《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》的教學(xué)設(shè)計(jì)

范飛雪

摘 要： 基因控制蛋白質(zhì)的合成是在了解基因的概念及其基因、DNA和染色體三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步了解基因控制蛋白質(zhì)的合成從而控制性狀的實(shí)質(zhì)。本節(jié)內(nèi)容既能挖掘生命的本質(zhì)，又能架構(gòu)起微觀世界與宏觀世界間聯(lián)系的橋梁。

關(guān)鍵詞： 基因 蛋白質(zhì)和性狀 RNA和遺傳密碼 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.復(fù)習(xí)舊知識(shí)，導(dǎo)入新課

師：舉出動(dòng)植物和人體的幾種性狀的例子。提出問題：

Q1：性狀是由什么控制或決定的？（基因）

Q2：基因是什么？（具有遺傳效應(yīng)的DNA片段）

Q3：每個(gè)DNA分子上只有一個(gè)基因嗎？（有很多個(gè)基因）

Q4：染色體、DNA和基因三者間有何關(guān)系？（PPT圖示三者關(guān)系）

Q5：生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者和體現(xiàn)者是什么物質(zhì)？（蛋白質(zhì)）

師：性狀的形成離不開蛋白質(zhì)（特別是酶）的作用，性狀又是由基因決定的。科學(xué)家推測(cè)基因通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成來控制性狀，最終被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并將這一過程稱為基因的表達(dá)。

2.問題探討過渡，進(jìn)入基因表達(dá)——轉(zhuǎn)錄的學(xué)習(xí)

師：當(dāng)我們認(rèn)識(shí)到基因的本質(zhì)及作用后，能否利用這一認(rèn)識(shí)，分析現(xiàn)實(shí)生活中一些具體的問題呢？例如，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們能否像電影《侏羅紀(jì)公園》中描述的那樣，利用恐龍的DNA，使恐龍復(fù)活呢？

生：看圖、討論，提出問題。

師：如果能利用恐龍的DNA使恐龍復(fù)活，那么你認(rèn)為主要解決什么問題？

生：需要使恐龍DNA上的基因表達(dá)出來，表現(xiàn)恐龍的各種性狀和特性。

師：看來要解決這個(gè)問題，我們還需要對(duì)“基因的表達(dá)”有所了解。

Q1：DNA主要存在于哪里？（細(xì)胞核中）

Q2：蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所在哪里？（細(xì)胞質(zhì)中的核糖體中）

Q3：細(xì)胞核中的DNA上的基因是如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中核糖體里蛋白質(zhì)的合成的呢？二者之間是如何聯(lián)系起來的？

師：科學(xué)家推測(cè)，在DNA和蛋白質(zhì)之間，還有一種中間物質(zhì)充當(dāng)信使。后來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的確有這樣的物質(zhì)，它就是RNA。

Q：為什么RNA適合做DNA的信使呢？（這得從RNA分子結(jié)構(gòu)和種類分析）

師：分析P63圖4-2，分析DNA和RNA在基本組成單位的化學(xué)組分上的區(qū)分。

Q：①一定相同的成分是？②一定不同的成分是？③有相同也有不同的成分是？

師：分析P63圖4-3，分析三種RNA的結(jié)構(gòu)及功能。RNA是另一類核酸，分子結(jié)構(gòu)與DNA很相似，可以儲(chǔ)存遺傳信息。RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。

Q：了解了RNA的分子結(jié)構(gòu)、種類及功能后，那你知道為什么RNA就適合做DNA的信使呢？

（分子結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存遺傳信息；分子量較小，易通過核孔轉(zhuǎn)移遺傳信息）

板書：基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（基因的表達(dá)）

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

1.RNA分子的結(jié)構(gòu)層次：化學(xué)元素組成—基本組成單位—RNA單鏈結(jié)構(gòu)—RNA的種類及功能

師：DNA的遺傳信息是怎么傳給mRNA的？

師：觀察教材P63圖4-4，引導(dǎo)學(xué)生分析。結(jié)合PPT內(nèi)容分步理解轉(zhuǎn)錄過程。

利用Flash課件使轉(zhuǎn)錄過程動(dòng)態(tài)化、連續(xù)化。

師生：歸納總結(jié)。

板書：2轉(zhuǎn)錄：A-U、T-A、C-G、G-C

（1）定義：以DAN的一條鏈（某基因的一條鏈）為模板

（2）場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核中（次要場(chǎng)所是）

（3）條件：模板原料：四種游離在核基質(zhì)中的核糖核苷酸酶：解旋酶、RAN聚合酶（與DNA聚合酶的區(qū)分）能量：直接供能物質(zhì)：ATP

（4）特點(diǎn)：邊解旋邊轉(zhuǎn)錄

（5）產(chǎn)物及去向：mRNA，穿核孔到細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合

（6）結(jié)果：遺傳信息從DNA→mRNA

過渡：轉(zhuǎn)錄使編碼某種蛋白質(zhì)的一個(gè)基因中的遺傳信息轉(zhuǎn)移至了mRNA的堿基序列里。但實(shí)質(zhì)上只是把基因中的堿基序列轉(zhuǎn)變成了mRNA中的堿基序列，有合成蛋白質(zhì)嗎？（沒有）看來基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成還未完成。今天繼續(xù)第二階段的學(xué)習(xí)。

回憶：1.轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物mRNA的去向是？（穿核孔至細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合）

2.核糖體的功能是？（合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所）

3.把細(xì)胞比作一個(gè)小工廠，細(xì)胞核里的DNA相當(dāng)于廠長，那mRAN相當(dāng)于廠長下達(dá)的生產(chǎn)命令。核糖體相當(dāng)于生產(chǎn)蛋白質(zhì)的機(jī)器。mRNA和核糖體的結(jié)合相當(dāng)于什么？（生產(chǎn)機(jī)器按照廠長命令啟動(dòng)生產(chǎn)工序）

師：我們將生產(chǎn)蛋白質(zhì)的機(jī)器——核糖體以mRNA為模板，利用細(xì)胞質(zhì)中游離的各種氨基酸合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程叫做翻譯。

過渡：mRNA上的堿基序列能轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序意味著mRNA的堿基和氨基酸間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系是怎樣的？

回憶：組成RNA的堿基有哪幾種？組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸約有幾種？

Q：mRNA中的4種堿基是怎樣決定構(gòu)建蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？推測(cè)：

如果1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，那4種堿基只能決定4種氨基酸。顯然不夠。

如果2個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，最多能決定多少種氨基酸？（16種）

如果3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸呢？（64種）4個(gè)堿基呢？（256種）

師：推測(cè)只是破譯遺傳密碼過程中的一步。后來科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)破譯了遺傳密碼，獲知mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸，每3個(gè)這樣的堿基稱作1個(gè)密碼子。并將決定20種氨基酸的遺傳密碼子編制成了密碼子表。看教材P65表4-120種氨基酸的密碼子表。

Q：密碼子是誰的堿基構(gòu)成的？每幾個(gè)堿基構(gòu)成一個(gè)密碼子？

師：用表示3個(gè)堿基的3個(gè)字母表示密碼子。所以密碼子表中的第一、二和三個(gè)字母表示組成一個(gè)密碼子的三個(gè)堿基。

Q1：密碼子GCA決定的是哪種氨基酸呢？（學(xué)生說明快速查表方法，1、2確定方格，3確定具體位置）色氨酸的密碼子是？（UGG）

回答：教材P65思考與討論1。

Q2：密碼子表中共有多少個(gè)（種）密碼子？能決定氨基酸的密碼子有幾個(gè)？不能決定氨基酸的是什么密碼子？根據(jù)名稱推想起始、終止密碼子的作用是？（起始密碼子除了可以起始翻譯活動(dòng)外，還可以決定氨基酸）

Q3：20種氨基酸被61個(gè)密碼子決定，意味著氨基酸和密碼子間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是什么？

師：回答導(dǎo)學(xué)案P37合作探究5（1）問題。

師：引用教材P65思考與討論2、3，說明密碼子簡并性的意義（增強(qiáng)了密碼子的容錯(cuò)性）及另一個(gè)特點(diǎn)：通用性。

板書：二、遺傳信息的翻譯

1.密碼子實(shí)質(zhì)：mRNA上三個(gè)相鄰堿基種類普通密碼子：決定氨基酸起始密碼子：決定氨基酸、起始信號(hào)終止密碼子：終止信號(hào)？搖與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系：①②

特點(diǎn)：①簡并性②通用性

過渡：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后與核糖體結(jié)合，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。那游離在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸是如何被運(yùn)送到這個(gè)“生產(chǎn)線”上的呢？（“搬運(yùn)工”tRNA）

Q1：tRNA的基本組成單位是？是由三個(gè)核糖核苷酸構(gòu)成的嗎？為什么三葉草形的tRAN一端只標(biāo)注出了三個(gè)堿基？（這三個(gè)堿基構(gòu)成了一個(gè)反密碼子）所以反密碼子的位置是？

Q2：tRNA除了能搬運(yùn)氨基酸外，還有什么功能？（與密碼子堿基互補(bǔ)配對(duì)，即識(shí)別密碼子。因而叫反密碼子）識(shí)別密碼子時(shí)的堿基互補(bǔ)配對(duì)配對(duì)原則是？那么思考tRAN有幾種？

師：看來tRNA可是個(gè)復(fù)合型人才哦（腦、體力勞動(dòng)能力兼具）。

完善上面板圖，明晰tRAN和氨基酸間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

填寫導(dǎo)學(xué)案P36自主學(xué)習(xí)2密碼子與反密碼子比較表格。

板書：二、遺傳信息的翻譯

2.tRNA-反密碼子tRAN功能tRAN種類與氨基酸對(duì)應(yīng)關(guān)系反密碼子實(shí)質(zhì)

師：觀察教材P66圖4-6翻譯的過程示意圖。問題引領(lǐng)，看圖分步講解、認(rèn)識(shí)翻譯的過程。

在能量的驅(qū)動(dòng)下，攜帶氨基酸的tRNA移動(dòng)至核糖體，通過反密碼子與密碼子的堿基互補(bǔ)配對(duì)將攜帶的氨基酸安放至特定位置。核糖體讀取mRNA上的下一個(gè)密碼子。

Q1：是核糖體沿著mRNA移動(dòng)還是mRNA在核糖體里穿梭？（前者）

Q2：翻譯的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別是？（起始、終止密碼子）

師：請(qǐng)大家想象這個(gè)幾乎每時(shí)每刻都在細(xì)胞里發(fā)生的過程。（1min）

來看一個(gè)翻譯過程的動(dòng)態(tài)演示，是否符合你們的想象？

師：翻譯的基本過程可以概括成三步驟：起始—延伸—終止。

Q1：通過翻譯合成的多肽鏈?zhǔn)浅袚?dān)生命活動(dòng)的蛋白質(zhì)嗎？多肽轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)需要經(jīng)過？

Q2：怎樣使少量mRNA分子短時(shí)間里合成出大量蛋白質(zhì)呢？（一個(gè)mRNA結(jié)合多個(gè)核糖體）判斷教材P67圖中哪個(gè)是最先結(jié)合上去的核糖體？（最右邊）

Q3：轉(zhuǎn)錄和翻譯與之前學(xué)習(xí)的DNA的復(fù)制過程有何不同點(diǎn)？填寫導(dǎo)學(xué)案P36表格。

結(jié)語：通過學(xué)習(xí)我們認(rèn)識(shí)到基因的表達(dá)需要DNA、mRNA、核孔、核糖體、tRNA、氨基酸和線粒體等眾多物質(zhì)、結(jié)構(gòu)的參與和相互配合才能有序、有效地完成。它們用行動(dòng)印證了“沒有完美的個(gè)人，只有優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)”。

板書：二、遺傳信息的翻譯

3.翻譯：（起點(diǎn)和終點(diǎn)）mRAN的密碼子與tRNA的反密碼子

（1）定義：以mRNA為模板

（2）場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體中

（3）條件：模板：mRNA原料：20種游離的氨基酸運(yùn)輸工具：tRNA酶和能量

（4）產(chǎn)物及去向：直接產(chǎn)物：多肽鏈 蛋白質(zhì)

（5）結(jié)果：遺傳信息得以表達(dá)

參考文獻(xiàn)：

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