从基因到蛋白质优质教案设计

基因控制蛋白质的合成教案

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，使学生进一步领会STS思想，体会科学技术与社会的关系。

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。

教学方法

讲授法、分组讨论法、多媒体辅助教学法

适用年级

高二年级

授课时数

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

多媒体演示转录的过程，学生仔细观察，教师引导小结如下：

（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：RNA。

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。

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，以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多种氨基酸。

（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：（教师引导）

一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种，4=4，不行。

2二个碱基决定一个氨基酸只能决定14种，4=16，不行。

3三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种，4=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1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

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：（提问学生单独完成）

类别

项目

场所

解旋

模板

原料

酶

能量

碱基

复制

转录

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 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

配对

产物

阶段

项目

定义

场所

模板

信息传递的方向

原料

产物

实质

子代DNA

转录

mRNA、tRNA、rRNA 翻译

在细胞核中，以DNA的一条链以信使RNA为模板，合成具有一定氨为模板合成mRNA的过程。

基酸顺序的蛋白质的过程

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种核苷酸

信使RNA 是遗传信息的转录

合成蛋白质的20种氨基酸

有一定氨基酸排列顺序的蛋白质

是遗传信息的表达

六、板书设计：

（一）遗传信息的转录

（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。

（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。

七、教学反思：

本节的核心内容是从分子水平上阐明遗传物质的在生物体内是如何起作用的，即转录和翻译的过程。

我引导学生重点学习的内容是DNA、mRNA、tRNA三者之间的关系，给出DNA的一条链（作为模板链）的碱基排列顺序，让学生写出DNA的另一条链（非模板链）、mRNA及一系列tRNA的碱基排列顺序，并找出三者之间的关系，推导出有关的碱基计算公式合蛋白质合成有关的公式，然后通过练习加以强化。

本节内容较多，为了在1课时内高效完成教学任务，需要学生在充分预习的基础上重点处理难点——翻译。由于内容抽象，通过课件演示、学生动手操作模拟翻译过程能更好的帮助学生理解知识。本节课需安排好时间，特别是比较讨论的时间，对于普通班的学生，应适当的删减讨论，多一些讲授！