基因控制蛋白质的合成概要

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1、基因控制蛋白质的合成教学目标1.知识目标(1) 知道信使RNA和转移RNA的结构和功能(2) 理解基因控制蛋白质合成的过程和原理，理解转录和翻译的概念。(3) 理解遗传密码和密码子的概念。(4) 理解“中心法则”的概念。 2能力目标(1) 通过基因控制蛋白质合成的教学，培养学生对碱基互补配对规律的应用能力；(2) 通过对实验结果的分析，培养学生推理能力和分析能力；(3) 通过对转录和翻译过程的观看和总结，培养学生的观察能力和综合能力。 3情感目标(1) 通过实验推导蛋白质合成过程，让学生体验科学发现过程;(2) 培养学生探究科学的兴趣；通过分析科学实验过程，培养学生严谨的科学态度。 教学重点:

2、基因控制蛋白质合成的过程和原理转录和翻译教学难点(1)遗传密码概念的阐述(2)遗传信息的传递规律(3) 基因控制蛋白质合成的过程 教学用具：多媒体电脑、投影 教学方法：讲述、演示、讨论课时安排：2 课时教学内容教师组织和引导复习引入提问：对于大多生物来说，主要的遗传物质是什么？ 提问：是不是整条DNA分子都具有遗传效应呢？ 提问：基因是通过控制哪种物质的合成来控制性状的？基因DNA分子是怎样控制遗传性状的呢？现代遗传学的研究认为，基因是决定生物性状的 基本单位。那么，基因与DNA有什么关系呢？1.基因是有遗传效应的DNA片段讲述：每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多基因，基因是什

3、么？ (1)基因的概念：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是 有遗传效应的DNA片段。此概念有三个要点：基因是有遗传效应的DNA片段这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应(指具有复制、转录、翻译、 重组突变及调控等功能)。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的 DNA片段就不是基因。 基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位举例:豌豆高茎基因控制咼的性状；豌豆矮茎基因控制矮的性状， 紫茉莉红花的基因控制红花性状，开红花。狗的直毛有直毛基因控制；人的黑发有黑发基因控制。 基因是控制性状的遗传物质的结构单位控制某种性状的基因有特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信

4、息，可以切除，可以 拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状的表达，故基因是结构单位。例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。（2）基因的位置：染色体是基因的载体，基因在染色体上呈直线排列。问：那么，构成DNA的基本单位是什么？学生答出：脱氧核苷酸。又问：有几种脱氧核苷酸？学生回答：4种（它们分别是：略）（3）基因的化学组成：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。讲述：基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。例如：白花基因有特定的脱氧 核苷酸排列顺序，这样特定的排列顺序就代表白花的遗传信息。上一代传给下一代的 是遗传信息而不是白花的本身，在卜一代就可以将白花遗传信息

5、表达为白花。（4）基因不冋的实质：不冋的基因，四种脱氧核苷酸的排列顺序不冋，但是每 个基因都有特定的排列顺序设问：基因到底是怎样控制蛋白质合成的呢？它所蕴含的遗传信息是以怎样的方 式反映到蛋白质的分子结构上去的，进而体现出生物的性状的呢？过渡：提问：1. 蛋白质合成的场所在哪里？2. 基因（遗传信息）主要存在于细胞的哪个部分？设问：基因作为遗传物质，要在数量上和性质上保持稳定，是不能从核里出来的。那 么细胞核里的基因是怎么控制细胞核外的蛋白质合成的呢？指导：科学家也的确想到了 RNA,因为他们发现，RNA普遍存在于各种细胞中， 而且在细胞核内外都有这种物质的存在。DNA与蛋白质合成有关，基因也

6、与蛋白质 形成有关，而RNA又能从细胞核进入细胞质，那么，RNA就能充当起联系基因与蛋 白质之间的“信息传递者”了。转录（动画演示，冋时教师介绍DNA、核糖核苷酸、模板、酶）提问：从演示中你能否看出，RNA是根据什么合成的？即RNA合成的模板是什么？ 提问：刚才我们看到，RNA是一条链，DNA是两条链，RNA是根据DNA的哪条 链合成的呢？板书：我们把DNA和RNA放大看一看。上边1链，下边2链，RNA是根据哪条链合成的？ 你是怎么看出来的？讲述：也就是说RNA是根据基因的一条链合成的。基因的这条链就称为有义链（或 信息链）。根据基因的有义链合成RNA的过程，就称为转录。板书：基因一RNA这条

7、RNA将会进入细胞质知道蛋白质的合成，起了“信使”的作用，所以把RNA称 为信使 RNA （mRNA）o讲述：DNA上的碱基排列顺序决定了 RNA上碱基的排列顺序，这样，基因上的遗传 信息也就传递给了 RNA提问：请大家小结一下转录的场所、需要的条件、产物及形成RNA时需要遵守 的原则？第二课时设问：转录后RNA如何将遗传密码进行传递，并最终控制蛋白质的合成呢？ 首先，信使RNA （mRNA）在核内形成后通过什么途径进入细胞质呢？ RNA到细胞 质中与什么结构结合？翻译翻译a.概念：是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。b场所：mRNA经核孔进入细胞质中与核糖体结合。C.

8、信息传递方向：mRNA定结构的蛋白质。氨基酸有20种，mRNA有四种核苷酸，四种碱基A、G、C和U是如何决定20种氨 基酸的呢？和同学一起讨论（用排列组合）：如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定4种，即屮=4不可以如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定16种，即 阳= 不可以如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定64种，即牢=御 完全可以，还有多实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个 碱基决定，即三联体密码子。美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合成方式，首先阐明了遗传密码的 第一个密码子一一UUU,即决定苯丙氨酸的密码子。1967年科学家已将20种氨基酸的

9、 密码子全部破译。（此时出示教材密码子表，并解说）。我们把mRNA上的碱基排列顺序称之为“遗传密码” mRNA上决定氨基酸的三 个相邻的碱基称为“密码子”讲述：一共有64种密码子，其中61种各自对应一种氨基酸，为有效密码子，UAA、 UAG、UGA这三种不决定任何氨基酸，称为终止信号，当信使RNA上出现这3个密 码子种的任何一个时，多肽链的合成便到此结束。讲述：在核糖体中就可以mRNA为模板合成蛋白质的过程称为翻译。板书：提问：组成蛋白质的基本单位是什么？讲述：氨基酸排列顺序不同，构成不同的蛋白质，因此，可以把氨基酸的排列顺序看 成蛋白质的语言；碱基的排列顺序也可以看成核酸的语言，要把mRNA

10、的语言转换 成蛋白质的语言，谁能识别两种语言呢？这里要讲到另一种 RNA转移RNA（tRNA）。第二课时演示课件并讲解：tRNA由单链构成，形成了三叶草的结构，tRNA 一端可携带特定氨 基酸，另一端有三个碱基即反密码子，可识别mRNA上的密码子。于是，tRNA就象 一个翻译家，既精通mRNA的语言又精通氨基酸的语言。提问：大家思考一下，反密码子将依据什么原则识别密码子呢？讲述：tRNA运载着氨基酸进入核糖体以后，以mRNA为模板，按照碱基互补配对原 则，把运载来的氨基酸安放在相应的位置上。转运完毕，离开核糖体，又去转运下一 个氨基酸。当核糖体接受两个氨基酸以后，这两个氨基酸就发生缩合反应，通

11、过肽键 相连形成二肽。第三个氨基酸进来后再形成三肽，这样，氨基酸一个个连接起来形成 一条肽链。肽链再形成空间结构后，才成为具有一定功能的蛋白质分子。（边演示动 画边讲解）总之，核糖体中的mRNA有许多“密码子”每个“密码子”与转运特定氨基酸的 转运RNA的“反密码子”能够碱基配对的，才能对号入座。也即是说一种转运RNA 在哪个位置上对号入座是靠转运RNA的“反密码子”去识别，而位置则是mRNA按遗 传信息预先定了的。提问：请大家小结一下翻译的场所、需要的条件、产物及翻译时需要遵守的原则？比较DNA的复制、转录、翻译贮存遗传信息（脱氧核苷酸的排列顺序）DNA的功 能复制遗传信息表达遗传信息转 录

12、翻译时间在细胞分裂（有丝分裂 和减数分裂）的间期在生长发育的过程中场所在细胞核中在细胞核中在细胞质的核糖体上模板以DNA的两条链为模板以DNA的一条链为模 板以mRNA为模板原料四种脱氧核苷酸四种核苷酸约二十种氨基酸条件都需要特定的酶和ATP过程在酶的作用下，两条扭 成螺旋的双链解开；以 解开的每段链为模板， 按碱基互补配对原则（A-T、 C-G、 T-A、 G-C） 合成与模板互补的子 链；子链与对应的母链 盘绕成双螺旋结构在细胞核中，以DNA解 旋后的一条链为模板， 按照 A-U、G-C、T-A、C-G的碱基互补配对原 则，合成 mRNA； mRNA 从细胞核进入细胞质 中，与核糖体结合按

13、照 A-U、G-C、U-A、C-G 的碱基互补配对原则，与 mRNA上每-个碱基配对的 tRNA上的遗传密码顺序，把 一定的氨基酸放在相应的位 置，合成有一定氨基酸序列 的蛋白质产物两个双链的DNA分子一条单链的mRNA具有特定氨基酸顺序的蛋白 质特点边解旋边复制；半保留 复制（每个子代DNA含 一条母链和一条子链）边解旋边转录：DNA双 链分子全保留式转录（转录后DNA仍保留 原来的双链结构）一个mRNA分子上可连续结 合多个核糖体，进行多肽链 的顺序合成。总结现在请大家用一句话总结一下，基因控制蛋白质合成的过程。小结：遗传信息通过转录，形成了遗传密码，并通过翻译，最终反映到蛋白质的分子 结

14、构上，进而体现出生物的性状。遗传信息在细胞内大分子间的传递几乎都符合这 个规律。第三课时二、基因对性 状的控 制基因内含有的控制生物性状的遗传信息，存在于染色体的DNA分子上。基因控 制生物性状的过程称为基因表达。在基因表达中，生物遗传信息的传递途径是：DNA-RNA-蛋白质（表现性状）遗传的中心法则1958年克里克提出了中心法则，他认为遗传信息的自我复制是从DNA到DNA； 遗传信息的传递是DNA到RNA，最终决定蛋白质的分子结构和功能。后来人们发现， 有些病毒的RNA能自我复制。另外还发现，有些RNA病毒侵染细胞后能产生逆转录 酶，逆转录酶以RNA为模板合成双链DNA分子。这个双链DNA分

15、子能整合到寄主 细胞的DNA中，可随寄主细胞的DNA复制而复制，同时也可以转录出更多的病毒 RNA。考虑以上因素以及某些蛋白质能够调节DNA的复制、转录和翻译，中心法则可以完善为如图所示。疑制（RNA调控翻译图A中心法则示愆图现代遗传学家认为，基因是dna （脱氧核糖核酸）分子上具有遗传效应的特定核 苷酸序列的总称，是具有遗传效应的dna分子片段。基因位于染色体上，并在染色 体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信 息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。基因控制性状是通过控制蛋白质合成来实现的，这里要注意充分运用两类遗传现 象的

16、实例来说明。一类是类似豌豆的圆粒与皱粒、白化病和侏儒症等实例，说明基因 通过控制酶或激素的合成来控制细胞代谢过程，从而控制生物性状；另一类是类似囊 性纤维病、镰刀型贫血症等实例，说明基因通过控制结构蛋白的合成，从而直接控制 性状。以上分析综合如下图。由此可见，基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实 现的。）（1）基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，如白化（2）基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如镰刀型细胞贫 血等。 *蛋白质“ “I III |r +酿或激素十细胞代谢一性状 基因彳|IL +结构蛋白十细胞结构一性状提示：此题旨在引导学生认识基因与生物的性状

17、并非简单的一一对应关系。（最 后，教师再通过“人的身高”这一事例，说明在自然界中，不仅存在单基因对性状的 控制，而且存在多基因对性状的控制，以及环境对性状的影响等。）提示：此题旨在引导学生客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成 往往是内因（基因）与外因（环境因素等）相互作用的结果。1提示：翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活 性受温度、pH等条件的影响。小结与板书 设计二、人类基 因组计划2.基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。人类只有一个基因组，大约有510万个基因。人类基因组计划是美国科学家于 1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组

18、30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因 并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全 面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为 30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质 及其作用。打个比方，这一过程就好像以步行的方式画出从北京到上海的路线图，并 标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常精确。随着人类基因组逐渐被破译，一张生命之图将被绘就，人们的生活也将发生巨大 变化。基因药物已经走进人们的生活，利用基因治疗更多的疾病不再是一个奢望。因 为随着我们对人类本身的了解迈上新的台阶，很多疾病的病因将

19、被揭开，药物就会设 计得更好些，治疗方案就能“对因下药”，生活起居、饮食习惯有可能根据基因情况进 行调整，人类的整体健康状况将会提高，二十一世纪的医学基础将由此奠定。利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、 食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性，人类 将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。板书设计第一课时1. 基因是有遗传效应的DNA片段(1) 基因的概念：三个要点(2) 基因的位置：在染色体上呈直线排列(3) 基因的化学组成(4) 基因不同的实质2. 基因的表达亲代信息子代信息子代性状有悝生起T计滋育3

20、. 基因控制蛋白质的合成DNA和RNA的比较T-U；脱氧核糖一核糖第二、三课时4. 蛋白质的合成过程 转录：以DNA 一条链为模板，合成mRNA的过程A. 场所：细胞核内。B. 信息传递方向：DNA-信使RNA。C、原料：核糖核苷酸D、条件：ATP、酶、原料、模板 翻译，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程A. 场所：细胞质内。B. 信息传递方向：信使RNA蛋白质。C. 原料：氨基酸 D、条件：ATP、酶、原料、模板第四课时5基因对性状的控制（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状2）通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。蛋白质（性状）脱氧核苷酸序列核糖核苷酸序列基酸序列遗传信息遗传密码白质-jr +屬或激素丄细胞代谢性状 基因f丨I7、人类基因组M- II禎箱构一联状教后记：