生物教案：第四章第节基因指导蛋白质的合成第2课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2课时课前准备1．遗传信息的翻译示意图。2．密码子示意图。3．转运RNA的结构示意图。eq\o(\s\up7（),\s\do5(教学过程))导入新课1．情境导入生物细胞中的DNA如同一份绝密图纸，是千万不能遗失的。任何生物体直到死之前，都要按照蓝图所规定的模型去工作。所以这幅蓝图只能锁在细胞核这个保险箱中，只许抄写,不能借出或销毁。此外，DNA分子很长，细胞核这个工作场所太小，装配起来不方便，效率低，必须依靠翻译家的帮助，才能完成如此程序化的工作。按照蓝图“施工”并不是DNA分子孤军作战,而是在伟大的翻译家大力协作下才完成的。因为按照DNA的指令合成细胞中的蛋白质，就要把“密码”语言译成蛋白质的20多种氨基酸语言，参与这一“翻译”工作的是RNA，因此RNA也就获得了“翻译家"的称号。RNA共有三种:信使RNA（mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA）。它们分工合作，有条不紊地完成这项伟大的、程序化的任务。我们把这个过程称为遗传信息的翻译。2．复习导入前一节课我们学习了遗传信息的转录，转录是指在细胞核中以DNA的一条链为模板,按碱基互补配对原则，合成mRNA的过程。现在我们一起来回忆这部分内容,回答下列问题。思考：（1）转录的场所和模板分别是什么?（2）转录的原料和条件是什么？（3)转录时碱基是如何配对的?(4)在进行转录的时候，遗传信息是如何流动的？学生回答.点拨:(1)转录的场所和模板分别是细胞核和DNA的一条链。(2）转录的原料和条件分别是4种游离的核糖核苷酸和能量（ATP)、酶（解旋酶、RNA聚合酶)。(3)转录时碱基按照G-C、C-G、T—A、A—U的配对方式进行。（4)在进行转录的时候，遗传信息是从DNA流向mRNA的.在细胞核中，以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则，利用4种核糖核苷酸来转录形成mRNA，这是基因指导蛋白质合成的第一个步骤-—转录.现在，让我们一起来研究基因表达的第二个步骤——遗传信息的翻译.学习目标二：遗传信息的翻译1．遗传信息翻译的概念学生阅读课本上遗传信息的翻译这部分内容。学生说明翻译的概念：mRNA合成以后，就通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。2．碱基与氨基酸之间的对应关系［方法引导]DNA和RNA都只含有4种碱基,而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种。这4种碱基是怎样决定蛋白质的20种氨基酸的？思考:如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸?学生思考回答。点拨：41＝4。如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基只能决定4种氨基酸.2个碱基编码1个氨基酸最多只能编码16种氨基酸.再思考:如果一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？学生思考回答。点拨：三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种,43＝64,足够有余.总结：一个氨基酸对应mRNA上的3个碱基，由于DNA分子是两条链，而mRNA是一条链，所以对应DNA上或者基因上的碱基应该是6个。3．密码子[合作探究]经过科学家一步步地推测与实验,最终破解了遗传密码。得知mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，我们把每3个这样的碱基称作1个密码子。如下图。思考:遗传密码具有哪些特点?学生讨论总结。点拨:(1）通用性：地球上几乎所有的生物都共用一套密码子表。(2）有3个终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中,能决定氨基酸的遗传密码子只有61个。(3)简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况。在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变.地球上几乎所有的生物都共用一套密码子表，说明生物具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源，或者我们可以说，生命在本质上是统一的。从密码子表中我们可以看到,一种氨基酸可能有几个密码子，这种密码的简并增强了密码的容错性,同时当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速率.过渡：mRNA进入细胞质后，就与核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。利用氨基酸进行脱水缩合形成多肽链。但是,氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢?4．遗传信息和遗传密码思考：遗传信息和遗传密码是一回事吗？说说原因.学生讨论回答。点拨：遗传信息和遗传密码是完全不同的两个概念.遗传信息是指基因(DNA)上的脱氧核苷酸的排列序列；而遗传密码是指mRNA上的核糖核苷酸的排列序列.5．转运RNA［教师精讲］将氨基酸运送到核糖体上去的是转运RNA，类似于搬运工。tRNA分子比mRNA分子小得多，分子结构也很特别,RNA链经过折叠，形成类似于三叶草叶形的结构，如右图。它的一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基，每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子进行碱基互补配对,因而叫反密码子.6．遗传信息的翻译过程[合作探究]多媒体展示翻译的动态过程。学生通过动画和课本的文字描述，以讨论小组为单位合作探讨翻译的过程。再次播放翻译的动态过程，同时请学生上台当一回小老师，讲解翻译的动态过程。点拨：mRNA在细胞核中转录合成后，通过核孔进入细胞质，与核糖体结合，核糖体上具有两个tRNA的结合位点。携带着特定氨基酸的tRNA的反密码子与mRNA上的密码子进行碱基互补配对,进入位点1；携带有特定氨基酸的另一个tRNA的反密码子进入位点2.两个氨基酸通过脱水缩合作用,形成二肽,第1个位点上的氨基酸通过肽键而转移到第二个位点上。核糖体沿着mRNA进行移动，读取下一个密码子，原来占据第一个位点的tRNA离开核糖体，去转运下一个氨基酸，原来占据位点2的tRNA进入位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成，重复以上的步骤,直至核糖体读取到mRNA的终止密码为止，肽链的合成才告结束。学生总结整理:遗传信息翻译的场所：细胞质的核糖体遗传信息翻译时的碱基配对:G—C、C—G、U-A、A-U遗传信息翻译的结果：形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质遗传信息流动：mRNA→一定氨基酸顺序的蛋白质［教师精讲］我们在必修1中学习了有关分泌蛋白的合成和运输，让我们一起来回忆一下.分泌蛋白最初是在内质网上的核糖体中由氨基酸形成肽链，肽链进入内质网进行加工，形成有一定空间结构的蛋白质。内质网可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹着要运输的蛋白质，离开内质网，到达高尔基体，与高尔基体膜融合，囊泡膜成为高尔基体膜的一部分.高尔基体还能对蛋白质作进一步的修饰加工，然后形成包裹着蛋白质的囊泡，囊泡移动到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外,在这类分泌蛋白合成、加工和运输的过程中,需要消耗能量，这些能量的供应来自线粒体.思考：试比较转录与翻译有何异同之处?学生讨论总结.点拨：[知识拓展]在细胞质中，翻译是一个快速的过程,在37℃时,细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸，通常,一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成,因此，少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质分子。当肽链合成以后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列的步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子,在各自的岗位上承担细胞生命活动的各项职责。科学家们用实验证明了RNA在合成蛋白质过程中的作用。他们用一种叫去DNA的酶，除去细胞中99%的DNA，发现细胞仍有合成蛋白质的能力，如果用另一种去RNA的酶，只要除去35%的RNA,细胞就失去了合成蛋白质的能力.[巩固提高]1．根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下面表格数码中填入相应的字母：答案：详解：按照碱基互补配对原则，写出DNA、信使RNA、转运RNA和密码子的碱基，而氨基酸是由密码子来编码的，查阅密码子表，找出CGA对应的氨基酸是精氨酸。2．某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链最多含有肽键的个数是(）A．198个B．199个C．200个D．201个答案：B详解：基因中有1200个碱基,按照一个氨基酸对应基因上6个碱基的数量关系，得出可以编码200个氨基酸，当200个氨基酸形成一条肽链时，最多可以形成199个肽键。3．某DNA片段所转录的mRNA中U％＝28%，A%＝18%,则这个DNA片段中T％和G%分别占()A．46％，54％B．23％,27％C．27%,23％D．46%,27%答案：B详解:因为mRNA中U%＝28%,A％＝18%,根据碱基互补配对原则，则DNA的转录链中A％＝28％，T%＝18%;非转录链中T％＝28％，A%＝18％。所以DNA双链中T%＝［(28＋18）/2］%＝23%.又因为G％＝（1－2T%)/2，所以G%＝27％。课堂小结1．哪些细胞组分参与了蛋白质的合成?细胞核、细胞质的核糖体、线粒体等参与了蛋白质的合成。2．什么是遗传密码？遗传密码是指mRNA上核糖核苷酸的排列顺序。3．基因如何指导蛋白质的合成？以DNA的一条链为模板，在细胞核里转录成mRNA，mRNA通过核孔,与细胞质中的核糖体结合，进行遗传信息的翻译，形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。eq\o（\s\up7（），\s\do5（板书设计))第1节基因指导蛋白质的合成二、遗传信息的翻译1．概念2．场所：细胞质的核糖体3．基本条件：(1）模板：mRNA（2）原料：20种氨基酸（3）能量:ATP(4）酶4．产物:具有一定氨基酸顺序的蛋白质5．遗传信息流动：mRNA→蛋白质教学反思本节课的内容需要用两个课时来进行学习和探讨,而且内容比较抽象,一定要合理地利用好多媒体课件来进行教学，帮助学生进行理解和掌握。同时,在讲述碱基和氨基酸的数量关系时一定要讲透，同时要利用相关的练习来进行巩固处理。这节课的内容往往会使学生陷入“学习时都懂，学完了都不懂”的窘境中，所以老师一定要及时地将知识点进行归纳、比较和总结，同时还要让学生理解各个知识点之间的内在关系，让学生比较轻松地接受和理解本节课的内容。课后延伸1．生活中的生物学基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。基因是携带生物遗传信息的基本功能单位，是位于染色体上的一段特定序列。将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体,目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一.基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞，目前开展的基因治疗只限于体细胞.基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家族性高胆固醇血症等)、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）2．遗传信息的转录（1）转录遗传信息从DNA到RNA的转移。即以双链DNA中的一条链为模板，以4种核苷三磷酸:腺三磷(ATP)、胞三磷(CTP）、鸟三磷（GTP)和尿三磷(UTP)为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程.被选为模板的单链叫模板链,又称信息链，无义链，另一条单链叫非模板链。DNA:ATCGAATCG（将此作为非模板链）TAGCTTAGC（将此作为模板链）转录出的mRNA：AUCGAAUCG（可看出只是将非模板链的T改为U，所以模板链又叫无义链，这也是中心法则和碱基互补配对原则的体现.)以RNA链为模板，经逆转录酶（即依赖于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA链，叫做逆转录，这种机制在RNA肿瘤病毒中首先发现.（2)RNA聚合酶以DNA为模板的RNA聚合酶，也称转录酶。原核生物的RNA聚合酶相对分子质量很大，通常由5个亚基组成。含有5个亚基的酶叫全酶，失去σ亚基的叫核心酶.核心酶也能催化RNA的合成，但没有固定的起始点，也不能区分双链DNA的信息链与非信息链。σ亚基能识别模板上的信息链和启动子，因而保证转录能从固定的正确位置开始。β和β′亚基参与和DNA链的结合。真核生物RNA聚合酶有3类(不包括真核细胞线粒体中类似原核的RNA聚合酶，由8～12条亚基组成,相对分子质量高达80万。初步的研究指出，它们也可能存在类似原核的σ亚基组分.3．基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质合成的初始阶段是由两个“分解动作”组成的.遗传基因主要依靠指导蛋白质合成来表达，这一过程需要核糖核酸(RNA）来传递信息,而蛋白质合成的“组装工人”则是核糖体。在新的研究中，科学家通过酵母细胞实验发现，当核糖体识别出基因发出的指令后，首先会改变自己的结构，然后释放出真核蛋白翻译起始因子（EIF1)，作为它“准备工作"的信号。早先的研究已经证实，如果没有EIF1，核糖体能随时随地读取信使RNA的信息，而EIF1的过量则与心肌肥大等疾病有关。领导这次研究的约翰斯·霍普金斯大学生物物理教授洛尔施说，EIF1与心肌肥大症的关系还有待研究，但他们的实验证明，EIF1是核糖体行动的“发令员",当它与核糖体结合在一起时，核糖体不会开始工作；只有当它被释放出来,蛋白质的合成过程才能启动。在实验中,研究