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2019-2020年高中生物 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成 第2課示范教案 新人教版 ●教學(xué)過(guò)程 ［課前準(zhǔn)備］ 教師：1.制作PowerPoint演示文稿和翻譯過(guò)程的Flash動(dòng)畫(huà)。 2.檢查學(xué)生翻譯剪貼畫(huà)材料準(zhǔn)備的情況。 學(xué)生：以八個(gè)人為學(xué)習(xí)小組，用各色彩紙按教材圖4－6剪出一個(gè)核糖體、幾種氨基酸和5個(gè)三葉形的tRNA，并準(zhǔn)備雙面膠和50 cm50 cm的白紙一張。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 教師：從上一節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識(shí)到mRNA合成之后，通過(guò)核孔到達(dá)細(xì)胞質(zhì)的核糖體上，直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。遺傳學(xué)上把以信使RNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程叫做翻譯。但是我們知道，蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組成的，氨基酸上有堿基與mRNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)嗎？ 學(xué)生：沒(méi)有。 教師：是什么把mRNA和氨基酸聯(lián)系起來(lái)的呢？它們有什么對(duì)應(yīng)關(guān)系呢？這好比我們把英文翻譯成中文時(shí)查閱英漢詞典，正是借助于英文詞與漢字的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們才能將一篇英文翻譯成漢語(yǔ)。而信使RNA上的堿基只有四種（A、G、C、U），那么，這四種堿基是怎樣決定蛋白質(zhì)上的20種氨基酸的呢？下面請(qǐng)同學(xué)們用數(shù)學(xué)的方法來(lái)推測(cè)。 ［師生互動(dòng)］ （二）遺傳信息的翻譯 教師：組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，RNA有四種核苷酸，四種堿基AGCU，如何決定20種氨基酸？請(qǐng)各學(xué)習(xí)小組把推理過(guò)程寫(xiě)出來(lái)。 學(xué)生的邏輯推理：（用銀幕展示） 一個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定4種，41=4，不行。 兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定14種，42=16，不行。 三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定64種，43=64，足夠有余。 教師：同學(xué)們推理得真好！其實(shí)同學(xué)們所做的也就是破解遺傳密碼過(guò)程的一步。1961年英國(guó)的克里克和同事用實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)氨基酸是由信使RNA的三個(gè)堿基決定即三聯(lián)體密碼子。也就是說(shuō)mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸，每3個(gè)這樣的堿基又稱(chēng)作1個(gè)密碼子。 1.對(duì)應(yīng)的氨基酸序列為：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—絲氨酸—賴(lài)氨酸—脯氨酸。 2.地球上幾乎所有的生物都共用一套密碼子，這一事實(shí)說(shuō)明地球上的所有生物都有著或遠(yuǎn)或近的親緣關(guān)系，或者生物都具有相同的遺傳語(yǔ)言，或者生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。 3.從密碼的簡(jiǎn)并性我們能認(rèn)識(shí)到：如果密碼子中的一個(gè)堿基發(fā)生變化，可能影響到蛋白質(zhì)氨基酸的種類(lèi)，也有可能蛋白質(zhì)氨基酸的種類(lèi)不發(fā)生變化（如GAU→GAC都決定天冬氨酸），這就保證了生物遺傳的相對(duì)穩(wěn)定性，又使生物出現(xiàn)變異，從而促進(jìn)生物的發(fā)展進(jìn)化。 美國(guó)年輕的生物化學(xué)家尼倫伯格和同學(xué)用人工合成方式，首先闡明了遺傳密碼的第一個(gè)字——UUU，即決定苯丙氨酸的密碼子。1967年科學(xué)家已將20種氨基酸的密碼全部破譯。銀幕出示密碼表并結(jié)合思考和討論三（課本P65）。 各個(gè)學(xué)習(xí)小組展開(kāi)討論，教師總結(jié)討論結(jié)果。銀幕展示如下： 教師：討論到這里，請(qǐng)同學(xué)們想一想氨基酸是在什么場(chǎng)所合成的？ 學(xué)生：核糖體。 教師：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，就與蛋白質(zhì)的“裝配機(jī)器”——核糖體結(jié)合起來(lái)，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線(xiàn)”。有了“生產(chǎn)線(xiàn)”，還要有“工人”，才能生產(chǎn)產(chǎn)品。那么，游離在細(xì)胞質(zhì)的氨基酸是怎樣運(yùn)送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線(xiàn)”上的呢？也是說(shuō)這個(gè)“工人”是誰(shuí)呢？ 學(xué)生：tRNA。 教師：用PowerPoint演示教材圖4－5 tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖。 教師：細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸要進(jìn)入核糖體是靠搬運(yùn)工tRNA——搬運(yùn)來(lái)完成的，一種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種特定的氨基酸。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的另一端有三個(gè)堿基，能與信使RNA堿基相配對(duì)。例如：信使RNA上的三個(gè)堿基AUG就是一個(gè)三聯(lián)體密碼子，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA中轉(zhuǎn)運(yùn)甲硫氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA一端的三個(gè)堿基是UAC，只有它才能按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則配對(duì)。因此，信使RNA中的AUG，叫做一個(gè)“密碼子”，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的UAC叫做“反密碼子”，轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的RNA一端的三個(gè)堿基是CGA就不能去和信使RNA中的AUG配對(duì)?？傊?，核糖體中的信使RNA有許多“密碼子”，每個(gè)“密碼子”與轉(zhuǎn)運(yùn)特定氨基酸的RNA能夠堿基配對(duì)，才能對(duì)號(hào)入座。也就是說(shuō)一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA在哪個(gè)位置上對(duì)號(hào)入座是靠轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的反密碼子去識(shí)別，而位置則是信使RNA按遺傳信息預(yù)先定了的。（以上內(nèi)容教師用翻譯過(guò)程的Flash動(dòng)畫(huà)展示，邊展示邊講解，講解完讓學(xué)生按教材圖4－6蛋白質(zhì)合成示意圖利用課前準(zhǔn)備的材料完成翻譯的過(guò)程） 學(xué)生：利用上節(jié)課轉(zhuǎn)錄成的mRNA模型作為翻譯的模板和課前準(zhǔn)備的材料按教材圖4－6動(dòng)手操作蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。學(xué)生主動(dòng)完成對(duì)翻譯過(guò)程的學(xué)習(xí)。 各個(gè)學(xué)習(xí)小組展示翻譯過(guò)程剪貼圖的剪貼成果。 教師：設(shè)計(jì)下列問(wèn)題檢查學(xué)生自主學(xué)習(xí)掌握的情況。銀幕展示如下：（劃線(xiàn)的部分由學(xué)生填寫(xiě)） 1.按圖4－6所示的正在合成的肽鏈的氨基酸序列是：甲硫氨酸—組氨酸—色氨酸—精氨酸—半胱氨酸—半胱氨酸—脯氨酸。 2.翻譯的起始碼是：AUG，GUG。 終止碼是：UAA，UAG，UGA。 3.決定氨基酸的密碼子有61種。 4.翻譯的位點(diǎn)：一個(gè)核糖體與mRNA的結(jié)合部位形成2個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)。一種tRNA攜帶相應(yīng)的氨基酸進(jìn)入相應(yīng)的位點(diǎn)。 5.肽鏈由各相鄰的氨基酸通過(guò)肽鍵連接形成。 6.翻譯的概念：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程，稱(chēng)為遺傳信息的翻譯。 ［教師精講］ 同學(xué)們的模擬操作完成得非常出色，從同學(xué)們的成果展示和問(wèn)題的回答可以看到同學(xué)們對(duì)這部分內(nèi)容掌握得不錯(cuò)，同學(xué)們的操作用了不少時(shí)間，實(shí)際上，在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個(gè)快速的過(guò)程。在37 ℃時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合肽鏈的速度約為每秒連接15個(gè)氨基酸。通常，一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成（展示教材的圖），因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)。 肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA復(fù)合物脫離，經(jīng)過(guò)一系列步驟，被運(yùn)送到各自的“崗位”，盤(pán)曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，開(kāi)始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。 我們?cè)倩氐教接懣铸埬芊駨?fù)活的問(wèn)題上來(lái)，答案是再清楚不過(guò)了：即使恐龍的DNA確實(shí)包含了全部的遺傳信息，復(fù)制僅為純技術(shù)問(wèn)題的話(huà)，我們也仍然無(wú)能為力。因?yàn)樗⒉幻枋鲆恢豢铸垼窍耖_(kāi)了一張?zhí)幏剑从?jì)算機(jī)的軟件），必須在另一頭母恐龍?bào)w（即計(jì)算機(jī)的硬件）內(nèi)去實(shí)行，也就是為了獲得子恐龍，仍然需要母恐龍。 ［評(píng)價(jià)反饋］ 用PowerPoint演示下列題目，學(xué)生搶答，統(tǒng)計(jì)正誤，進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋。 1.DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯分別形成 A.DNA、RNA、蛋白質(zhì) B.RNA、DNA、多肽 C.RNA、DNA、核糖體 D.RNA、DNA、蛋白質(zhì) 1.解析：DNA復(fù)制的產(chǎn)物是DNA，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是mRNA，翻譯的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，因此選A。 答案：A 2.一個(gè)DNA分子含有堿基60個(gè)，那么經(jīng)“翻譯”后合成的一條多肽鏈中最多含有肽鍵 A.10個(gè) B.9個(gè) C.30個(gè) D.29個(gè) 解析：基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成中，DNA上的堿基、mRNA上的堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系為6∶3∶1，所以翻譯成的多肽鏈有氨基酸10個(gè)，即有9個(gè)肽鍵，因此選B。 答案：B 3.遺傳密碼位于 A.蛋白質(zhì)分子上 B.DNA分子上 C.RNA分子上 D.信使RNA分子上 解析：遺傳學(xué)上把mRNA上相鄰的三個(gè)堿基稱(chēng)作一個(gè)密碼子，因此選D。 答案：D 4.若某肽鏈的第一個(gè)氨基酸的密碼子為AUG，那么控制這個(gè)氨基酸的DNA模板鏈上相應(yīng)的三個(gè)堿基的順序應(yīng)為 A.UAC B.AUG C.ATG D.TAC 解析：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則可知控制這個(gè)氨基酸的DNA模板鏈上的三個(gè)堿基的順序應(yīng)為：TAC。 答案：D 5.一條多肽鏈中有氨基酸1 000個(gè)，則作為合成該多肽的模板信使RNA和用來(lái)轉(zhuǎn)錄信使RNA的DNA分子分別至少要有堿基多少個(gè) A.3 000個(gè)和3 000個(gè) B.1 000個(gè)和2 000個(gè) C.3 000個(gè)和6 000個(gè) D.2 000個(gè)和4 000個(gè) 解析：利用基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成中，DNA上的堿基、mRNA上的堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系為6∶3∶1，計(jì)算可得C是正確的。 答案：C 6.一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的3個(gè)堿基為CGA，此RNA運(yùn)載的氨基酸是 A.酪氨酸（UAC） B.谷氨酸（GAG） C.精氨酸（CGA） D.丙氨酸（GCU） 解析：利用堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則和密碼子表可知此RNA運(yùn)載的氨基酸為丙氨酸（GCU）。 答案：D ［課堂小結(jié)］ 為了讓同學(xué)們能更好地理解本節(jié)的內(nèi)容，利用下表來(lái)概括本節(jié)的主要內(nèi)容，基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的轉(zhuǎn)錄和翻譯，如下： 階 段 項(xiàng) 目 轉(zhuǎn) 錄 翻 譯 定 義 在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的過(guò)程 以信使RNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程 場(chǎng) 所 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì)的核糖體 模 板 DNA的一條鏈 信使RNA 信息傳遞的方向 DNA→mRNA mRNA→蛋白質(zhì) 原 料 含A、U、C、G的4種核苷酸 合成蛋白質(zhì)的20種氨基酸 產(chǎn) 物 信使RNA 有一定氨基酸排列順序的蛋白質(zhì) 實(shí) 質(zhì) 是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 是遺傳信息的表達(dá) ［布置作業(yè)］ 1.練習(xí)（課本P67）。 2.自我檢測(cè)（課本P77）一、概念檢測(cè)。 ［課后拓展］ 1.用概念圖的形式畫(huà)出遺傳信息和基因的表達(dá)過(guò)程的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系。 2.圖4－1－1為人體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的一個(gè)過(guò)程。據(jù)圖分析并回答問(wèn)題： 圖4－1－1 （1）圖中所合成多肽鏈的原料來(lái)自___________和___________。 （2）圖中所示屬于基因控制蛋白質(zhì)合成過(guò)程中的___________步驟，該步驟發(fā)生在細(xì)胞的___________部分。 （3）圖中（Ⅰ）是___________。按從左到右次序?qū)懗觯á颍____________內(nèi)mRNA區(qū)段所對(duì)應(yīng)的DNA堿基的排列順序：____________________。 （4）該過(guò)程不可能發(fā)生在 A.神經(jīng)細(xì) 胞B.肝細(xì)胞 C.成熟的紅細(xì)胞 D.脂肪細(xì)胞 解析：本題所指的蛋白質(zhì)合成過(guò)程即基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，可分為轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)階段。從給出的圖形上看，有帶有堿基U的單鏈結(jié)構(gòu)，此為RNA；與球形結(jié)構(gòu)相結(jié)合，并有帶三個(gè)堿基的RNA在攜帶物質(zhì)運(yùn)輸，因此，判斷此過(guò)程為翻譯階段。 （1）蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)單位是氨基酸，由氨基酸縮合形成多肽鏈。由蛋白質(zhì)在體內(nèi)代謝過(guò)程可知，氨基酸可由食物經(jīng)小腸吸收而得到，也可以是自身蛋白質(zhì)分解而得的氨基酸再次加入到合成組織蛋白的過(guò)程中來(lái)，或經(jīng)氨基轉(zhuǎn)換作用自身合成。 （2）翻譯過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，圖中所示的箭頭形結(jié)構(gòu)代表氨基酸，Ⅰ則代表運(yùn)輸氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA），從核中出來(lái)的長(zhǎng)鏈狀信使RNA與（Ⅱ）核糖體結(jié)合，與轉(zhuǎn)運(yùn)RNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。因信使RNA在核中是以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄出來(lái)的，因而，信使RNA中的堿基排列順序與所對(duì)應(yīng)的DNA堿基排列順序是互補(bǔ)關(guān)系。 （3）基因控制蛋白質(zhì)合成發(fā)生在正常細(xì)胞的細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄為翻譯提供了信息上的準(zhǔn)備。本題所給的四類(lèi)細(xì)胞中，唯成熟的紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核，因而不能完成此過(guò)程。 答案：（1）食物 人體自身的分解 （2）翻譯 細(xì)胞質(zhì)（或核糖體） （3）tRNA（或轉(zhuǎn)運(yùn)RNA） 核糖體 TGATTCGAA （4）C ●板書(shū)設(shè)計(jì) （二）基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成