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第四章 基因的表達(dá)
第一節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成
【教學(xué)目標(biāo)】
1.概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。
2.闡明中心法則的具體內(nèi)容。
3.掌握堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。
【教學(xué)重難點】
教學(xué)重點
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯
教學(xué)難點
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯
【教學(xué)步驟】
1.新課導(dǎo)入
教師：展示《侏羅紀(jì)公園》這一電影的片段或圖片，激發(fā)學(xué)生興趣。講解電影中復(fù)活的恐龍都是科學(xué)家利用提取的恐龍DNA還原而來的。
教師：那么，從原理上分析，利用已經(jīng)滅絕生物的DNA，真的能夠使他們復(fù)活嗎？
教師：一種生物的整套DNA中儲存著該種生物生長、發(fā)育等生命活動所需的全部遺傳信息，也可以說是構(gòu)建生物體的藍(lán)圖。但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復(fù)雜的基因表達(dá)及調(diào)控過程才能實現(xiàn)。因此，在可預(yù)見的將來，利用DNA來使滅絕的生物復(fù)活仍是難以做到的。
教師：DNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，蛋白質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)中合成的。從DNA到蛋白質(zhì)又經(jīng)歷了哪些過程呢？
2.新課講授
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
教師：基因是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的？首先我們要學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄。
教師：DNA和蛋白質(zhì)之間還存在一種中間物質(zhì)當(dāng)信使——RNA。
教師：通過講解RNA的結(jié)構(gòu)特點講解RNA能夠通過核孔，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。也可擴(kuò)展DNA和RNA的區(qū)別。
教師：講解RNA的種類：mRNA、tRNA和rRNA。講解他們的名稱及作用。
教師：有了中間的信使，那么遺傳信息是怎樣傳給RNA的呢？（這個過程就稱為轉(zhuǎn)錄）
教師：講解轉(zhuǎn)錄的概念以及過程：
①DNA雙螺旋解開，DNA雙鏈的堿基得以暴露，其中一條鏈提供準(zhǔn)確模板；
②游離的核苷酸隨機(jī)地與DNA鏈的堿基碰撞，當(dāng)核苷酸的堿基與DNA的堿基互補(bǔ)時，兩者以氫鍵結(jié)合；
③新結(jié)合的核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上；
④合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復(fù)。
教師：回顧DNA復(fù)制的過程，展示課本思考 討論的問題，并講解：
1.轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都需要模板、都遵循堿基互補(bǔ)配對原則等。其中，堿基互補(bǔ)配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。
2.DNA復(fù)制所需要的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；轉(zhuǎn)錄所需要的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
3.轉(zhuǎn)錄時，游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對。因此，轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補(bǔ)配對的關(guān)系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列的區(qū)別是RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)在非模板鏈上的堿基是T。
遺傳信息的翻譯
教師：那么怎樣從RNA到蛋白質(zhì)的？這就是翻譯的過程。翻譯的實質(zhì)就是講mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。
教師：要想知道m(xù)RNA是怎樣翻譯成蛋白質(zhì)的，首先也要尋找mRNA和蛋白質(zhì)之間的對應(yīng)關(guān)系。
教師：講解mRNA的4種堿基如何決定21種氨基酸。那么一種氨基酸至少需要3個堿基決定。
教師：科學(xué)家破解了遺傳密碼，mRNA上的3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個堿基叫做一個密碼子。
教師：展示21種氨基酸的密碼子表，并講解注意的內(nèi)容。
教師：那么密碼子有什么特點？
教師：講解思考 討論的問題：
1.可以從增強(qiáng)密碼子容錯性的角度來解釋，當(dāng)密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應(yīng)的氨基酸；也可以從密碼子的使用頻率來考慮，當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。
2.提示：根據(jù)這一事實能想到地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼，說明當(dāng)今生物可能有著共同的起源，或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，等等。
教師：引導(dǎo)學(xué)生思考：氨基酸是在什么場所合成的？（核糖體）
教師：RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，就與蛋白質(zhì)的“裝配機(jī)器”一核糖體結(jié)合起來，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。有了“生產(chǎn)線”，還要有“工人”，才能生產(chǎn)產(chǎn)品。那么，游離在細(xì)胞質(zhì)的氨基酸是怎樣運送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的呢？也是說這個“工人”是誰呢？
（RNA）
教師：展示tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖，特別注意反密碼子讀取的方向。（從攜帶氨基酸的那一端開始讀取）
教師：轉(zhuǎn)運RNA種類很多，但每種轉(zhuǎn)運RNA只能識別并轉(zhuǎn)運1種氨基酸。這是因為在轉(zhuǎn)運RNA的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基，能專一性地與信使RNA上的特定的3個堿基（即密碼子）配對。
教師：利用課件展示翻譯的具體過程。
教師：總結(jié)翻譯的實質(zhì)：將RNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)中的氨基酸序列。
教師：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)基因的堿基、RNA的堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系：基因的堿基∶mRNA的堿基∶氨基酸=6∶3∶1。
中心法則
教師：從信息傳遞的角度來看，基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，就是遺傳信息從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)的過程。隨后的研究，科學(xué)家對此進(jìn)行了補(bǔ)充，少數(shù)生物的遺傳信息可以從RNA流向DNA，即RNA指導(dǎo)DNA的合成，由于與轉(zhuǎn)錄過程中信息流動的方向相反，故成為逆轉(zhuǎn)錄。
教師：指導(dǎo)學(xué)生用流程圖畫出基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過程并講解。
教師：在遺傳信息的流動過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物，而ATP為信息的流動提供能量，可見，生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。
【板書設(shè)計】
4.1 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成
一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
過程：解旋→配對→連接→釋放
二、遺傳信息的翻譯
三、中心法則

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