《基因指導蛋白質的合成》的教學設計

范飛雪

摘 要： 基因控制蛋白質的合成是在了解基因的概念及其基因、DNA和染色體三者關系的基礎上，更進一步了解基因控制蛋白質的合成從而控制性狀的實質。本節內容既能挖掘生命的本質，又能架構起微觀世界與宏觀世界間聯系的橋梁。

關鍵詞： 基因 蛋白質和性狀 RNA和遺傳密碼 教學設計

1.復習舊知識，導入新課

師：舉出動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？（具有遺傳效應的DNA片段）

Q3：每個DNA分子上只有一個基因嗎？（有很多個基因）

Q4：染色體、DNA和基因三者間有何關系？（PPT圖示三者關系）

Q5：生命活動的主要承擔者和體現者是什么物質？（蛋白質）

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

2.問題探討過渡，進入基因表達——轉錄的學習

師：當我們認識到基因的本質及作用后，能否利用這一認識，分析現實生活中一些具體的問題呢？例如，在現實生活中，我們能否像電影《侏羅紀公園》中描述的那樣，利用恐龍的DNA，使恐龍復活呢？

生：看圖、討論，提出問題。

師：如果能利用恐龍的DNA使恐龍復活，那么你認為主要解決什么問題？

生：需要使恐龍DNA上的基因表達出來，表現恐龍的各種性狀和特性。

師：看來要解決這個問題，我們還需要對“基因的表達”有所了解。

Q1：DNA主要存在于哪里？（細胞核中）

Q2：蛋白質的合成場所在哪里？（細胞質中的核糖體中）

Q3：細胞核中的DNA上的基因是如何指導細胞質中核糖體里蛋白質的合成的呢？二者之間是如何聯系起來的？

師：科學家推測，在DNA和蛋白質之間，還有一種中間物質充當信使。后來發現細胞中的確有這樣的物質，它就是RNA。

Q：為什么RNA適合做DNA的信使呢？（這得從RNA分子結構和種類分析）

師：分析P63圖4-2，分析DNA和RNA在基本組成單位的化學組分上的區分。

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的結構及功能。RNA是另一類核酸，分子結構與DNA很相似，可以儲存遺傳信息。RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉移到細胞質中。

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

（分子結構可以儲存遺傳信息；分子量較小，易通過核孔轉移遺傳信息）

板書：基因指導蛋白質的合成（基因的表達）

一、遺傳信息的轉錄

1.RNA分子的結構層次：化學元素組成—基本組成單位—RNA單鏈結構—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，引導學生分析。結合PPT內容分步理解轉錄過程。

利用Flash課件使轉錄過程動態化、連續化。

師生：歸納總結。

板書：2轉錄：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）場所：主要在細胞核中（次要場所是）

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

（4）特點：邊解旋邊轉錄

（5）產物及去向：mRNA，穿核孔到細胞質與核糖體結合

（6）結果：遺傳信息從DNA→mRNA

過渡：轉錄使編碼某種蛋白質的一個基因中的遺傳信息轉移至了mRNA的堿基序列里。但實質上只是把基因中的堿基序列轉變成了mRNA中的堿基序列，有合成蛋白質嗎？（沒有）看來基因指導蛋白質的合成還未完成。今天繼續第二階段的學習。

回憶：1.轉錄的產物mRNA的去向是？（穿核孔至細胞質與核糖體結合）

2.核糖體的功能是？（合成蛋白質的場所）

3.把細胞比作一個小工廠，細胞核里的DNA相當于廠長，那mRAN相當于廠長下達的生產命令。核糖體相當于生產蛋白質的機器。mRNA和核糖體的結合相當于什么？（生產機器按照廠長命令啟動生產工序）

師：我們將生產蛋白質的機器——核糖體以mRNA為模板，利用細胞質中游離的各種氨基酸合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程叫做翻譯。

過渡：mRNA上的堿基序列能轉變成蛋白質中氨基酸的種類、數量和排列順序意味著mRNA的堿基和氨基酸間存在對應關系。對應關系是怎樣的？

回憶：組成RNA的堿基有哪幾種？組成生物體蛋白質的氨基酸約有幾種？

Q：mRNA中的4種堿基是怎樣決定構建蛋白質的20種氨基酸的呢？推測：

如果1個堿基決定1個氨基酸，那4種堿基只能決定4種氨基酸。顯然不夠。

如果2個堿基決定1個氨基酸，最多能決定多少種氨基酸？（16種）

如果3個堿基決定1個氨基酸呢？（64種）4個堿基呢？（256種）

師：推測只是破譯遺傳密碼過程中的一步。后來科學家通過實驗破譯了遺傳密碼，獲知mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基稱作1個密碼子。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成的？每幾個堿基構成一個密碼子？

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

Q1：密碼子GCA決定的是哪種氨基酸呢？（學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（種）密碼子？能決定氨基酸的密碼子有幾個？不能決定氨基酸的是什么密碼子？根據名稱推想起始、終止密碼子的作用是？（起始密碼子除了可以起始翻譯活動外，還可以決定氨基酸）

Q3：20種氨基酸被61個密碼子決定，意味著氨基酸和密碼子間的對應關系是什么？

師：回答導學案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（增強了密碼子的容錯性）及另一個特點：通用性。

板書：二、遺傳信息的翻譯

1.密碼子實質：mRNA上三個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、起始信號終止密碼子：終止信號？搖與氨基酸的對應關系：①②

特點：①簡并性②通用性

過渡：mRNA進入細胞質后與核糖體結合，形成合成蛋白質的“生產線”。那游離在細胞質中的氨基酸是如何被運送到這個“生產線”上的呢？（“搬運工”tRNA）

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

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

師：看來tRNA可是個復合型人才哦（腦、體力勞動能力兼具）。

完善上面板圖，明晰tRAN和氨基酸間的對應關系。

填寫導學案P36自主學習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種類與氨基酸對應關系反密碼子實質

師：觀察教材P66圖4-6翻譯的過程示意圖。問題引領，看圖分步講解、認識翻譯的過程。

在能量的驅動下，攜帶氨基酸的tRNA移動至核糖體，通過反密碼子與密碼子的堿基互補配對將攜帶的氨基酸安放至特定位置。核糖體讀取mRNA上的下一個密碼子。

Q1：是核糖體沿著mRNA移動還是mRNA在核糖體里穿梭？（前者）

Q2：翻譯的起點和終點分別是？（起始、終止密碼子）

師：請大家想象這個幾乎每時每刻都在細胞里發生的過程。（1min）

來看一個翻譯過程的動態演示，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是承擔生命活動的蛋白質嗎？多肽轉變成蛋白質需要經過？

Q2：怎樣使少量mRNA分子短時間里合成出大量蛋白質呢？（一個mRNA結合多個核糖體）判斷教材P67圖中哪個是最先結合上去的核糖體？（最右邊）

Q3：轉錄和翻譯與之前學習的DNA的復制過程有何不同點？填寫導學案P36表格。

結語：通過學習我們認識到基因的表達需要DNA、mRNA、核孔、核糖體、tRNA、氨基酸和線粒體等眾多物質、結構的參與和相互配合才能有序、有效地完成。它們用行動印證了“沒有完美的個人，只有優秀的團隊”。

板書：二、遺傳信息的翻譯

3.翻譯：（起點和終點）mRAN的密碼子與tRNA的反密碼子

（1）定義：以mRNA為模板

（2）場所：細胞質的核糖體中

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

（4）產物及去向：直接產物：多肽鏈 蛋白質

（5）結果：遺傳信息得以表達

參考文獻：

[1]朱玉賢，李毅.現代分子生物學第二版[M].北京：高等教育出版社，2002，7（2003重印）.

[2]朱軍.遺傳學第三版[M].北京：中國農業出版社，2002，1.

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