《基因指导蛋白质的合成》的教学设计

范飞雪

摘 要： 基因控制蛋白质的合成是在了解基因的概念及其基因、DNA和染色体三者关系的基础上，更进一步了解基因控制蛋白质的合成从而控制性状的实质。本节内容既能挖掘生命的本质，又能架构起微观世界与宏观世界间联系的桥梁。

关键词： 基因 蛋白质和性状 RNA和遗传密码 教学设计

1.复习旧知识，导入新课

师：举出动植物和人体的几种性状的例子。提出问题：

Q1：性状是由什么控制或决定的？（基因）

Q2：基因是什么？（具有遗传效应的DNA片段）

Q3：每个DNA分子上只有一个基因吗？（有很多个基因）

Q4：染色体、DNA和基因三者间有何关系？（PPT图示三者关系）

Q5：生命活动的主要承担者和体现者是什么物质？（蛋白质）

师：性状的形成离不开蛋白质（特别是酶）的作用，性状又是由基因决定的。科学家推测基因通过指导蛋白质的合成来控制性状，最终被实验证实，并将这一过程称为基因的表达。

2.问题探讨过渡，进入基因表达——转录的学习

师：当我们认识到基因的本质及作用后，能否利用这一认识，分析现实生活中一些具体的问题呢？例如，在现实生活中，我们能否像电影《侏罗纪公园》中描述的那样，利用恐龙的DNA，使恐龙复活呢？

生：看图、讨论，提出问题。

师：如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，那么你认为主要解决什么问题？

生：需要使恐龙DNA上的基因表达出来，表现恐龙的各种性状和特性。

师：看来要解决这个问题，我们还需要对“基因的表达”有所了解。

Q1：DNA主要存在于哪里？（细胞核中）

Q2：蛋白质的合成场所在哪里？（细胞质中的核糖体中）

Q3：细胞核中的DNA上的基因是如何指导细胞质中核糖体里蛋白质的合成的呢？二者之间是如何联系起来的？

师：科学家推测，在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。后来发现细胞中的确有这样的物质，它就是RNA。

Q：为什么RNA适合做DNA的信使呢？（这得从RNA分子结构和种类分析）

师：分析P63图4-2，分析DNA和RNA在基本组成单位的化学组分上的区分。

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？

师：分析P63图4-3，分析三种RNA的结构及功能。RNA是另一类核酸，分子结构与DNA很相似，可以储存遗传信息。RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。

Q：了解了RNA的分子结构、种类及功能后，那你知道为什么RNA就适合做DNA的信使呢？

（分子结构可以储存遗传信息；分子量较小，易通过核孔转移遗传信息）

板书：基因指导蛋白质的合成（基因的表达）

一、遗传信息的转录

1.RNA分子的结构层次：化学元素组成—基本组成单位—RNA单链结构—RNA的种类及功能

师：DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的？

师：观察教材P63图4-4，引导学生分析。结合PPT内容分步理解转录过程。

利用Flash课件使转录过程动态化、连续化。

师生：归纳总结。

板书：2转录：A-U、T-A、C-G、G-C

（1）定义：以DAN的一条链（某基因的一条链）为模板

（2）场所：主要在细胞核中（次要场所是）

（3）条件：模板原料：四种游离在核基质中的核糖核苷酸酶：解旋酶、RAN聚合酶（与DNA聚合酶的区分）能量：直接供能物质：ATP

（4）特点：边解旋边转录

（5）产物及去向：mRNA，穿核孔到细胞质与核糖体结合

（6）结果：遗传信息从DNA→mRNA

过渡：转录使编码某种蛋白质的一个基因中的遗传信息转移至了mRNA的碱基序列里。但实质上只是把基因中的碱基序列转变成了mRNA中的碱基序列，有合成蛋白质吗？（没有）看来基因指导蛋白质的合成还未完成。今天继续第二阶段的学习。

回忆：1.转录的产物mRNA的去向是？（穿核孔至细胞质与核糖体结合）

2.核糖体的功能是？（合成蛋白质的场所）

3.把细胞比作一个小工厂，细胞核里的DNA相当于厂长，那mRAN相当于厂长下达的生产命令。核糖体相当于生产蛋白质的机器。mRNA和核糖体的结合相当于什么？（生产机器按照厂长命令启动生产工序）

师：我们将生产蛋白质的机器——核糖体以mRNA为模板，利用细胞质中游离的各种氨基酸合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。

过渡：mRNA上的碱基序列能转变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序意味着mRNA的碱基和氨基酸间存在对应关系。对应关系是怎样的？

回忆：组成RNA的碱基有哪几种？组成生物体蛋白质的氨基酸约有几种？

Q：mRNA中的4种碱基是怎样决定构建蛋白质的20种氨基酸的呢？推测：

如果1个碱基决定1个氨基酸，那4种碱基只能决定4种氨基酸。显然不够。

如果2个碱基决定1个氨基酸，最多能决定多少种氨基酸？（16种）

如果3个碱基决定1个氨基酸呢？（64种）4个碱基呢？（256种）

师：推测只是破译遗传密码过程中的一步。后来科学家通过实验破译了遗传密码，获知mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作1个密码子。并将决定20种氨基酸的遗传密码子编制成了密码子表。看教材P65表4-120种氨基酸的密码子表。

Q：密码子是谁的碱基构成的？每几个碱基构成一个密码子？

师：用表示3个碱基的3个字母表示密码子。所以密码子表中的第一、二和三个字母表示组成一个密码子的三个碱基。

Q1：密码子GCA决定的是哪种氨基酸呢？（学生说明快速查表方法，1、2确定方格，3确定具体位置）色氨酸的密码子是？（UGG）

回答：教材P65思考与讨论1。

Q2：密码子表中共有多少个（种）密码子？能决定氨基酸的密码子有几个？不能决定氨基酸的是什么密码子？根据名称推想起始、终止密码子的作用是？（起始密码子除了可以起始翻译活动外，还可以决定氨基酸）

Q3：20种氨基酸被61个密码子决定，意味着氨基酸和密码子间的对应关系是什么？

师：回答导学案P37合作探究5（1）问题。

师：引用教材P65思考与讨论2、3，说明密码子简并性的意义（增强了密码子的容错性）及另一个特点：通用性。

板书：二、遗传信息的翻译

1.密码子实质：mRNA上三个相邻碱基种类普通密码子：决定氨基酸起始密码子：决定氨基酸、起始信号终止密码子：终止信号？摇与氨基酸的对应关系：①②

特点：①简并性②通用性

过渡：mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成合成蛋白质的“生产线”。那游离在细胞质中的氨基酸是如何被运送到这个“生产线”上的呢？（“搬运工”tRNA）

Q1：tRNA的基本组成单位是？是由三个核糖核苷酸构成的吗？为什么三叶草形的tRAN一端只标注出了三个碱基？（这三个碱基构成了一个反密码子）所以反密码子的位置是？

Q2：tRNA除了能搬运氨基酸外，还有什么功能？（与密码子碱基互补配对，即识别密码子。因而叫反密码子）识别密码子时的碱基互补配对配对原则是？那么思考tRAN有几种？

师：看来tRNA可是个复合型人才哦（脑、体力劳动能力兼具）。

完善上面板图，明晰tRAN和氨基酸间的对应关系。

填写导学案P36自主学习2密码子与反密码子比较表格。

板书：二、遗传信息的翻译

2.tRNA-反密码子tRAN功能tRAN种类与氨基酸对应关系反密码子实质

师：观察教材P66图4-6翻译的过程示意图。问题引领，看图分步讲解、认识翻译的过程。

在能量的驱动下，携带氨基酸的tRNA移动至核糖体，通过反密码子与密码子的碱基互补配对将携带的氨基酸安放至特定位置。核糖体读取mRNA上的下一个密码子。

Q1：是核糖体沿着mRNA移动还是mRNA在核糖体里穿梭？（前者）

Q2：翻译的起点和终点分别是？（起始、终止密码子）

师：请大家想象这个几乎每时每刻都在细胞里发生的过程。（1min）

来看一个翻译过程的动态演示，是否符合你们的想象？

师：翻译的基本过程可以概括成三步骤：起始—延伸—终止。

Q1：通过翻译合成的多肽链是承担生命活动的蛋白质吗？多肽转变成蛋白质需要经过？

Q2：怎样使少量mRNA分子短时间里合成出大量蛋白质呢？（一个mRNA结合多个核糖体）判断教材P67图中哪个是最先结合上去的核糖体？（最右边）

Q3：转录和翻译与之前学习的DNA的复制过程有何不同点？填写导学案P36表格。

结语：通过学习我们认识到基因的表达需要DNA、mRNA、核孔、核糖体、tRNA、氨基酸和线粒体等众多物质、结构的参与和相互配合才能有序、有效地完成。它们用行动印证了“没有完美的个人，只有优秀的团队”。

板书：二、遗传信息的翻译

3.翻译：（起点和终点）mRAN的密码子与tRNA的反密码子

（1）定义：以mRNA为模板

（2）场所：细胞质的核糖体中

（3）条件：模板：mRNA原料：20种游离的氨基酸运输工具：tRNA酶和能量

（4）产物及去向：直接产物：多肽链 蛋白质

（5）结果：遗传信息得以表达

参考文献：

[1]朱玉贤，李毅.现代分子生物学第二版[M].北京：高等教育出版社，2002，7（2003重印）.

[2]朱军.遗传学第三版[M].北京：中国农业出版社，2002，1.

[3]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2000（2002重印）.