基因表達(dá) 第六章遺傳和變異 第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

1、第六章 遺傳和變異 第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)課題基因的表達(dá)課型新課授課時間設(shè)計者教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1、 了解染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系以及基因的本質(zhì)。2、 理解基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理。3、 了解基因控制性狀的原理。4、 知道中心法則及其發(fā)展。5、 知道遺傳密碼的破譯。能力目標(biāo)：1、 通過學(xué)習(xí)基因概念培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生掌握一定的科學(xué)研究方法。2、 通過基因控制蛋白質(zhì)的合成學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生分析綜合能力。情感態(tài)度與價值觀：1、 初步學(xué)會用辯證唯物主義觀點分析和認(rèn)識生物體生命活動的基本規(guī)律，逐步樹立科學(xué)的世界觀。2、 利用我國研究遺傳基因所取得的成就進(jìn)行愛國主義教育。3、 介紹遺

2、傳工程，進(jìn)行科學(xué)價值觀的教育。重點1、染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系和基因的本質(zhì)2、基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理難點基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理教具結(jié)合教材有關(guān)轉(zhuǎn)錄和翻譯的圖解教法學(xué)生閱讀、討論結(jié)合教師舉例、圖示進(jìn)行教學(xué)安排2課時板書設(shè)計第一課時一、基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸的關(guān)系基本單位主要載體，每條染色體含有1個或2個DNA分子具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，每個DNA分子含多個基因特定的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息，每個基因含多個脫氧核苷酸 染色體 dDNA c基因 b脫氧核苷酸 a基因在染色體上呈直線排列二、基因的表達(dá)（基因控制蛋白質(zhì)的合成）1、DNA與 RNA的比較（一）轉(zhuǎn)錄基

3、因1、定義 2、場所 3、過程 4、條件 5、產(chǎn)物 6、特點 7、意義第二課時（二）翻譯1、定義 2、場所 3、過程 4、條件 5、產(chǎn)物 6、特點 7、有關(guān)計算三、遺傳信息的傳遞方向-信息流與中心法則四、比較復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯三個過程的差異五、基因?qū)π誀畹目刂苹蚩刂泼?、激素合?影響代謝（間接） 性狀 控制蛋白質(zhì)合成 （ 直接） 性狀教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容 教師調(diào)控 學(xué)生活動時間分配引言通過閱讀教材，進(jìn)一步提高學(xué)生自學(xué)能力學(xué)生閱讀教材，思考問題，并填寫表格利用教材中的圖解，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、思考、歸納獲得知識。第一課時遺傳物質(zhì)DNA分子中的堿基排列順序是怎樣反映到生物體性狀上的呢？這與蛋白質(zhì)有什么樣

4、的關(guān)系呢？親代信息 復(fù)制 子代信息 表達(dá) 子代性狀 有性生殖 個體發(fā)育現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究認(rèn)為，每個DNA分子上有很多基因，這些基因分別控制著不同的性狀。基因是決定生物性狀的基本單位。那么，什么是基因呢？一、基因?qū)W生閱讀課本P13-14頁第一、二、三段內(nèi)容，抽學(xué)生回答以下內(nèi)容：（1）基因與性狀的關(guān)系： 基因是決定生物性狀的基本單位每一個基因控制相應(yīng)的性狀（2）基因與DNA的關(guān)系: 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段DNA上的片段很多，并不都能控制性狀。例如P13圖6-8，若紅色表示基因，則藍(lán)色表示什么？（無遺傳效應(yīng)的DNA片段），每一個DNA分子上有許多個基因（3）基因與脫氧核苷酸的關(guān)系：脫氧核苷酸是基

5、因的基本單位每個基因中有成百上千個脫氧核苷酸（4）基因與染色體的關(guān)系: 基因在染色體上呈線性排列每一個染色體上都有許多基因，在細(xì)胞未分裂時一條染色體上含一個DNA分子，在復(fù)制后的染色體上則含2個DNA分子，分別位于兩姐妹染色單體上。（5）基因的位置（載體）：細(xì)胞核的染色體上（主要的）（核基因），線粒體、葉綠體（質(zhì)基因），所以，染色體是基因的主要載體（6）基因與遺傳信息的關(guān)系：基因中的脫氧核苷酸（堿基）的排列順序遺傳信息，不同的基因含有不同的遺傳信息（7）基因與蛋白質(zhì)的關(guān)系：基因控制性狀是通過控制蛋白質(zhì)合成來實現(xiàn)的（8）基因的功能（DNA的功能）傳遞遺傳信息通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代表達(dá)遺傳

6、信息使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上此過程稱為基因的表達(dá)思考：基因（DNA）是在細(xì)胞核內(nèi)，蛋白質(zhì)合成是在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上，在細(xì)胞核的基因如何控制在細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)合成呢？教師指出：在DNA和蛋白質(zhì)之間，有一種中間物質(zhì)RNA充當(dāng)信使。二、基因的表達(dá)（基因控制蛋白質(zhì)的合成）復(fù)習(xí)舊知識：兩種核酸（DNA和RNA）在化學(xué)元素、基本單位、化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、功能和分布等方面的區(qū)別？（列表，閱讀教材，學(xué)生填寫）1、DNA與 RNA的比較DNARNA組成元素C、H、O、N、P基本單位脫氧核苷酸（種）核糖核苷酸（種）化學(xué)組成一分子磷酸脫氧核糖A、T、C、G一分子磷酸核糖A、U、C、G結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)

7、構(gòu)一般單鏈結(jié)構(gòu)功能編碼復(fù)制遺傳信息,控制蛋白質(zhì)合成傳遞遺傳信息并通過蛋白質(zhì)表達(dá)出來分布細(xì)胞核的染色體,線粒體,葉綠體細(xì)胞質(zhì)的核糖體另外，教師補充：RNA的在細(xì)胞中有三種（略）引入發(fā)電報要經(jīng)信息轉(zhuǎn)換，再由密碼翻譯成中文的例子，讓學(xué)生有個意識，然后轉(zhuǎn)入基因控制蛋白質(zhì)合成也要經(jīng)“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”兩個重要步驟的話題，怎樣“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”就是本節(jié)課同學(xué)們需要學(xué)會的內(nèi)容。（一）轉(zhuǎn)錄學(xué)生看教材對應(yīng)圖6-10 DNA轉(zhuǎn)錄RNA的圖解1、定義：以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成RNA的過程。即：DNA-mRNA2、場所：主要在細(xì)胞核（其次線粒體、葉綠體）3、過程：在細(xì)胞核中，以DNA解旋后的一

8、條鏈為模板，細(xì)胞中游離的核糖核苷酸與供轉(zhuǎn)錄用的DNA的一條鏈上的堿基按照AU、GC、TA、CG的堿基互補配對原則，在RNA聚合酶的作用下，依次連接，形成mRNA；mRNA通過核孔從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合。 4、條件： 模板：以DNA的一條鏈為模板 原料：游離的4種核糖核苷酸 能量：ATP 酶： 解旋酶、RNA聚合酶等 其他條件：適宜的T、PH等5、產(chǎn)物：一條單鏈的RNA（mRNA、tRNA、rRNA）RNA（信使RNA），RNA（轉(zhuǎn)運RNA），RNA（核糖體RNA）。RNA的功能：將基因中的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)上，即基因中的遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄后成為mRNA上的遺傳密碼，再經(jīng)翻譯后形成具有

9、特定氨基酸排列順序的蛋白質(zhì)。tRNA的功能：運輸特定的氨基酸；識別遺傳密碼。rRNA的功能：是核糖體中的結(jié)構(gòu)成分，位于核糖體的核心部位，兼有酶的功能，也稱為核酶。6、特點：邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后DNA仍保留原來的雙鏈結(jié)構(gòu)7、意義：可把遺傳信息從DNA（基因）傳遞到信使RNA（mRNA），即遺傳信息轉(zhuǎn)化成遺傳密碼。第二課時（二）翻譯1、定義：以信使RNA為模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)的過程。即mRNA-蛋白質(zhì)2、場所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體思考：mRNA上的堿基是如何決定蛋白質(zhì)中的氨基酸的?請學(xué)生先答出組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類以及蛋白質(zhì)多樣性的原因?即:一般有20種；蛋白質(zhì)多樣性是由氨基酸種類、數(shù)

10、量、排列順序及空間結(jié)構(gòu)決定的。思考：氨基酸有20種，而mRNA只有四種堿基(A、G、C、U)，如何決定20種氨基酸呢?邏輯推理:一個堿基決定一個氨基酸，41=4，只能決定4種，不行；兩個堿基決定一個氨基酸，42=16，只能決定16種，不行；三個堿基決定一個氨基酸，43=64，能決定64種，足夠有余。提出：遺傳學(xué)上把mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基，叫做一個密碼子（遺傳密碼）（含起始碼、終止碼）1967年科學(xué)家們破譯了全部遺傳密碼子，并且編制出了我們現(xiàn)在課本P15，表6-1，20種氨基酸的這張密碼子表，引導(dǎo)學(xué)生觀察其中的密碼子具有怎樣的特點？共有64種密碼子，但只有61個能編碼控制種氨基

11、酸合成，另外3個密碼子（UAG、UAA、UGA）不編碼任何氨基酸，而是合成蛋白質(zhì)的終止信號又稱終止密碼。相當(dāng)于標(biāo)點符號中的句號。簡并性: 一種氨基酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定。如色氨酸只有UGG一個密碼子；如精氨酸有6個密碼子CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG專一性：一種密碼子只和一種氨基酸相對應(yīng)通用性：所有生物共用一套遺傳密碼子，例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達(dá)，反之亦然，這也是生物彼此間存在親緣關(guān)系的證據(jù)之一。不重疊性還有兩個密碼子AUG和GUG除了分別決定甲硫氨酸和擷氨酸外，還是翻譯的起始信號，遺傳學(xué)上將其稱之為起始密碼子。每一個mRNA上都有特定的起始密碼子和

12、終止密碼子。3、過程：RNA從細(xì)胞核經(jīng)核孔到細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合形成含個tRNA的結(jié)合位點 。 第一個一端攜帶特定種類氨基酸的tRNA進(jìn)入核糖體，另一端的三個相鄰的堿基（反密碼子）與RNA特定位置上能互補配對的三個相鄰的堿基（密碼子）進(jìn)行配對，進(jìn)入位點，從而使特定的氨基酸安放在特定的位置上。（補充：tRNA的結(jié)構(gòu)由于只有61種密碼子是對應(yīng)氨基酸的，所以tRNA也只有61種1種tRNA對應(yīng)1種氨基酸；1種氨基酸對應(yīng)16種轉(zhuǎn)運RNA。） 第二個攜帶氨基酸的tRNA的堿基與mRNA的堿基互補配對，進(jìn)入位點。兩個氨基酸脫水縮合，第一個氨基酸通過肽鍵轉(zhuǎn)移到位點的tRNA上。核糖體沿著mRNA移動，位點

13、的tRNA離開核糖體，位點的tRNA進(jìn)入位點，第三個攜帶氨基酸的tRNA的堿基與mRNA的堿基互補配對，進(jìn)入位點，繼續(xù)肽鏈的合成，直到讀取到mRNA的終止密碼為止。然后多肽鏈從RNA上脫離開來，再經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的某些細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等）的加工如盤曲折疊螺旋，最終合成具有一定氨基酸順序的，一定空間結(jié)構(gòu)的，具有生物功能的蛋白質(zhì)小結(jié)：4、條件： 模板：以mRNA為模板 原料：20種氨基酸 能量：ATP 酶：與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的酶系 工具：tRNA5、產(chǎn)物：多肽 蛋白質(zhì)6、特點：一個mRNA分子可以連續(xù)結(jié)合多個核糖體，進(jìn)行多肽鏈的合成7、有關(guān)計算：（1）基因模板鏈中的A+T（或G+C）與RNA分

14、子中的U+A（或C+G）相等（2）基因模板鏈中，則mRNA中（3）DNA分子中，則mRNA中（4）氨基酸：mRNA堿基數(shù)：DNA堿基數(shù)=1：3：6已知基因中堿基數(shù)，則最多能夠編碼氨基酸數(shù)=x/6已知蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)，則基因中含堿基數(shù)最少為=氨基酸×6由上述過程可以看出：DNA分子上的基因，其脫氧核苷酸的排列順序決定了mRNA中核糖核苷酸的排列順序， mRNA中核糖核苷酸的排列順序又決定了氨基酸的排列順序，氨基酸的排列順序最終決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的特異性，從而使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀。從另一角度講，基因的表達(dá)過程也反映出了遺傳信息的傳遞規(guī)律。三、遺傳信息的傳遞方向-信息流與中心法

15、則1、信息流在遺傳學(xué)上，把遺傳信息的流動方向叫做信息流。信息流的方向可以用科學(xué)家克里克提出的“中心法則”來表示。2、中心法則及其發(fā)展 （課本P17，中心法則圖解） 含義：中心法則體現(xiàn)了DNA的兩大基本功能.體現(xiàn)遺傳信息的傳遞功能：即以DNA為遺傳物質(zhì)的生物，進(jìn)行DNA復(fù)制遺傳信息從DNA流向DNA.體現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)功能：通過轉(zhuǎn)錄-遺傳信息從DNA流向RNA翻譯-遺傳信息從RNA流向蛋白質(zhì)的過程完成，發(fā)生于個體發(fā)育中中心法則的補充：以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物（極少數(shù)病毒）進(jìn)行:RNA的自我復(fù)制遺傳信息從RNA流向RNA逆轉(zhuǎn)錄遺傳信息從RNA流向DNA，此過程必須在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA，然

16、后整合到寄主細(xì)胞的DNA中，再轉(zhuǎn)錄合成mRNA四、比較復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯三個過程的差異： 復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯時間有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期生長發(fā)育的連續(xù)過程中場所（主）細(xì)胞核（少）線粒體和葉綠體細(xì)胞核核糖體原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸模板DNA的兩條鏈DNA中的一條鏈mRNA條件特定的酶和ATP等模板去向分別進(jìn)入兩個子代DNA分子中恢復(fù)原樣，與非模板鏈重新組成雙螺旋結(jié)構(gòu)分解成單個核苷酸特點邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，DNA雙鏈全保留一個mRNA上可連續(xù)結(jié)合多個核糖體，順次合成多肽鏈產(chǎn)物兩個雙鏈DNA分于mRNA、tRNA、rRNA蛋白質(zhì) （多肽鏈）意義復(fù)制遺傳

17、信息，使遺傳信息從親代傳給子代表達(dá)遺傳信息，使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀生物的一切性狀都是受基因控制的，個體發(fā)育的過程就是細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的結(jié)果五、基因?qū)π誀畹目刂?、一些基因是通過控制酶的合成來控制代謝的過程，從而控制生物的性狀。例如，正常人的皮膚、毛發(fā)等處的細(xì)胞中有一種酶，叫做酪氨酸酶，它能夠?qū)⒗野彼徂D(zhuǎn)變?yōu)楹谏?。如果一個人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶時，這個人的體內(nèi)就不能合成黑色素，而表現(xiàn)出白化病。（課本P17，圖6-11白化癥患兒）2、一些基因是通過控制組成生物體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來控制生物的性狀。（如課本P48頁中講到的鐮刀型細(xì)胞貧血癥。）3、特點：（1）不同細(xì)胞含有相同的基因，但不同的細(xì)胞選擇性表達(dá)不同的結(jié)果。例如，胰島細(xì)胞能表達(dá)出胰島素基因，但不能表達(dá)出血紅蛋白基因 （2）細(xì)胞內(nèi)基因順序性表達(dá)，同一細(xì)胞在不同時期表達(dá)不同的基因鞏固練習(xí)1、課后復(fù)習(xí)題2、填下列表格3. 某遺傳效應(yīng)的DNA片段有堿基960個，此片段轉(zhuǎn)錄、翻譯合成一條肽鏈，則此肽鏈在形成時應(yīng)脫去的水分子數(shù)為（ D ）A. 480 B. 240 C. 160 D. 1594. 某多肽鏈含有99個肽鍵，則控制合成該肽鏈的基因中的堿基數(shù)至少有（ D ）A. 297 B. 300 C. 594 D. 6005. 某信使RNA的堿基中，尿嘧