生物教案：第四章第節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成第2課時

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第2課時課前準(zhǔn)備1．遺傳信息的翻譯示意圖。2．密碼子示意圖。3．轉(zhuǎn)運RNA的結(jié)構(gòu)示意圖。eq\o(\s\up7（),\s\do5(教學(xué)過程))導(dǎo)入新課1．情境導(dǎo)入生物細(xì)胞中的DNA如同一份絕密圖紙，是千萬不能遺失的。任何生物體直到死之前，都要按照藍圖所規(guī)定的模型去工作。所以這幅藍圖只能鎖在細(xì)胞核這個保險箱中，只許抄寫,不能借出或銷毀。此外，DNA分子很長，細(xì)胞核這個工作場所太小，裝配起來不方便，效率低，必須依靠翻譯家的幫助，才能完成如此程序化的工作。按照藍圖“施工”并不是DNA分子孤軍作戰(zhàn),而是在偉大的翻譯家大力協(xié)作下才完成的。因為按照DNA的指令合成細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，就要把“密碼”語言譯成蛋白質(zhì)的20多種氨基酸語言，參與這一“翻譯”工作的是RNA，因此RNA也就獲得了“翻譯家"的稱號。RNA共有三種:信使RNA（mRNA)、轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA）。它們分工合作，有條不紊地完成這項偉大的、程序化的任務(wù)。我們把這個過程稱為遺傳信息的翻譯。2．復(fù)習(xí)導(dǎo)入前一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了遺傳信息的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄是指在細(xì)胞核中以DNA的一條鏈為模板,按堿基互補配對原則，合成mRNA的過程?，F(xiàn)在我們一起來回憶這部分內(nèi)容,回答下列問題。思考：（1）轉(zhuǎn)錄的場所和模板分別是什么?（2）轉(zhuǎn)錄的原料和條件是什么？（3)轉(zhuǎn)錄時堿基是如何配對的?(4)在進行轉(zhuǎn)錄的時候，遺傳信息是如何流動的？學(xué)生回答.點撥:(1)轉(zhuǎn)錄的場所和模板分別是細(xì)胞核和DNA的一條鏈。(2）轉(zhuǎn)錄的原料和條件分別是4種游離的核糖核苷酸和能量（ATP)、酶（解旋酶、RNA聚合酶)。(3)轉(zhuǎn)錄時堿基按照G-C、C-G、T—A、A—U的配對方式進行。（4)在進行轉(zhuǎn)錄的時候，遺傳信息是從DNA流向mRNA的.在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板,按照堿基互補配對原則，利用4種核糖核苷酸來轉(zhuǎn)錄形成mRNA，這是基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的第一個步驟-—轉(zhuǎn)錄.現(xiàn)在，讓我們一起來研究基因表達的第二個步驟——遺傳信息的翻譯.學(xué)習(xí)目標(biāo)二：遺傳信息的翻譯1．遺傳信息翻譯的概念學(xué)生閱讀課本上遺傳信息的翻譯這部分內(nèi)容。學(xué)生說明翻譯的概念：mRNA合成以后，就通過核孔進入細(xì)胞質(zhì)中。游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這一過程叫做翻譯。2．堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系［方法引導(dǎo)]DNA和RNA都只含有4種堿基,而組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種。這4種堿基是怎樣決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的？思考:如果1個堿基決定1個氨基酸，4種堿基能決定多少種氨基酸？如果2個堿基編碼一個氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸?學(xué)生思考回答。點撥：41＝4。如果1個堿基決定1個氨基酸，4種堿基只能決定4種氨基酸.2個堿基編碼1個氨基酸最多只能編碼16種氨基酸.再思考:如果一個氨基酸的編碼至少需要多少個堿基，才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸？學(xué)生思考回答。點撥：三個堿基決定一個氨基酸只能決定64種,43＝64,足夠有余.總結(jié)：一個氨基酸對應(yīng)mRNA上的3個堿基，由于DNA分子是兩條鏈，而mRNA是一條鏈，所以對應(yīng)DNA上或者基因上的堿基應(yīng)該是6個。3．密碼子[合作探究]經(jīng)過科學(xué)家一步步地推測與實驗,最終破解了遺傳密碼。得知mRNA上3個相鄰的堿基決定一個氨基酸，我們把每3個這樣的堿基稱作1個密碼子。如下圖。思考:遺傳密碼具有哪些特點?學(xué)生討論總結(jié)。點撥:(1）通用性：地球上幾乎所有的生物都共用一套密碼子表。(2）有3個終止密碼，沒有對應(yīng)的氨基酸，所以，在64個遺傳密碼中,能決定氨基酸的遺傳密碼子只有61個。(3)簡并性：一種氨基酸有兩種以上的密碼子的情況。在一定程度上能防止由于堿基的改變而導(dǎo)致的遺傳信息的改變.地球上幾乎所有的生物都共用一套密碼子表，說明生物具有相同的遺傳語言，所有生物可能有共同的起源，或者我們可以說，生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。從密碼子表中我們可以看到,一種氨基酸可能有幾個密碼子，這種密碼的簡并增強了密碼的容錯性,同時當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時,幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸，可以保證翻譯的速率.過渡：mRNA進入細(xì)胞質(zhì)后，就與核糖體結(jié)合起來，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。利用氨基酸進行脫水縮合形成多肽鏈。但是,氨基酸是怎樣運送到核糖體上的呢?4．遺傳信息和遺傳密碼思考：遺傳信息和遺傳密碼是一回事嗎？說說原因.學(xué)生討論回答。點撥：遺傳信息和遺傳密碼是完全不同的兩個概念.遺傳信息是指基因(DNA)上的脫氧核苷酸的排列序列；而遺傳密碼是指mRNA上的核糖核苷酸的排列序列.5．轉(zhuǎn)運RNA［教師精講］將氨基酸運送到核糖體上去的是轉(zhuǎn)運RNA，類似于搬運工。tRNA分子比mRNA分子小得多，分子結(jié)構(gòu)也很特別,RNA鏈經(jīng)過折疊，形成類似于三葉草葉形的結(jié)構(gòu)，如右圖。它的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基，每個tRNA上的這3個堿基可以與mRNA上的密碼子進行堿基互補配對,因而叫反密碼子.6．遺傳信息的翻譯過程[合作探究]多媒體展示翻譯的動態(tài)過程。學(xué)生通過動畫和課本的文字描述，以討論小組為單位合作探討翻譯的過程。再次播放翻譯的動態(tài)過程，同時請學(xué)生上臺當(dāng)一回小老師，講解翻譯的動態(tài)過程。點撥：mRNA在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄合成后，通過核孔進入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，核糖體上具有兩個tRNA的結(jié)合位點。攜帶著特定氨基酸的tRNA的反密碼子與mRNA上的密碼子進行堿基互補配對,進入位點1；攜帶有特定氨基酸的另一個tRNA的反密碼子進入位點2.兩個氨基酸通過脫水縮合作用,形成二肽,第1個位點上的氨基酸通過肽鍵而轉(zhuǎn)移到第二個位點上。核糖體沿著mRNA進行移動，讀取下一個密碼子，原來占據(jù)第一個位點的tRNA離開核糖體，去轉(zhuǎn)運下一個氨基酸，原來占據(jù)位點2的tRNA進入位點1,一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續(xù)肽鏈的合成，重復(fù)以上的步驟,直至核糖體讀取到mRNA的終止密碼為止，肽鏈的合成才告結(jié)束。學(xué)生總結(jié)整理:遺傳信息翻譯的場所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體遺傳信息翻譯時的堿基配對:G—C、C—G、U-A、A-U遺傳信息翻譯的結(jié)果：形成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)遺傳信息流動：mRNA→一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)［教師精講］我們在必修1中學(xué)習(xí)了有關(guān)分泌蛋白的合成和運輸，讓我們一起來回憶一下.分泌蛋白最初是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行加工，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)，離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分.高爾基體還能對蛋白質(zhì)作進一步的修飾加工，然后形成包裹著蛋白質(zhì)的囊泡，囊泡移動到細(xì)胞膜，與細(xì)胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細(xì)胞外,在這類分泌蛋白合成、加工和運輸?shù)倪^程中,需要消耗能量，這些能量的供應(yīng)來自線粒體.思考：試比較轉(zhuǎn)錄與翻譯有何異同之處?學(xué)生討論總結(jié).點撥：[知識拓展]在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個快速的過程,在37℃時,細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成肽鏈的速度約為每秒連接15個氨基酸，通常,一個mRNA分子上可以結(jié)合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成,因此，少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)分子。當(dāng)肽鏈合成以后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，經(jīng)過一系列的步驟，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子,在各自的崗位上承擔(dān)細(xì)胞生命活動的各項職責(zé)?？茖W(xué)家們用實驗證明了RNA在合成蛋白質(zhì)過程中的作用。他們用一種叫去DNA的酶，除去細(xì)胞中99%的DNA，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞仍有合成蛋白質(zhì)的能力，如果用另一種去RNA的酶，只要除去35%的RNA,細(xì)胞就失去了合成蛋白質(zhì)的能力.[鞏固提高]1．根據(jù)在蛋白質(zhì)生物合成中遺傳信息傳遞的規(guī)律，在下面表格數(shù)碼中填入相應(yīng)的字母：答案：詳解：按照堿基互補配對原則，寫出DNA、信使RNA、轉(zhuǎn)運RNA和密碼子的堿基，而氨基酸是由密碼子來編碼的，查閱密碼子表，找出CGA對應(yīng)的氨基酸是精氨酸。2．某基因中含有1200個堿基，則由它控制合成的一條肽鏈最多含有肽鍵的個數(shù)是(）A．198個B．199個C．200個D．201個答案：B詳解：基因中有1200個堿基,按照一個氨基酸對應(yīng)基因上6個堿基的數(shù)量關(guān)系，得出可以編碼200個氨基酸，當(dāng)200個氨基酸形成一條肽鏈時，最多可以形成199個肽鍵。3．某DNA片段所轉(zhuǎn)錄的mRNA中U％＝28%，A%＝18%,則這個DNA片段中T％和G%分別占()A．46％，54％B．23％,27％C．27%,23％D．46%,27%答案：B詳解:因為mRNA中U%＝28%,A％＝18%,根據(jù)堿基互補配對原則，則DNA的轉(zhuǎn)錄鏈中A％＝28％，T%＝18%;非轉(zhuǎn)錄鏈中T％＝28％，A%＝18％。所以DNA雙鏈中T%＝［(28＋18）/2］%＝23%.又因為G％＝（1－2T%)/2，所以G%＝27％。課堂小結(jié)1．哪些細(xì)胞組分參與了蛋白質(zhì)的合成?細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)的核糖體、線粒體等參與了蛋白質(zhì)的合成。2．什么是遺傳密碼？遺傳密碼是指mRNA上核糖核苷酸的排列順序。3．基因如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成？以DNA的一條鏈為模板，在細(xì)胞核里轉(zhuǎn)錄成mRNA，mRNA通過核孔,與細(xì)胞質(zhì)中的核糖體結(jié)合，進行遺傳信息的翻譯，形成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。eq\o（\s\up7（），\s\do5（板書設(shè)計))第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成二、遺傳信息的翻譯1．概念2．場所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體3．基本條件：(1）模板：mRNA（2）原料：20種氨基酸（3）能量:ATP(4）酶4．產(chǎn)物:具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)5．遺傳信息流動：mRNA→蛋白質(zhì)教學(xué)反思本節(jié)課的內(nèi)容需要用兩個課時來進行學(xué)習(xí)和探討,而且內(nèi)容比較抽象,一定要合理地利用好多媒體課件來進行教學(xué)，幫助學(xué)生進行理解和掌握。同時,在講述堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系時一定要講透，同時要利用相關(guān)的練習(xí)來進行鞏固處理。這節(jié)課的內(nèi)容往往會使學(xué)生陷入“學(xué)習(xí)時都懂，學(xué)完了都不懂”的窘境中，所以老師一定要及時地將知識點進行歸納、比較和總結(jié)，同時還要讓學(xué)生理解各個知識點之間的內(nèi)在關(guān)系，讓學(xué)生比較輕松地接受和理解本節(jié)課的內(nèi)容。課后延伸1．生活中的生物學(xué)基因治療是指將人的正常基因或有治療作用的基因通過一定方式導(dǎo)入人體靶細(xì)胞以糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用，從而達到治療疾病目的的生物醫(yī)學(xué)新技術(shù)?；蚴菙y帶生物遺傳信息的基本功能單位，是位于染色體上的一段特定序列。將外源的基因?qū)肷锛?xì)胞內(nèi)必須借助一定的技術(shù)方法或載體,目前基因轉(zhuǎn)移的方法分為生物學(xué)方法、物理方法和化學(xué)方法。腺病毒載體是目前基因治療最為常用的病毒載體之一.基因治療的靶細(xì)胞主要分為兩大類：體細(xì)胞和生殖細(xì)胞，目前開展的基因治療只限于體細(xì)胞.基因治療目前主要是治療那些對人類健康威脅嚴(yán)重的疾病，包括：遺傳?。ㄈ缪巡　⒛倚岳w維病、家族性高膽固醇血癥等)、惡性腫瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、類風(fēng)濕等）2．遺傳信息的轉(zhuǎn)錄（1）轉(zhuǎn)錄遺傳信息從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移。即以雙鏈DNA中的一條鏈為模板，以4種核苷三磷酸:腺三磷(ATP)、胞三磷(CTP）、鳥三磷（GTP)和尿三磷(UTP)為原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的過程.被選為模板的單鏈叫模板鏈,又稱信息鏈，無義鏈，另一條單鏈叫非模板鏈。DNA:ATCGAATCG（將此作為非模板鏈）TAGCTTAGC（將此作為模板鏈）轉(zhuǎn)錄出的mRNA：AUCGAAUCG（可看出只是將非模板鏈的T改為U，所以模板鏈又叫無義鏈，這也是中心法則和堿基互補配對原則的體現(xiàn).)以RNA鏈為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶（即依賴于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA鏈，叫做逆轉(zhuǎn)錄，這種機制在RNA腫瘤病毒中首先發(fā)現(xiàn).（2)RNA聚合酶以DNA為模板的RNA聚合酶，也稱轉(zhuǎn)錄酶。原核生物的RNA聚合酶相對分子質(zhì)量很大，通常由5個亞基組成。含有5個亞基的酶叫全酶，失去σ亞基的叫核心酶.核心酶也能催化RNA的合成，但沒有固定的起始點，也不能區(qū)分雙鏈DNA的信息鏈與非信息鏈。σ亞基能識別模板上的信息鏈和啟動子，因而保證轉(zhuǎn)錄能從固定的正確位置開始。β和β′亞基參與和DNA鏈的結(jié)合。真核生物RNA聚合酶有3類(不包括真核細(xì)胞線粒體中類似原核的RNA聚合酶，由8～12條亞基組成,相對分子質(zhì)量高達80萬。初步的研究指出，它們也可能存在類似原核的σ亞基組分.3．基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的初始階段是由兩個“分解動作”組成的.遺傳基因主要依靠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成來表達，這一過程需要核糖核酸(RNA）來傳遞信息,而蛋白質(zhì)合成的“組裝工人”則是核糖體。在新的研究中，科學(xué)家通過酵母細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)核糖體識別出基因發(fā)出的指令后，首先會改變自己的結(jié)構(gòu)，然后釋放出真核蛋白翻譯起始因子（EIF1)，作為它“準(zhǔn)備工作"的信號。早先的研究已經(jīng)證實，如果沒有EIF1，核糖體能隨時隨地讀取信使RNA的信息，而EIF1的過量則與心肌肥大等疾病有關(guān)。領(lǐng)導(dǎo)這次研究的約翰斯·霍普金斯大學(xué)生物物理教授洛爾施說，EIF1與心肌肥大癥的關(guān)系還有待研究，但他們的實驗證明，EIF1是核糖體行動的“發(fā)令員",當(dāng)它與核糖體結(jié)合在一起時，核糖體不會開始工作；只有當(dāng)它被釋放出來,蛋白質(zhì)的合成過程才能啟動。在實驗中,研究