高中生物第三节基因控制蛋白质的合成第3课时示范名师精选教案苏教版

1、名校名 推荐第三课时翻译过程导入新课师 : 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字 UUU，即决定苯丙氨酸的密码子。1967 年科学家已将20 种氨基酸的密码全部破译。细胞中蛋白质的合成是一个严格按照 mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成为多肽链的过程，这一过程称为翻译。翻译是在细胞质中进行的。推进新课师 : 把氨基酸合成为蛋白质的场所在哪里？生 : 核糖体。师 : 核糖体里没有现成的氨基酸， 氨基酸在细胞质里。 细胞质里的氨基酸是从哪里来的？生 : 是人体从食物中通过消化吸收来的；可以是自身蛋白质分解产生的；还可以是通过氨基转换作用形成的。师 :

2、转录是在哪儿进行的？生 : 在细胞核里。师 : 如何实现细胞核里的遗传信息指导细胞质里的蛋白质的合成？板 书：三、翻译1场所课件展示：蛋白质合成示意图 ( 动态的 ) ，教 师 : 分阶段显示翻译过程，指导学生观察，学会描述各阶段的特征，理解核糖体、 mRNA和 tRNA 三者之间的关系。教师 : 活动： 提出讨论题，请同学们思考。课件展示：(1) 早先的时候人们就知道 DNA含于细胞核中， 而蛋白质的合成却是在细胞质中进行的。两者之间的距离是如何得以填补的？(2) 翻译的起始阶段的主要特征有哪些？tRNA的作用是什么？(3) 多肽链是如何延伸的？(4) 多肽链是如何终止的？(5) 多肽链形成

3、后又会发生什么变化？学生活动： 学生小组讨论，代表回答。生甲 : 是靠一种 RNA分子来完成的。包含在 DNA中的遗传信息通过制造 RNA分子而被拷贝下来。 然后，信使 RNA带着信息从储存它的 DNA分子进入细胞质中的核糖体。 核糖体相当于一个工作台， 在这里信息被用于制造蛋白质。 这一过程被称为转录， 是蛋白质制造的第一步。生乙 : 翻译的起始阶段是核糖体、mRNA和 tRNA 三者结合的阶段。mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体相结合。核糖体是蛋白质合成的场所。tRNA 分子是遗传信息的转接器，担1名校名 推荐负着把特定的氨基酸送到核糖体上的任务，这种输送工作是按照信使RNA上密码子规定

4、的顺序进行的。因此，tRNA 分子不仅要能够识别氨基酸，还要能够识别信使RNA上面的密码子排列。细胞中的tRNA 至少有 20 种，每种氨基酸要有一种自己的tRNA 分子把它运送到核糖体上。生丙 : 肽链的延长过程是，当核糖体接受两个氨基酸后，随着第一个tRNA 离开核糖体，核糖体在mRNA上会向前移动三个碱基的位置，第二个 tRNA 前移到第一位置上，其携带的氨基酸在酶的作用下通过肽键与前一个氨基酸连接起来。空出来的接受氨基酸的第二位置为接受新运来的氨基酸做好准备。这样的过程往复进行，肽链不断延伸。生丁 : 核糖体沿着mRNA移动，一旦遇到mRNA上的终止密码 (UAG、UGA、UAA)，翻

5、译即停止。生 : 戊多肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过盘曲折叠形成一定的空间结构，最终形成具有一定功能的蛋白质分子。师 : (1) 转译中，由 4 个遗传字母编排的信息， 将变成由 20 个字母 ( 即 20 种不同氨基酸 ) 重新编排的信息。(2) 其大体过程是：信使 RNA分子移动到制造蛋白质的场所核糖体后，一个核糖体附连在某一信使 RNA的一端，并开始沿着它移动， 且在每一个密码子处作短暂停留。 每次停留时，一个由该密码子编码的那种氨基酸就排列在核糖体上， 并与刚刚在它之前加上去的氨基酸形成化学键。 当核糖体继续向信使 RNA前面移动时， 氨基酸就会按信使 RNA的密码子编排的次序，

6、将氨基酸排列并加进去。(3) 最后，核糖体将到达带有让它停止的信号的密码子处。这时，新产生的蛋白质将与核糖体分离，并到细胞中需要它起作用的地方去，开始做它的工作。师 : mRNA和 tRNA 和 DNA三者是一个什么样的关系？板 书：2过程：起始、延伸和终止课件展示：填写下表中决定丝氨酸的密码子。DNAGCG信使 RNA转运 RNAU氨基酸丝氨酸学生活动： 自主完成以上表格。师 : 转录和翻译是基因控制蛋白质合成中必不可少的过程。两者的差异是什么呢？课件展示：转录和翻译的比较表格。步骤场所模板条件原料产物其他转录翻译学生活动： 自主完成以上表格。师 : (1) 信使 RNA的遗传信息即碱基排列

7、顺序是由DNA决定的。2名校名 推荐(2) 转运 RNA携带的氨基酸 ( 如甲硫氨酸、谷氨酸 ) 能在蛋白质的氨基酸顺序的哪一个位置上是由信使 RNA决定的，归根结底是由 DNA的特定片段 ( 基因 ) 决定的。师 : 了解生物遗传物质及其作用原理，有重要的理论意义，有什么实践意义呢？师 : (1) 例如， 1977 年美国科学家第一次用大肠杆菌产生人脑激素生长激素释放抑制素。 他们用化学方法合成这种激素，再把它移植到大肠杆菌中获得基因表达，首次生产出有活性的激素。 这个成功在世界范围内产生很大影响。它巨大的经济价值十分诱人，从羊脑提取 1 毫克这种激素，生产成本比阿波罗飞船从月球带回的一千克

8、岩石标本还高25 倍，而用遗传工程生产1 毫克，价格在300 美元以下。(2) 我国用基因工程生产出人干扰素达世界领先水平，它具有抗病毒、抗肿瘤等方面的作用。师 : 基因作为遗传物质，其主要功能是把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质，从而决定生物体的性状。师 : 如何理解生物性状与蛋白质的关系？板书：基因对性状的控制边做边学： PTC(苯硫脲 ) 味盲和基因的关系实验前材料准备(1) 提前 2 d 配制 PTC溶液：称取 PTC结晶 1.3 g ，加入蒸馏水 1 000 mL ，多次搅拌至完全溶解 (PTC 的质量分数为 1/750) 。(2) 测试前分别配制A 液 (

9、 将上述母液稀释512 倍，即质量分数为1/380 000的溶液 ) 和B 液 ( 将母液稀释32 倍，即质量分数为1/24 000的溶液 ) 。实验步骤(1) 测试者用滴管吸取 A 液，在被测者的舌根部滴 3 5 滴，让他徐徐咽下， 询问能否感知苦味；然后滴蒸馏水3 5 滴，询问能否感知苦味；如果不能辨别，再采用B 液和蒸馏水测试。(2) 用某一质量分数的 PTC溶液测试时，应重复 2 3 次。(3) 统计全班同学的味觉数据，用柱形图表示测试结果。师 : 如果已知基因型为 TT 的人和基因型为 Tt 的人在 PTC尝味能力上有差别，还知道基因型为 TT 的人能尝出质量分数低于 1/380 0

10、00 的 PTC溶液苦味，那么，如何设计实验区分哪些同学的基因型为 TT，哪些同学的基因型为 Tt?学生活动： 分组讨论。师 : 讨论设计区分 TT 和 Tt 基因型的实验时，其关键是溶液浓度的选择以及两溶液何者先测。师 : 从以上实验可以看出，基因可以控制生物体的性状。师 : 基因对性状的控制是绝对的吗？课件展示：同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶的形态。师 : (1) 这两种叶形有什么区别？(2) 这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？(3) 这种现象说明了什么？学生活动： 相互讨论并回答。3名校名 推荐生甲 : 水上的叶呈披针形，水下的叶呈丝状。生乙 : 同一植物体上的叶，它

11、们是由体细胞所组成。它们最初是由受精卵分裂、分化而来，其细胞组成是一样的。生丙 : 这种现象说明了性状的表达是由基因和环境共同决定的。师 : 基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。 如人的身高可能是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用， 同时身高也不完全是由基因所决定的， 后天的营养和体育锻炼等也有一定的作用。 基因与基因， 基因与基因的产物， 基因与环境之间存在着复杂的相互作用。这种复杂的相互作用形成了错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。师 : 人们除了已经弄清楚了一些生物的遗传密码， 也开始了对人类自身基因组成的研究，开始实施人类基因组计划。板 书：五、人类基因组计划

12、师 : 什么是人类基因组计划？生该计划的主要内容是完成人体 24 条染色体上的全部基因的遗传作图、物理作图和全部碱基的序列测定。课件展示：人类基因组测序示意图。教师 : 活动： 指导学生观察图解，了解遗传图、物理图、核苷酸序列图的含义。课堂小结师 : 关于人类基因组计划，你知道哪些？课件展示：(1)1990 年 10 月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。(2)1998年 5 月一批科学家在美国罗克威尔组建Celera遗传公司，目标是投入3 亿美元，到2001 年绘制出完整的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。(3)10 月 23 日美国国家人类基因组研究所在美国

13、Science ( 科学 ) 杂志上发表声明说，人类基因组计划的全部测序工作将比原计划提前两年，即在2003 年完成。(4)1999 年 3 月 15 日 英国韦尔科姆基金会宣布，由于科学家加快工作步伐，人类基因组工作草图将提前至 2000 年完成。(5)9 月中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%，也就是3 号染色体上的 3 000 万个碱基对，使中国成为继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。(6)12月 1 日国际人类基因组计划联合研究小组宣布，他们完整地译出人体第22 对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体

14、染色体基因完整序列的测定。(7)2000年 3 月 14 日美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表联合声明，呼吁将人类基因组研究成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地使用这些成果。他们是针对一些私营生物技术公司为了商业利益而与国际人类基因组计划展开竞争，并试图将自己的研究成果申请专利而发出此声明的。(8)4 月 6 日Celera公司宣布已破译出一名实验者的完整遗传密码。但不少欧美科学家对 Celera 公司的成果表示质疑，认为该公司的研究“没有提供有关基因序列的长度和完整性的可靠参数”，因而是“有漏洞的”。4名校名 推荐(9)4 月末我国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组

15、的工作框架图。(10)5月国际人类基因组计划完成时间再度提前，预计从原定的2003 年 6 月提前至2001 年 6 月。(11)5 月 8 日由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组宣布，他们已经基本完成了人体第21 对染色体的测序工作。(12)6 月 26 日各国科学家公布了人类基因组工作草图。学生活动： 学生讨论、回答。师 : 人类基因组计划的目的和意义是什么？生 : (1) 基因组计划于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。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

16、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， 21 世纪的医学基础将由此奠定。(2) 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。师 : 要想进一步了解有关“人类基因组计划”，请同学们上网

17、搜寻有关资料。教学建议：安排在课后进行。内容：收集为遗传学发展作出贡献的诺贝尔奖获得者的资料， 分析获奖人的成长之路和成功秘诀。形式：从多方面撰写“诺贝尔奖启示录”的报告；小组间相互交流。三、翻译1场所2过程：起始、延伸和终止四、基因对性状的控制边做边学苯硫脲味盲和基因的关系五、人类基因组计划1 解析： 在 DNA双螺旋结构中，腺嘌呤和胸腺嘧啶互补配对，它们之间由两个氢键相连，如果它们之间的氢键被破坏，分开的碱基必然是腺嘌呤和胸腺嘧啶。答案： B2 解析： tRNA 的功能是解读密码子，识别氨基酸，控制氨基酸的密码子在 mRNA上，密码子上的碱基应为 GCU。5名校名 推荐答案： D3 解析：

18、 DNA与 RNA在碱基组成上的区别是有U，没有 T。答案： D4解析： DNA双链中，存在碱基互补配对，AT， G C; DNA与 RNA在碱基组成上的区别是有 U，没有 T。甲属于RNA，其决定的氨基酸数量为1773 59；乙为 DNA分子，其转录成的 mRNA的碱基数为81，其决定的氨基酸数量为813 27；丙为单链DNA，其转录成的 mRNA的碱基数为172，其决定的氨基酸数量为1723 55。答案： (1) 乙、丙、甲(2)A TG C(3)5927555解析： 转录是以 DNA的一条链为模板，形成mRNA的过程。翻译的场所是核糖体，翻译的模板是mRNA；运载氨基酸的工具是tRNA。

19、图中决定氨基酸的两个密码子分别是：GCU丙氨酸， UCU丝氨酸。答案： (1)DNAmRNA TACCGAAGAAAG(2) 核糖体mRNA tRNA(3) 丙氨酸丝氨酸。1遗传信息横向传递及其意义遗传是生物体最本质的属性之一。其含义是指生物在通过生殖所进行的种族繁衍过程中，亲代能把一整套遗传物质中的信息传给子代，使子代在一定条件下表现出与亲代相同或相似的性状。 单细胞生物通过细胞分裂进行繁殖； 多细胞生物进行有性和无性繁殖； 无细胞结构的病毒在宿主细胞内复制而繁殖。 无论是哪种繁殖方式， 都要通过遗传物质 (DNA 或 RNA)的复制将亲代遗传信息传给子代。只有当子代在适宜的环境中表达了这些

20、信息，才能表现出亲代的性状。 由遗传的概念与生物的繁殖方式看出， 伴随遗传的信息传递能在整体水平、 细胞水平及分子水平上进行，这种遗传信息流是垂直传递的。它是保证生物遗传的主要方式。除此之外， 生物界中还存在遗传信息在不同个体之间的横向传递，如转化、 转导与病毒感染传递等。 尽管这种横向传递有多种方式， 但都是在微生物参与下完成的， 故微生物在遗传信息横向传递的过程中起关键作用。(1) 遗传信息横向传递的方式转化传递细菌的转化是由英国的医生格里菲思(Griffith)在 1928 年研究肺炎双球菌时发现的。转化是指受体菌直接吸收供体菌的DNA片段，再通过交换与重组， 从而使受体菌获得供体菌的部

21、分遗传性状。 通过这个经典实验证明了DNA是遗传信息的载体， 同时也证明遗传信息能够在供体菌与受体菌之间横向传递。转化是原核生物比较普通的现象，如在假单孢杆菌属、芽孢杆菌属、 根瘤菌属、链球菌属以及某些放线菌和蓝细菌等原核生物中都发现了转化作用。尽管转化受菌种的遗传性、菌龄、生理状态及环境因子的限制与影响，但是在自然环境中，各种适应某一环境的微生物共同生活在一起。有些死亡细胞释放出DNA片段，如果环境中具有能接受这一 DNA的受体菌， 就有可能发生转化。 据报道， 在粗糙脉孢菌和黑曲霉等少数真核微生物中也发现了转化作用，说明某些真核微生物也能通过转化过程横向传递遗传信息。转导传递病毒是一类只能

22、寄生在特定的宿主细胞内以核酸复制并能自我装配而繁殖的分子生物。不同的病毒所能寄生的宿主不同，一种病毒往往只能寄生在同种生物不同个体的敏感细胞内。在病毒的感染与传播过程中，常常要更换宿主个体。有些病毒( 如温和噬菌体、肿瘤病毒) 能把自己的 DNA整合在宿主细胞的染色体DNA上，随宿主的DNA一起复制。病毒的寄主范围与生活史使它们能够作为生物个体之间遗传信息横向传递的载体。转导就是以缺陷噬菌体为载体，把供体菌的DNA带到受体菌中，使遗传信息在细菌的个体之间横向传递的例子。6名校名 推荐鼠伤寒沙门氏杆菌是 1952年首次发现能进行转导的细菌，以后陆续发现在大肠杆菌、芽孢杆菌属、变形杆菌属、葡萄球菌

23、属等细菌中都有转导作用。根据转导的基因有无特异性，把转导分为两种： 局限性转导和普遍性转导。前者只能转移前噬菌体整合部位两边的部分供体菌基因，如感染 E.colik12菌株进入噬菌体只能转移供体菌的 gal 基因或 bio 基因，后者能把供体菌的任何基因转移到受体菌中。在自然环境条件下，各种细菌都可能存在相应的噬菌体。尽管转导频率低， 但是因为细菌与噬菌体的繁殖能力都很强， 致使转导现象普遍存在。经实验证明， 从自然界分离得到的大多数细菌对一种或多种噬菌体是溶原性的。根据这些情况， 人们认为在原核生物的进化过程中，通过转导横向传递遗传信息很可能是形成新的基因组合的一种方式。溶原性转变传递溶原性

24、转变是指温和噬菌体DNA 的侵入与整合，使宿主细胞得到并表达了噬菌体的基因。例如白喉杆菌的致病性是由白喉外毒素引起的，这样毒性很强的外毒素蛋白是由 噬菌体的基因编码的。 因此只有含有 原噬菌体的溶原化菌株才能合成外毒素并获得致病性。而非溶原化的菌株不能合成外毒素，也不能致病。 这是细菌与噬菌体之间遗传信息横向传递的典型例子。病毒感染传递病毒，特别是人和脊椎动物的肿瘤病毒(DNA 肿瘤病毒和 RNA逆转录肿瘤病毒 ) ，能像温和噬菌体那样把自身的DNA整合到宿主细胞的基因组上， 同时也能将其他个体的基因带入宿主细胞的基因组中。 肿瘤病毒引起细胞恶性转化的过程与细菌溶原化的过程极为相似，人们也由此

25、提出了细胞恶性转化的前病毒学说。该学说认为癌基因来源于逆转录病毒。但是经研究发现，脊椎动物的癌基因并不是病毒癌基因的拷贝。其原因是：(1)细胞的原癌基因与病毒的癌基因 (Vone) 具有序列同源性。 在已发现的17 种逆转录病毒中， 有 16种和脊椎动物的原癌基因同源； (2) 细胞的原癌基因是机体正常发育所必需的，而病毒癌基因对病毒本身是无用的； (3) 细胞内的原癌基因激活后就能致癌；(4) 肉瘤病毒的转化基因src(编码一种蛋白激酶 ) 残缺可通过在动物体内繁殖使src复原。说明正常细胞可能含有src 序列，只是因表达量少而未引起细胞转化；(5)细胞的癌基因是含有内含子的不连续基因，但病

26、毒的癌基因是不含内含子的连续基因。由上述看出， 病毒的癌基因可能来自细胞的原癌基因，病毒只是作为载体在不同的宿主个体之间横向传递癌基因，当然也可能传递正常基因。2基因组成果是公众财产人类基因组图谱以及初步分析结果近日公布之后，美国和德国一些科学家纷纷发表看法，提出人类基因组计划下一步研究的重点和研究成果共享等问题。美国科学 高级指导编辑芭芭拉杰西妮说，现在我们不应只局限于一次只研究一个基因的做法， 应开始考虑把所有基因作为一个复杂系统一起进行研究，思考这么少的基因如何能生成一个人。加州大学欧文分校生物化学博士戴醒说：“还有很多工作需要继续完成，现在的研究重点应该转向对蛋白质的研究。”戴醒指出，

27、 基因的作用是控制人体蛋白质的合成，而直接决定每个人成为自己面前样子的正是这些蛋白质。虽然基因绝大多数相同，但其中一个碱基对的变化都有可能导致其产生的蛋白质有本质的不同。生物学研究的下一步应该是找出基因如何发挥功能，如何在形成蛋白质过程中产生作用。参与人类基因组计划的德国科学家雷尔拉赫教授和布洛克尔教授近日表示，人类基因组研究成果是多年来国际科学界在各国政府支持下协作完成的，人类基因组研究成果是公众财产，一切数据都应得到自由的应用。雷尔拉赫教授说， 人类基因组项目是对人类自身复杂生物过程的研究。从中获取的知识可以在未来 5 10 年内，在医药行业中显示出巨大的威力。未来10 年将是医药行业的“

28、伟7名校名 推荐大时代”。在新闻发布会上， 德国教育部长布尔曼除重申德国政府对人类基因组项目的支持和其研究成果的公益性外，还希望德国医药行业能尽快使研究成果产业化。对美国塞莱拉公司日前抢先发布研究成果，布洛克尔教授认为，塞莱拉公司只完成了“很小一部分工作”，其成果并非显著， 研究质量与多国科学家多年来密切协作所取得的成就不可同日而语。 但他也承认， 塞莱拉公司的介入给人类基因组研究带来竞争，注入了活力。遗传与变异是辩证的对立统一关系， 遗传使物种得以延续， 变异使物种得以进化， 但是变异必须建立在遗传的基础上。 应包括垂直传递和横向传递两种方式， 前者对遗传起主要作用，后者对遗传起辅助作用。在遗传信息的垂直传递过程中能够发生变异，如在有性生殖中的基因重组， 由于外因或内因的作用引起的基因突变和染色体畸变等。这些变异是促进生物进化的主要原因。 遗传信息的横向传递也能使基因的受