

能力方面：

1、培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。

2、通过指导学生模拟翻译过程，培养学生的动手实践能力。

三、重点、难点分析

这一课的重点与难点都是基因如何控制蛋白质的合成过程。要处理好重、难点，事先要把有关的知识、概念介绍清楚，为后面做好铺垫。通过已有的成功实验来分析整个基因表达的过程，让学生探究式的分析实验，把比较抽象的问题更形象化，通过多媒体动画模拟基因表达的过程，让学生更好的清楚细胞内的一些微观过程。

四、教学过程设计

精彩的导入可以引起学生的兴趣：同学们，这是生活在太平洋西部能发出绿色荧光的水母，如果把它的荧光蛋白基因导入小鼠的体内，那么小鼠也能发出绿光。那么荧光蛋白基因是怎样指导合成荧光蛋白的呢？这就是今天我们要学习的课题。基因指导蛋白质合成。

提问：基因主要位于哪里？（学生回答）细胞核。而蛋白质的合成场所在哪里？（学生回答）在细胞质中的核糖体上。那如果把整个黑板比作一个细胞，这是细胞核，这是基因。（画图）这是核糖体。提问：那么它们远隔千山万水，基因又不能从细胞核中出来，基因是如何控制蛋白质合成的呢？是不是需要一个中间使者呢？它能够将基因的遗传信息携带过来，然后再指导合成蛋白质。谁能来担此重任呢？

科学家做了这样两个实验。

实验一：1955年有人曾用洋葱根尖进行培养，如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止，而如果再加进从酵母中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。

提问：哪种物质和蛋白质的合成有关？

结论：(学生回答)蛋白质的合成与RNA有关。

实验二：

A组：把变形虫培养在同位素标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中，现象：标记的U集中出现在细胞核中；

B组：变形虫培养在未标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中，

实验：在适当的时候，用前面两组变形虫进行核移植实验。将A组变形虫的细胞核移植到B组变形虫的细胞质中进行培养观察。

现象：大部分标记的U相继从细胞核中移入细胞质中。

提问：RNA在哪里合成的，然后又可以从哪里转移到哪里？

结论：(学生回答)RNA是在细胞核中合成的，然后再从细胞核中转移到细胞质中。

通过实验，我们发现RNA好像可以作为这个中间使者。为什么RNA适合做DNA的信使呢？我们来回顾下RNA和DNA的结构。表格复习。

五碳糖

碱基

基本单位

结构

DNA 脱氧核糖

A、G、C、T 脱氧核苷酸

双链

RNA 核糖

A、G、C、U 核氧核苷酸

单链

RNA也是由四种核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。

RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。

这个使者，我们称为信使RNA，又叫做mRNA.。DNA被核膜限制在细胞核内，必须先把遗传信息传递给mRNA，这一过程称为转录。自主学习：

阅读课本P63 第4段文字和图4-4，思考①转录以DNA的几条链作为模板？②转录的产物是什么？原料是什么？③转录需要哪种酶？引导学生观察课本中DNA转录成RNA的图解。

利用教具演示转录的过程。提问：转录是以DNA的几条链为模板？合成的产物是什么？原料是什么？转录需要哪种酶？边提问边讲述：转录是以DNA的一条链为模板，DNA双链先解开，这一步就是解旋，DNA双链的碱基暴露出来，然后以DNA双链中的一条为模板（模板链），合成的是mRNA,所以原料是周围环境中游离的4种核糖核苷酸，如何保证DNA分子上的遗传信息准确传递到mRNA上呢？碱基互补配对。所以当核糖核苷酸上的碱基与DNA上的碱基互补时，两者就以氢键结合上了。好，第一个结合上了。接着请学生演示，过程中注意学生是否碱基配对错误。在RNA聚合酶的作用下，将核糖核苷酸依次连接，形成一个单链的mRNA。合成的这样mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双链又恢复。这样就把DNA上的遗传信息传递到mRNA上，在mRNA上以A、U、C、G的不同的排列顺序进行保存。

（教师演示一部分，让学生上台演示一部分。）强调原料是核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下，合成RNA的过程。

学生归纳转录过程。

教师：模板DNA链上的碱基顺序与mRNA上的碱基顺序是互补的，所以DNA所储存的遗传信息可以准确无误地传递给mRNA。mRNA从核孔出来，和核糖体结合，控制合成蛋白质，这个过程叫做翻译。那么RNA只有4种不同的碱基（A、U、C、G），而构成蛋白质的氨基酸大约有20种。4种碱基如何决定蛋白质的20种氨基酸呢？

由此，引导学生思考每种氨基酸可能由A、U、C、G中的几个碱基决定的？

作出假设：

①1个碱基决定1个氨基酸，则只能决定4种氨基酸。（太少）

②2个碱基决定1个氨基酸，则可以决定42=16种。（太少）

③3个碱基决定1个氨基酸，则可以决定43=64种。（可行）

1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA上的3个相邻的碱基决定的，即密码子。

1967年，科学家们破译了全部遗传密码子，并且绘制出这张密码子表。

请同学一起分析密码子表。一个密码子有3个碱基决定。一共有多少个密码子？（64个）几个起始密码？（2个，AUG，GUG）它们分别对应哪个氨基酸？（甲硫氨酸，缬氨酸）几个终止密码？（3个）有对应的氨基酸吗？（没有）这64个密码子中2个是起始密码子，3个是终止密码子（不能决定对应的的氨基酸）,它们有什么用呢?就像我们玩游戏，没有一个规则就玩不下去了，所以信使RNA指导蛋白质合成也应遵循一个规则:从起始密码子才开始翻译，如果识别到终止密码子就停止。看图分析，1个密码子决定几个氨基酸？（1个或不决定）一个氨基酸有几个密码子对应？（一个氨基酸可对应多个密码子）。所有生物共用这张密码子表，这说明了密码子的通用性。

黑板演示：第一个起始密码子，甲硫氨酸。但氨基酸的搬运是由谁来完成呢？（配合图片让学生加深对tRNA的印象）这就需要氨基酸的搬运工具tRNA来完成。tRNA又必须严格按照信使RNA上的遗传密码来搬运氨基酸，所以一端连接氨基酸，一端识别密码子。怎么识别？另一端有三个碱基，它可以按照碱基互补配对的原则去识别信使RNA上的密码子，这三个碱基叫反密码子。一种tRNA只转运一种氨基酸。一种氨基酸可由多种tRNA转运。

演示：核糖体与mRNA的结合部位有2个tRNA的结合位点。第一个甲硫氨酸由反密码子是UAC的tRNA携带，然后通过识别（碱基互补配对）运输到指定地点，请同学来完成第二个氨基酸的转运过程（注意观察学生的顺序，应该先携带再识别，放到指定地点。注意分析天冬氨酸可以有两个tRNA来转运。）两个氨基酸脱水缩合形成肽键。第一个位置的tRNA就会离开，核糖体向前移动一个密码子的位置，这样又有tRNA可以搬运下一个氨基酸过来。注意再请同学来完成第三个氨基酸的转运过程。但当核糖体移动到终止密码子时翻译就停止，合成具有一定氨基酸顺序的多肽链。（整个过程教师先演示一个氨基酸的转运，之后让学生自己来完成翻译的过程。注重过程详解。）

学生归纳翻译的过程。

其实，转录翻译是连续的过程，真核细胞先转录后翻译，让我们来回顾整个过程。（动画）

模型构建：模拟翻译过程（学生活动，成果展示）

学生识图：转录、翻译，如何判断？（让学生说出转录、翻译最核心的知识）

这个过程中用到了的三种RNA?（学生回顾，重点提出rRNA）

材料分析：科学家通过精确的仪器发现细胞翻译蛋白质的速度非常快，真核细胞每分钟大约翻译50个氨基酸；大肠杆菌（原核生物）每分钟可翻译1200个氨基酸，比真核生物要快得多。

学生讨论：

1、为什么细胞合成蛋白质速度会如此快？

2、图中核糖体移动的方向是？

3、猜测原核细胞为什么比真核细胞合成蛋白质更快？

结语：大千世界，丰富多彩，这是性状的多样性，蛋白质的多样性，最根本原因是基因的多样性。基因通过指导蛋白质合成进而控制生物的性状，这就是基因的表达。让我们追寻这只小脚丫，去探寻基因更多的奥秘吧！