基因控制蛋白質(zhì)的合成教學設計

1、教 學 設 計課題第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第三節(jié) 基因控制蛋白質(zhì)的合成課型新授課教學目標知識目標：1說明基因和遺傳信息的關(guān)系。2. 概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。技能目標：通過對新知識的探求過程，培養(yǎng)學生分析、比較、判斷、綜合思維能力。情感目標：認同事物的現(xiàn)象是由本質(zhì)決定的辯證唯物主義觀點。教學重點難點基因控制蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程。 教學準備自制PPT、教學案、有關(guān)轉(zhuǎn)錄和翻譯的FLASH。教 和 學 的 過 程教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動（第1課時）導入新課（由性狀、DNA、基因的關(guān)系引入新課“基因控制蛋白質(zhì)的合成”。）（通過步步設疑，層層深入， 引言：有一位哲人說過：“世界上找不到兩片

2、完全相同的葉片。”從生物學的角度來看，性狀的不同和決定性狀的蛋白質(zhì)有關(guān)。那么，蛋白質(zhì)是怎么合成的呢？思考：1.性狀是由什么控制的?（遺傳物質(zhì)，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。）2.DNA分子是怎樣控制遺傳性狀的？3.基因與DNA的關(guān)系是什么? 每個DNA分子上只有一個基因嗎? 質(zhì)疑：針對思考題2質(zhì)疑生物體細胞核中染色體和DNA分子數(shù)是恒定的，而生物的性狀卻是多種多樣的，DNA如何控制這么多性狀？講述：一條染色體上的一個DNA分子肯定會控制很多很多性狀。引出基因概念。討論：對于基因大家并不陌生，請你談談對基因的認識。激發(fā)學習的興趣?；貞浥f知識說出DNA控制性狀。根據(jù)以往的知識基礎(chǔ)，說出是DNA上的許多基

3、因控制狀性。自由發(fā)言，說出對基因的認識。教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動引導學生積極思考，解讀基因的概念，達到共識，培養(yǎng)學生的分析、綜合能力。） 從基因到蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄（利用FLASH動畫，引導學生自己發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄的機制，并能進行概述。讓抽象的概念直觀化，促進學生的理解。）概念解讀：1.基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位。2.基因是有遺傳效應的DNA片段。3.基因在染色體上呈線性排列。由于DNA分子是線性結(jié)構(gòu)，基因作為具有遺傳效應的DNA分子片斷，在DNA分子上是呈直線排列的。但是DNA分子并不是所有的片斷都具有遺傳效應，所以基因在DNA分子上的排列是間斷的，不是連續(xù)排列的。小結(jié)：每個基因有

4、特定的脫氧核苷酸排列順序，它代表著遺傳信息。（每一條染色體只含有一個DNA分子，每個DNA分子上有很多個基因，每個基因又可以含有成百上千個脫氧核苷酸，由于不同基因的脫氧核苷酸的排列順序不同，因此不同的基因就含有不同的遺傳信息。）基因的遺傳表達是通過基因控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)的。引出課題。提問：我們知道，DNA主要存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細胞質(zhì)中的核糖體上進行的。那么，DNA所攜帶的遺傳信息是怎樣傳遞到細胞質(zhì)中去的呢？講述：這需要通過RNA作為媒介。在細胞核內(nèi)，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對的原則合成RNA的過程。播放FLASH：轉(zhuǎn)錄。你們有沒有發(fā)現(xiàn)什么？講解：邊分步驟演示邊

5、講解。DNA在有關(guān)酶的作用下解旋，然后以模板DNA雙鏈中的一條為模板，以周圍環(huán)境中游離的4種核糖核苷酸為原料，進行堿基互補配對（DNA與RNA的堿基互補配對：AU；TC；CG；TA）。組成 RNA 的核糖核苷酸一個個連接起來，形成mRNA鏈，DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上。在合成mRNA以后DNA分子又恢復原樣。比較：DNA與RNA的不同點。（略）小結(jié)：1. DNA轉(zhuǎn)錄的場所在細胞核內(nèi)。 把自己的認識和老師的精講結(jié)合起來理解，對基因的概念達成共識。 觀看FLASH發(fā)現(xiàn)，直觀發(fā)現(xiàn)在以DNA為模板合成RN時，以U代替T與A配對。 教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動遺傳密碼（引導學生利用已有的數(shù)

6、學方法推測氨基酸種類數(shù)，讓學生自己嘗試推測密碼子的堿基數(shù)與氨基酸的對應關(guān)系。培養(yǎng)學生的聯(lián)想、推理能力，注意學科間的滲透。）（引導學生閱讀積極思維中的實驗，親歷科學家的探究過程，從而自主構(gòu)建有關(guān)遺傳密碼的知識。）2.合成時作為模板的僅是DNA雙鏈中的一條鏈。3.模板DNA的核苷酸順序與mRNA的核苷酸順序是互補的，所以DNA所儲存的遺傳信息可以準確無誤地傳遞給mRNA。講述：當沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA分子雙螺紋結(jié)構(gòu)以后，破譯遺傳密碼成了科學界一個重大的研究課題。質(zhì)疑：RNA只有4種不同的堿基（A、U、G、C），而蛋白質(zhì)含有常見氨基酸20種。那么怎樣把RNA的遺傳信息翻譯成20種氨基酸呢？思考：每

7、種氨基酸可能由A、U、G、C中的幾個堿基決定？講述：用3個堿基的組合作為遺傳密碼，代表1個氨基酸。但是，上述觀點僅僅是一種假設，必須要用實驗來證明。為此，1964年美國科學家設計了一個獨特的實驗：閱讀：積極思維“遺傳密碼是怎樣破譯的？”能說出實驗過程。講解：用僅僅含有單一堿基的尿嘧啶（U），做試管內(nèi)合成蛋白質(zhì)的研究。這個實驗只用了含有單一堿基U的特殊RNA。這樣，就得到了只有UUU編碼的RNA。把這種RNA放到和細胞內(nèi)相似的溶液里，如果上述觀點正確，應該得到由單一一種氨基酸組成的蛋白質(zhì)。分析：上述科學家的實驗能夠說明什么問題？小結(jié)：和科學家的預想一樣，這樣合成的蛋白質(zhì)中，只含有苯丙氨酸。于是，

8、人們了解了第一個蛋白質(zhì)的密碼：UUU對應苯丙氨酸。說明多聚U可以控制苯丙氨酸的合成。這是人類破譯的第一個遺傳密碼。講述：遺傳學上把mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基，叫做一個“遺傳密碼子”。讀圖：P69的“20種氨基酸的遺傳密利用已有的數(shù)學方法推算，明確：1種堿基決定1個氨基酸，則只決定4種氨基酸。（不可行。）2種堿基決定1個氨基酸，則可決定42=16種。（不可行）3種堿基決定1個氨基酸，則可決定43=64種。（可行）積極參與分析，親歷科學家的探究思路。對實驗內(nèi)容進行推理，引導學生得出mRNA上的堿基排列順序為遺傳密碼的結(jié)論。教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動翻譯（引導學生讀圖，訓練學生將

9、圖群科學的分割，并從圖中獲取有效信息。在此基礎(chǔ)上，利用FLASH播放和分步驟演示精講翻譯的過程。）碼子表”。教學生學會看圖。 練一練：1.一個密碼子可以決定幾種氨基酸？2.一個氨基酸可以有幾個密碼子？3.看表回答： ACU代表_；CGU代表 _ _； 起始密碼_；終止密碼_ _； 講解：大多數(shù)的氨基酸都有兩種以上的密碼子。其中AUG是真核細胞惟一的起始密碼子。而UAA、UAG、UGA三個密碼子不編碼任何氨基酸，在這些密碼子的地方，肽鏈合成停止，蛋白質(zhì)合成停止，因此稱為終止密碼子。 由于遺傳密碼的破譯，探索基因控制蛋白質(zhì)合成的研究也取得了進展。轉(zhuǎn)錄后的mRNA上的遺傳密碼如何被翻譯成蛋白質(zhì)？ 播

10、放FLASH：翻譯的過程。 介紹：核糖體是活細胞中合成蛋白質(zhì)的工廠，mRNA分子是藍圖，而把蛋白質(zhì)的原料20種氨基酸搬到工廠核糖體那兒，并且按照藍圖mRNA把氨基酸一個個排列起來的是轉(zhuǎn)運RNA。每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。tRNA的一端攜帶氨基酸，另一端有3個堿基，這3個堿基只能專一性地與mRNA上特定的3個堿基配對。閱讀：書P70蛋白質(zhì)合成的圖群，概述翻譯過程。演示：邊分步演示，邊講解：起始階段：mRNA通過核孔進入細胞質(zhì)，與核糖體相結(jié)合。轉(zhuǎn)運RNA運載著一個氨基酸進入核糖體以后，就以信使RNA為模板，按照堿基互補配對原則，把轉(zhuǎn)運來的氨基酸放在相應的位置。延伸過程：轉(zhuǎn)運RNA離開核

11、糖體，又去運下一個氨基酸。這些運載來的氨基酸通過肽鍵一個個連接起來，形成肽鏈，不斷延伸。終止階段：核糖體沿著mRNA移動，一旦遇到終止密碼，翻譯即自行結(jié)束。學會看“20種氨基酸的遺傳密碼子表”，為下面學習翻譯奠定基礎(chǔ)。對翻譯有初步認識。觀看FLASH，發(fā)現(xiàn)有一個個來回搬運氨基酸的結(jié)構(gòu)。了解tRNA的功能。仔細閱讀書P70的示意圖，并結(jié)合文字敘述讀圖。教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動（引導學生歸納翻譯的概念、場所、原料、過程，從而加深對蛋白質(zhì)合成過程的理解。）肽鏈合成以后，從核糖體上脫離，再經(jīng)過一定的盤曲折疊，最終合成一個具有一定功能的蛋白質(zhì)分子。播放FLASH：基因控制蛋白質(zhì)合成全過程，請同學

12、復述。歸納：翻譯概念：在細胞質(zhì)中,以mRNA為模板,合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。場所：細胞質(zhì)內(nèi)核糖體上模板：mRNA條件：tRNA、酶原料：氨基酸產(chǎn)物：多肽鏈過程：起始、延伸、終止DNAmRNAtRNA蛋白質(zhì)性狀例題：DNA雙鏈TT信使RNAU轉(zhuǎn)運RNAG氨基酸遺傳密碼算一算：蛋白質(zhì)合成過程中，基因堿基數(shù)、信使RNA堿基數(shù)、蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的比例關(guān)系6：3：1。例題：一條多肽鏈中有氨基酸1000個,則作為合成該多肽鏈模的信使RNA分子和用來轉(zhuǎn)錄信使RNA的DNA分別至少有堿基( D ) A.3000個和3000個 B.1000個和2000個 C.2000個和4000個 D.3000

13、個和6000個觀看FLASH，并復述轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，鞏固所學知識，并進行歸納總結(jié)。教學反思教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動（第2課時） 中心法則（補充有關(guān)中心法則的內(nèi)容，充分利用中心法則圖解，引導學生看圖說出遺傳信息流的方向，對RNA復制和逆轉(zhuǎn)錄過程進行補充講解，再輔以習題訓練。）基因?qū)π誀畹目刂疲ㄍㄟ^例題的分析，引導學生認識到基因的選擇性表達，與必修一細胞分化的實質(zhì)相聯(lián)系，注意新舊知識的銜接。） 復習提問：轉(zhuǎn)錄和翻譯的相關(guān)內(nèi)容（略）。 講述：在遺傳學上，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家克里克提出的“中心法則”來表示。 出示：中心法則圖解。 提問：你能根據(jù)中心法則的圖解，

14、說出其中的遺傳信息流動方向嗎？ 介紹：在某些病毒中，RNA也可以自我復制?？茖W家還發(fā)現(xiàn)在一些病毒蛋白質(zhì)的合成過程中，RNA可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA。逆轉(zhuǎn)錄過程及以及RNA自我復制過程的發(fā)現(xiàn)，補充和發(fā)展了“中心法則“，使之更加完整。 小結(jié)：DNA的復制：DNADNA（以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物的DNA自我復制。）DNA的轉(zhuǎn)錄：DNARNA（細胞核中的轉(zhuǎn)錄過程。）翻譯：RNA蛋白質(zhì)（細胞質(zhì)的核糖體上的翻譯過程。）RNA的復制：RNARNA（以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物的RNA自我復制。）RNA逆轉(zhuǎn)錄：RNADNA（少數(shù)病毒在其宿主細胞中的逆轉(zhuǎn)錄過程。） 例題：見學案。 引言：生物的一切遺傳性

15、狀都是受基因控制的。個體發(fā)育過程中產(chǎn)生的眾多體細胞均來自同一受精卵的有絲分裂，因而含有相同的遺傳物質(zhì)或基因，但生物體不同部分細胞表現(xiàn)出的性狀不同，這是為什么？ 例題：人的胰島細胞能產(chǎn)生胰島素，但不能產(chǎn)生血紅蛋白，據(jù)此推測胰島細胞中( C ) A.只有胰島素基因 B.比人受精卵的基因要少 C.既有胰島素基因，也有血紅蛋白基 對照中心法則說出DNA的復制，DNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯。 通過習題演練加深對中心法則的理解。積極思維，與必修一中的細胞分化實質(zhì)相聯(lián)系，進一步理解基因的選擇性表達。教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動 （利用學生較為熟悉的白化病介紹基因表達的特點，貼近學生的日常生活，能激發(fā)學生的探求知識

16、的欲望。） 人類基因組計劃因和其他基因 D.有胰島素基因和其他基因，但沒有血 紅蛋白基因 小結(jié)：雖然不同的細胞含有相同的基因，但不同的細胞表達不同的基因，即選擇性表達。出示：白化病患者圖片白化病患者表現(xiàn)出毛發(fā)白色、膚色呈淡紅色、畏光等癥狀。 介紹：正常人的皮膚、毛發(fā)等外的細胞中有一種酶，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，那么這個人就不能合成黑色素，而表現(xiàn)出白化病癥狀。 小結(jié)：基因?qū)π誀畹目刂仆?jīng)過一系列的代謝過程，而代謝過程中的每一步化學反應都需要酶來催化。因此一些基因就通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀的。 出示：正常紅細胞與

17、鐮刀型細胞貧血癥紅細胞比較圖。 介紹：正常人的紅細胞是圓餅狀的，如果一個人的控制血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)的基因不正常，這個人就會合成結(jié)構(gòu)異常的血紅蛋白而引起疾病。鐮刀型細胞貧血癥患者紅細胞是彎曲的鐮刀狀的。這樣的紅細胞容易破裂，使人患溶血性貧血，嚴重時會導致死亡。 小結(jié)：以上是基因控制性狀的另一種情況，是通過控制蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來直接影響性狀。引言：你知道被喻為人類生命科學史上一次偉大的登月行動，與“曼哈頓原子彈計劃”“阿波羅登月計劃”并稱為人類自然科學史上的三大計劃的是什么計劃？ 交流：你對人類的基因組計劃有哪些認識？ 自學：閱讀書上相關(guān)內(nèi)容。白化病是學生較為熟悉的，能說出相應癥狀，對病因有強烈的探

18、知欲望。理解基因表達的特點。初步認識鐮刀型貧血癥，并為下一節(jié)基因的突變做準備。 說出人類的基因組計劃。自由發(fā)言，把平時積累知識與全班同學分享。教學內(nèi)容設計意圖教師活動學生活動（通過學生的自由發(fā)言，了解學生對人類的基因組計劃認識程度，在此基礎(chǔ)上，引導學生帶著問題閱讀書本內(nèi)容。）（介紹人類基因組計劃繪制的四張圖，特別是“轉(zhuǎn)錄”圖，書上并未做介紹，但有必要對學生交待，利于知識的完整性。）考考你：閱讀填寫。1.人類基因組就是22條常染色體、1條X染色體和1條Y染色體，共24條染色體上DNA的總和。人類基因組計劃研究的任務就是把人類基因組全部基因的核苷酸對的排列順序定位在染色體上，并進行基因功能的研究。

19、2.人類基因組計劃的主要內(nèi)容包括繪制人類四張圖，即遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。 出示：人類的染色體圖解，指導學生會分辨X和Y染色體。 講述：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)大概是20世紀生命科學最最偉大的突破。那么A、T、C、G四種不同的堿基，構(gòu)成了紛繁復雜的遺傳學語言，生命信息的最基本的符號。這個最基本的符號實在是讓我們感到非常簡單。大自然就用這四種簡單的字符，組成了讓我們嘆為觀止的大千世界的無數(shù)生命的多樣性的現(xiàn)象。人類基因組DNA序列圖的繪制工作，可以做這樣的比喻：假說人們只穿4種顏色的衣服，紅、黃、白、黑，“人類基因組計劃”就相當于把世界上30億人所穿的衣服都搞清楚，而且注明位置順序，如所在的國家、城市、街道、樓房、房間。介紹：用圖4-15對人類基因組繪制的四個圖進行詳細介紹。遺傳圖：遺傳圖是指基因或DNA標記在染色體上以遺傳距離表示相對位置的圖，又稱為連鎖圖。物