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第四章第节基因指导蛋白质的合成1
一、教材分析本节是第四章学习的基础,也是本章教学的难点所在本节内容不仅抽象复杂,而且涉及的物质种类非常多,主干知识是遗传信息的转录和翻译的过程,侧枝内容是与结构的比较、DNA RNA核糖与脱氧核糖的比较、三种不同种类的以及遗传密码的组成在处理主干和侧枝内容关系RNA时,要合理分配时间,明确不同层次的教学要求
二、教学目标、知识目标1⑴概述遗传信息的转录和翻译过程⑵理解遗传信息与“密码子”的概念⑶运用数学方法,分析碱基与氨基酸的对应关系、能力目标2⑴培养学生的逻辑思维能力,使学生掌握一定的科学研究方法⑵理解结构与功能相适应的生物学原理⑶通过指导学生设计并制作蛋白质合成过程的活动模具,培养学生的创新意识和实践能力
三、教学重难点重点遗传信息的转录和翻译过程难点遗传信息的翻译过程
四、学情分析通过第
二、三章的学习,学生对基因是什么以及基因能够决定生物体性状有了一定的科学认识,并已经对基因究竟是如何起作用的产生了浓厚的兴趣,教师可充分利用开头的“问题探讨”、本节的插图,设计一些深入浅出、环环相扣的问题来引导学生进行阅读、思考、讨论,让学生从中体会科学探究的方法和乐趣
五、教学方法、教师讲述、举例、图示、启发与学生阅读、思考、讨论探索相结合
1、学案导学
六、课前准备、学生的学习准备完成课前预习学案,提出疑惑、教师的教学准212备课前预习学案、课内探究学,案、课后训练与提高、基因控制蛋白质合成的多媒体课件、信使和转运结构对比图片RNA RNA七.课时安排课时2八.教学过程第一课时㈠预习检查、总结疑惑㈡情境导入、展示目标问当我们认识到基因的本质后,能不能利用这一认识,分析现实生活中一些具体的问题呢?II例如,在现实生活中,我们能不能像电影《侏罗纪公园》中描述的那样,利用恐龙的使恐龙DNA,复活呢?如果能利用恐龙的使恐龙复活,你认为主要要解决什么问题?DNA引导组织学生阅读第章的章图请学生阅读章图中的文字和图解,询问学生看懂了什P614么,又产生了哪些问题学生阅读思考讨论并回答需要使恐龙上的基因表达出来,表现恐DNA龙的特性K设计意图1此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用,又是如何发挥作用的从而激起学生兴趣并引入新课,即懂得基因表达的含义集中学生注意力,明确学习目标㈢合作探究,精讲点拨讨论遗传物质一般都存在于细胞核中,而蛋白质的合成则是在细胞质的核糖体上进DNA行的,那么细胞核中的是如何控制细胞质中蛋白质的合成过程的?引导学生推断可能的两DNA种途径(直接或间接),然后讨论哪种途径是可行的好比具有不同语言的两个国家间的交往一样,必须时常委派一些能懂这两国语言的使者才能进行友好往来使学生知道细胞核中所DNA携带的遗传信息也必须通过中间媒介传递到细胞质中,才能指导蛋白质的合成教师讲述大量的科学实验表明,信息的传递不是由直接传递给蛋白质的,而是在细DNA胞核中先把的遗传信息传递给然后进入细胞质中,在蛋白质合成中起模板作用DNA RNA,RNA我们把这种形象地叫做信使简写为此外还有转运也叫以及核糖体RNA RNA,mRNAo RNA,tRNA,也叫RNA,rRNAoK问X只有一条链,它的结构组成与有什么异同点呢?RNA DNA学生阅读图师生讨论共同完成,教师适时归纳总结并演示表格内容p634-3,RNA与DNA的比较项目DNA RNA基本单位脱氧核甘酸核氧核甘酸五碳糖脱氧核糖核糖碱基A、G、C、T A、G、C、U无机酸磷酸磷酸类型常为一种类型信使RNA mRNA转移RNA tRNA核糖体RNA rRNA分布主要在细胞核,少量在细胞主要在细胞质,质少量在细胞核(如核仁)一般是单链「(且比DNA短,能通结构双螺旋结构过核孔)教师讲述相当于总司令在战争中,如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥,就会影DNA响他指挥全局被核膜限制在细胞核内,必须先把遗传信息传给这一过程称为转录DNA mRNA,K问1为什么mRNA适于作DNA的信使呢?DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的?结合多媒体课件或图示教师精讲点拨
①DNA双螺旋解开,DNA双链的碱基得以暴露,其中一条链提供准确模板;
②游离的核甘酸随机地与链的碱基碰撞,当核甘酸的碱基与的碱基互补时,两者以氢DNA DNA键结合
③新结合的核甘酸连接到正在合成的mRNA分子上;
④合成的mRNA从DNA链上释放,而后,DNA双链恢复学生听讲、阅读、思考,师生讨论共同完成以上问题,即
①mRNA为单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中;
②转录成的的碱基序列,与供转录用的RNA DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系,与双链间碱基互补配对不同的是,链中DNA RNA与链的配对的是不是这样转录出的这个mRNA与DNA AU,T DNA另一条链的碱基序列基本相同,只.是链上的位置,链上是从而保证了转录的准DNA TRNA U,确性教师讲述转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律,等等可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度进行对比分析学生思考、讨论,教师指导、补充,最后归纳,并演示以下表格DNA两大功能的执行情况比较(表二)DNA的功复制遗传信息表达遗传信息翻译(待学)能概念以亲代DNA为模板合以DNA中的一条链为模成子代DNA的过程板,合成mRXA的过程时间减数第一次分裂间期在生长发育的连续过程中或有丝分裂间期场所在细胞核(主要),线粒体,叶绿体条模以DNA的两条链为模以DNA的一条链为模板件板板原四种游离的脱氧核甘四种游离的核糖核苜酸料酸酶DNA解旋酶,DNA聚合DNA解旋酶,RNA聚合酶等酶等能需要ATP量碱基配A—T,T—A,G—C,对原则C-G A一U,U—A,G-C,C-G过程
①DNA双螺旋解开,其中一条链提供准确模板;
②按照碱基互补配对原则,
①DNA双螺旋解开,每形成mRNA;
③合成的mRNA条链提供准确模板;从DNA链上释放,而后,
②按照碱基互补配对DNA双链恢复原则,各自合成子链;
③子、母链结合盘绕形成两个新DNA分子产物两个一样的双链DNA一条单链的mRNA分子特点边解旋边复制,半保留边解旋边转录,双链DNA式复制,(半不连续分子全保留式转录(可有连续,可有多个起始多个基因同时转录)点)亲代DNA->子代DNA DNA-mRNA遗传信息的传通过RNA将遗传信息反映到蛋白质递方向分子结构上,使后代重现亲代性状计算规DNA(基因)中的碱基mRNA分子中的碱基数蛋白质“多肽链”中氨基酸数(二律参加转运的tRNA)数(3n)(=mRNA分子中的密码子数)(n)6n㈣反思总结,当堂检测引导学生反思总结本节主要内容,当堂检测,及时反馈纠正
(五)发导学.案,布置预习DNA将遗传信息传给mRNA后,后者将通过核孔进入细胞质内,nRNA又是如何指导蛋白质合成的呢?这节课后大家先预习这一部分,并完成课后延伸拓展作业第二课时㈠预习检查、总结疑惑㈡情境导入、展示目标转录得到的RNA仍是碱基序列,而不是蛋白质那么,RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢?mRNA如何将信息翻译成蛋白质?并展示本节的学习目标㈢合作探究,精讲点拨教师提出翻译的概念,即游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程,称为遗传信息的翻译K问1翻译过程中上的碱基是如何决定蛋白质中的氨基酸的?mRNA()请学生先答出组成蛋,白质的氨基酸的种类以及蛋白质多样性的原因?即:一般有种;120蛋白质多样性是由氨基酸种类、数量、排列顺序及空间结构决定()思考:氨基酸有种,的220氨基酸呢?而信使只有四种碱基(、、、)如何决定种RNA AC CU,20逻辑推理一个碱基决定一个氨基酸,两个碱基决定一个氨基酸,只能决定种,不行;441=4,三个碱基决定一个氨基酸,只能决定种,不行;1642=16,只能决定种,足够有余6443=64,教师简介密码子的发现过程年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使上的三个相邻碱基决定1961RNA的美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同事用人工合成方式,首先阐明了遗传密码的第一个字即决定苯丙氨酸的密码子年科学家已将种氨基酸的密码子全部破译投影显示---UUU,196720种氨基酸的密码子表并解说20学生查密码子表,分析密码子的特点,练会查表()游离于细胞质基质中的氨基酸是怎样到达核糖体并按一定排列顺序形成蛋白质呢?3学生活动阅读教材并回答:需要一种搬运工具搬运--即另一种(转运P65-66RNA RNA,即)tRNA教师出示转运模型图并讲解:转运种类很多,但每种转运只能识别并转RNA RNA RNA运种氨基酸这是因为在转运的一端是携带氨基酸的部位,另一端有个碱基,能专一性1RNA3地与信使上的特定的个碱基(即密码子)配对例如:信使上的三个碱基就是一RNA3RNA AAA个密码,转运中转运赖氨酸的转运一端的三个碱基是只有它才能按照碱基互补配RNA RNAUUU,对原则配对指导学生进行以下比较,师生共同整理归纳•我们再次比较三种的功能.1RNA,比较遗传信息、遗传密码和反密码子2(答案略)教师继续讲述由于核糖体中的信使中有许多密码子,每个密码子与转运特定氨基酸RNA的转运能够碱基配对,这样它才能对号入座也就是说一种转运在哪个位置上对号人RNA RNA座是靠转运的三个碱基去识别而位置则是信使按遗传信息预先定了的,同时课件展RNA RNA示蛋白质合成示意图mRNA进入细胞质,与核糖体结合,当转运运载着一个氨基酸进入到核糖体以后,就以RNA信使为模板,按照碱基互补配对原则,把转运来的氨基酸放在位点上,第二个转运RNA1RNA携带相应的氨基酸以同样的方式进入位点此时这两个氨基酸形成肽键,并且第一个氨基酸与它2,的转运分离,并转移到第二个转运上与此同时,核糖体沿着信使继续滑动三个RNA RNARNA碱基的位置,并读取下一个密码子,第一个转运开核糖体,第二个转运进入位点新RNARNA1,的转运携带相应氨基酸进入位点2o上述过程如此往复地进行,肽链也就不断地延伸,直到RNA信使上出现终止密码子为止RNA肽链合成以后,从信使上脱离开来,,再经过细胞质内的某些细胞器(如内质网、RNA高尔基体等)的加工如盘曲折叠螺旋,最终合成一个具有一定氨基酸顺序的有一定功能的蛋白质分子学生听讲、思考,并尝试归纳以下问题K问U
1.氨基酸如何进入核糖体?
2.核糖体上有几个翻译的位点?
3.核糖体移动的方向?
4.肽链如何形成?学生看图思考、讨论回答(答案略),并组织学生继续完成翻译与转录、复制过程的异同点的对比(完成下表)DNA的功复制遗传信息表达遗传信息能转录翻译(待学)概念以亲代DNA为模板合以DNA中的一条链为模游离在细胞质中的各种氨基酸,以成子代DNA的过程板,合成mRNA的过程mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程时间减数第一次分裂问期在生长发育的连续过程中在生长发育的连续过程中或有丝分裂间期场所在细胞核(主要),线粒体,叶绿体在细胞质的核糖体上条模以DNA的两条链为模以DNA的一条链为模板以mRNA为模板件板板20种氨基酸原四种游离的脱氧核四种游离的核糖核甘酸料昔酸(各种合成酶等)酶DNA解旋酶,DNA聚合DNA解旋酶,RNA聚合酶等酶等需要ATP能量碱基配A—T,T—A,G—C,A—U,U-A,G-C,C-A—U,U—A,G—C,C—G对原则C—G G过程
①DNA双螺旋解开,每
①DNA双螺旋解开,其中
①mRNA进入细胞质,与核糖体结一条链提供准确模板;
②条链提供准确模板;合,mRNA作为模板;按照碱基互补配对原则,
②按照碱基互补配对
②按照碱基互补配对原则与mRNA;形成
③合成的原则,各自合成子链;mRNA上每三个碱基配对的tRNA运载着从链上释放,
③学、母链结合盘绕mRNA DNA氨基酸进入核糖体;以mRNA上的而后,双链恢复DNA遗传密码顺序,把一定的氨基酸放在相应的位置,合成有一定的氨基酸序列的蛋白质形成两个新分子DNA一条单链的mRNA产物两个一样的双链DNA具有特定氨基酸序列的蛋白质分子特点边解旋边复制,半保留边解旋边转录,双链DNA一个mRNA分子上可以象机结合多式复制,半不连续连分子全保留式转录可有个核糖体,同时进行多条肽链的合续,可有多个起始点多个基因同时转录成,翻译界素后,mRNA分解成蛋个核甘酸亲代DNA->子代DNA DNAfgRNA遗传信通过RNA将遗传信息反映到蛋白质息的传分子结构上,使后代重现亲代性状递方向计算规DNA基因中的碱基mRNA分子中的碱基数蛋白质“多肽链”中氨基酸数律数二参加转运的tRNA=mRNA分子中的密码子数6n3nn教师归纳,并突出强调.信使的遗传信息即碱基排列顺序是由决定的a RNA DNA转运携带的氨基酸如赖氨酸、丙氨酸能在蛋白质的氨基酸顺序的哪一个位置上是由信b,RNA使决定的,归根到底是由的特定片段基因决定的,由于分子的多样性,就决RNADNADNA定了蛋白质分子的多样性㈣反思总结,当堂检测师生共同归纳总结遗传信息的传递,当堂检测,及时反馈纠正㈤发导学案,布置预习九.板书设计第一节基因指导蛋白质的合成
1.转录1在细胞核中,以DNA双链中的一条为摸板合成mRNA的过程2「
①信使将基因中的遗传信息传递到蛋白质上,是链状的;mRNA,
②转运三叶草结构,识别遗传密码和运载特定的氨基酸;RNA1RNA tRNA,单链【
③核糖体是核糖体中的RNA rRNA,RNA3过程场所、摸板、条件、原料、产物、去向等
2.翻译1在细胞质的核糖体上,氨基酸以mRNA为摸板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程2实质将mRNA中的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列364个密码子mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基其中这是起始密码;、、为终止密码AUG,UAG UAAAGA4翻译过程小结遗传信息的传递■琴比4(基因)曳主+蛋白质(性状)i RNAJ逆转录••一十.教学反思本节教材的特点之一是插图多而复杂尤其是转录过程流程图、翻译过程流程图和一个分子上的多个核糖体同时合成多条肽链示意图等备课时教师要仔细分辨并揣摩插图所表mRNA达的意思,并能将不同的插图内容与教学流程有机的结合起来,还要分清主次和轻重本节教学需要师生之间有良好的互动基础,教师应设计运用好问题串,以利于将问题步步深入,营造出探求、推理和发现的科学研究氛围,诱导学生积极应答,参与讨论,使教学活动能够顺利推进还要注意教学推进的层次感,即问题要从细胞水平深入到分子水平,最后仍要回归到细胞水平,以此引导学生从不同层次上认识基因表达的意义。