4.1 基因指导蛋白质的合成 教案

第四章基因的表达
第一节基因指导蛋白质的合成
一、学习目标\教学目标
1.概述遗传信息的转录和翻译的过程
2.计算DNA碱基数目、RNA碱基数与氨基酸数目之间的对应关系。

3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的。

4.基于地球上几乎所有的生物都是用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。

二、教学重难点
1.遗传信息的转录和翻译的过程
2.中心法则的具体内容。

三、教学方法
讲授、演示、视频播放、小组讨论
四、教学过程
（一）新课导入：情景设置，导入新课
观看视频《侏罗纪公园》，科学家用恐龙DNA复活了恐龙。

通过科幻故事，现实生活虽然无法实现，但给学生以猜想：是否可以利用已经灭绝生物的DNA来复活它们，DNA是如何起作用的呢？大胆的想象既切合了本节课的主题，又能激发学生的学习兴趣。

（二）新课讲授
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。

影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。

小组讨论，问题探讨：
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
提示：一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。

但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。

因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。

一、遗传信息的转录
阅读教材P64 至 P65页，小组讨论，问题探究：
①位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？
②为什么RNA适于作DNA的信使？
③如何判定DNA与RNA？
提示：(1)根据五碳糖种类来判定：若有核糖，一定为RNA；若有脱氧核糖，一定为DNA。

(2)根据含氮碱基种类来判定：若含T，一定为DNA；若含U，一定为RNA。

(3)根据含氮碱基含量比较来判定：若嘌呤数≠嘧啶数，则肯定不是双链DNA。

2、RNA种类和功能：
（1）信使RNA（mRNA）
携带着从___________________来的遗传信息，是合成蛋白质的模板。

研究表明，翻译过程中 mRNA上 3个相邻的碱基决定着蛋白质的一个__________。

遗传学上把 mRNA上这样相邻的3个碱基，称为________________（codon）。

（2）转运 RNA（tRNA）
它的一端是______________的结合部位，相对的一端有______________决定着携带氨基酸的种类，并能与 _________________上特定的密码子配对，称为"________________"（anticodon），每种 tRNA只能携带一种_____________________。

（3）核糖体 RNA（rRNA），它是_____________的组成成分，同时催化_________________。

④为什么RNA适于做DNA的信使
提示：①RNA的分子与DNA的很相似使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。

②RNA一般是单链，能通过核孔进入细胞质，去指导蛋白质的合成。

③遵循“碱基互补配对原则”。

这种作为DNA信使的RNA叫信使RNA，也叫mRNA。

转录的过程
观看视频《DNA转录形成RNA的过程》，通过视频初步让学生认识科学思维中的事实和证据，激发学生的学习兴趣。

3.遗传信息的表达主要是通过______________________实现的，此过程包括___________________2个阶段。

4.真核生物中，遗传信息的携带者 DNA 主要存在于______________中，而蛋白质的合成在细胞质中的_______________上进行。

5.遗传信息不能由 ___________________________，而是需要另一种物质在 DNA 与蛋白质之间充当____________，这种物质就是 ____________。

即由_______________，RNA 直接指导_____________________。

6.转录（transcription）
以DNA 为_________，通过 _________________合成 RNA的过程。

转录过程和DNA的复制过程极为相似，不同的是∶以DNA分子片段中的_____________作为模板链，合成_____________________，与模板链互补的另一条 DNA分子链叫作_________________。

第1步解旋：DNA双链解开（RNA聚合酶的催化），碱基暴露出来；
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
第2步配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成；
第3步连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
第4步释放：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。

小组讨论，完成相关表格，比较复制与转录
小组讨论，问题探究
1.转录与DNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
提示：转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。

碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。

2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
提示：DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，以4种游离的脱氧核苷酸为原料；转录则需要RNA聚合酶，以4种游离的核糖核苷酸为原料。

3、转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
转录成的RNA的碱基序列与b链（DNA模板链）的碱基序列是互补配对的；
转录成的RNA的碱基序列与a链（非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。

二、遗传信息的翻译
观看视频《翻译的过程》，通过视频初步让学生认识科学思维中的事实和证据，激发学生的学习兴趣。

知识点梳理
以______________为模板，以____________为运载工具，在___________上合成具有一定_________________的蛋白质的过程，称为___________（translation）。

1.mRNA进入细胞质，与_____________结合，携带甲硫氨酸的__________通过与mRNA 上的_______________________，进入P位
2.携带___________________通过碱基配对进人____________
3.甲硫氨酸通过__________与A位点rRNA上的甘氨酸连接，与 P位点的___________分离
4.原来在_________________离开核糖体，核糖体向前移动_________________，原来在A位的tRNA转到P位，空出的A位就可以接受携带下一个____________________
5.重复步骤2、3、4，肽链逐渐延长，直到核糖体读到mRNA上的_______________
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。

根据示意图，进行小组讨论：DNA的碱基、RNA的碱基与氨基酸的对应关系”
和“遗传密码的特性
小组讨论，归纳总结：
讨论：一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基才能够决定20种不同的氨基酸？（推导）小组讨论，问题探究：
遗传密码的特性：
①有3个终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中，能决定氨基酸的
遗传密码子只有61个。

②通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。

③简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况。

在一定程度上能防止由于碱基的
改变而导致的遗传信息的改变。

三、中心法则的提出
1、提出者：弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克，（Francis Harry Compton Crick，1916
年6月8日－2004年7月28日），英国生物学家，物理学家，及神经科学家。

2、内容：
遗传信息可以从__________流向__________，即_______ ___________；也可以从
__________流向_________，进而流向______________，即_____________________ _____。

4．中心法则的发展
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是____________，蛋白质是______，而________
为信息的流动提供能量，可见：生命是_______、_______和_______的统一体。

动动手：请完成表格。

小组讨论，问题探究
1、请写出以下生物的遗传信息的传递过程：
具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒）
能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
高度分化的细胞(洋葱表皮细胞)
具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)
（三）课堂练习：
1.(2017·全国Ⅲ，1)下列关于真核细胞中转录的叙述，
错误的是( )
A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
提示：转录是以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程，包括tRNA、rRNA和mRNA三种，A正确；不同的RNA由不同的基因转录而来，所以同一细胞中两种RNA 的合成有可能同时发生，B正确；细胞中的RNA合成过程主要在细胞核内发生，在线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA，C错误；转录时遵循碱基互补配对原则，所以转录出的RNA 链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。

2.(2019·全国Ⅰ，2)用体外实验的方法可合成多肽链。

已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A．①②④ B．②③④ C．③④⑤ D．①③⑤
提示：蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。

人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，C 项符合题意。

3.(2020·全国Ⅲ，1)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是( )
A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子
提示：根据中心法则可知，DNA可以经过转录形成RNA，即遗传信息从DNA流向了RNA，RNA 可以做模板进行翻译，即遗传信息从RNA流向了蛋白质，A项正确；转录形成的RNA有三种，即mRNA、tRNA和rRNA，其中可以编码多肽的只有mRNA，B项错误；基因是有遗传效应的DNA 片段，所以细胞中DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，两者不相等，C项正确；转录是以基因为单位进行的，一个DNA分子中含有多个基因，所以染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子，D项正确。

五、板书设计：
第一节基因指导蛋白质的合成
一、基因的定义
具有遗传效应的DNA片段
二、转录
三、翻译
四、中心法则。