基因的表达
详细内容
教学设计方案
【教学重点、难点、疑点及解决办法】
1．教学重点：染色体、DNA和基因三者之间的关系和基因的本质。
2．教学难点：基因控制蛋白质合成的过程和原理。
3．教学疑点：
（1）蛋白质和性状的关系。
（2）DNA的两条链都能转录吗？
4．解决办法：
（1）强调是重要的基本概念，引起学生重视。
（2）加强三者之间关系的举例与解析。
（3）配合图示（课本第12页图6－7）说明染色体和基因间的关系。
（4）重视学生阅读、理解和记忆。
（5）对遗传效应的内容要举例解释清楚。
（1）运用蛋白质合成示意图形象说明转录、翻译的场所、模板、原料、工具等；
（2）对RNA和DNA的组成进行比较，RNA的种类及每种RNA的功能要举例讲清楚；
（3）注意t RNA的反密码子和所携带的氨基酸的密码子不要混淆；
（4）对3种碱基互补配对原则“要挑出来讲明用途”；
（5）用电报的信息转换类比说明转录、翻译的概念。
（1）蛋白质与性状――举例说明不同的蛋白质结构就是不同的性状。基因控制蛋白质的合成，就是控制性状。
（2）DNA的两条链都能转录吗？――不能。对还有疑问的学生用DNA结构挂图或书中的插图讲解说明两条链方向不同。（注：转录的只是其中一条链即35－55链，这在DNA的立体结构中已埋下伏笔）。
【课时安排】 2课时。
【教学过程】
第一课时
引言：DNA分子是怎样控制遗传性状的呢？现代遗传学的研究认为，基因是决定生物性状的基本单位。那么，基因与DNA有什么关系呢？
1．基因是有遗传效应的DNA片段
讲述：每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多基因，基因是什么？
（l）基因的概念：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。
此概念有三个要点：
①基因是有遗传效应的DNA片段
这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应（指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能）。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。
②基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位
举例：豌豆高茎基因控制高的性状，使豌豆长到大约2米高；豌豆矮茎基因控制矮的性状，使豌豆长到约30厘米。
紫茉莉红花的基因控制红花性状，开红花。
狗的直毛有直毛基因控制；人的黑发有黑发基因控制。
③基因是控制性状的遗传物质的结构单位
控制某种性状的基因有特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信息，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状的表达，故基因是结构单位。
例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。
（2）基因的位置：染色体是基因的载体，基因在染色体上呈直线排列（银幕显示第12页图6－7：果蝇某一条染色体上的几个基因）。
问：那么，构成DNA的基本单位是什么？
学生答出：脱氧核苷酸。
又问：有几种脱氧核苷酸？
学生回答：4种（它们分别是：略）
（3）基因的化学组成：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。
讲述：基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。例如：白花基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，这样特定的排列顺序就代表白花的遗传信息。上一代传给下一代的是遗传信息而不是白花的本身，在下一代就可以将白花遗传信息表达为白花。
（4）基因不同的实质：不同的基因，四种脱氧核苷酸的排列顺序不同，但是每个基因都有特定的排列顺序（可举例说明之入
学生看书12－13页《基因――有遗传效应的DNA片段》。
要求：
①对基因的概念在理解的基础上记忆，这是一个很重要的基本概念。
②理解基因一DNA―染色体之间的关系。
教师最后归纳：基因是DNA分子上具有一定遗传效应的DNA片段，在染色体上呈直线排列，是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。
2．基因的表达
讲述：基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状，遗传学上把这一过程叫做基因的表达。如：
从上述图示中可以看到，复制和表达遗传信息是基因的基本功能。那么，是如何表达的呢？
3．基因控制蛋白质的合成
讲述：生物的性状主要通过蛋白质来体现的。比如，鱼的肌肉由鱼的肌肉蛋白质来体现；牛的肌肉由牛的肌肉蛋白质来体现；鸡的肌肉由鸡的肌肉蛋白质来体现。我们能吃出鱼肉、牛肉、鸡肉味道的不同，就是因为它们的蛋白质结构不同，因而体现了各自不同的性状。
基因控制性状就是通过控制蛋白质合成来实现的。基因可比喻为导演，蛋白质可比喻为演员。基因主要存在于细胞核的染色体上（细胞核基因），而合成蛋白质是在细胞质里进行的。
那么，遗传信息怎样由细胞核到细胞质呢？这需要通过另一种核酸――RNA。
银幕显示DNA和RNA的区别，让学生比较不同之处。
RNA与DNA的区别有两点：
①嘧啶碱有一个不同。RNA是尿嘧啶，DNA则为胸腺嘧啶。
②五碳糖不同：RNA是核糖，DNA是脱氧核糖，这样一来组成RNA的基本单位就是核糖核苷酸，DNA则为脱氧核苷酸。
（三）总结
遗传的主要物质是DNA，基因是有遗传效应的DNA片段，在染色体上呈直线排列，基因的不同就是脱氧核苷酸排列顺序不同，不同的基因含有不同的遗传信息。
基因控制性状就是通过控制蛋白质合成来实现的，DNA的遗传信息又是通过RNA来传递的。
（四）布置作业
1．细胞内与遗传有关的物质，从简单到复杂的结构层次是（ ）
A．基因→DNA→脱氧核苷酸→染色体
B．脱氧核苷酸→基因→DNA→色体
C．脱氧核苷酸→基因→染色体→DNA
D．基因→脱氧核苷酸→染色体→DNA
2．下列哪一组物质是RNA的组成成分（ ）
A．脱氧核糖 碱基和磷酸
B．脱氧核糖 核酸和磷酸
C．核糖 嘧啶和核酸
D．核糖 碱基和磷酸
3．构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位――核苷酸有多少种（ ）
A．2种 B．4种 C．5种 D．8种
答案：1．B 2．D 3．D
4．课本第17反复习题一，1；四。
（五）板书设计
（三）基因的表达
1．基因是有遗传效应的DNA片段
（l）基因的概念：三个要点
（2）基因的位置：在染色体上呈直线排列
（3）基因的化学组成
（4）基因不同的实质
2．基因的表达
3．基因控制蛋白质的合成
DNA和RNA的比较
T→U；脱氧核糖→核糖
第二课时
（一）明确目标
显示本堂课应达到的学习目标。
1．基因控制蛋白质的合成：转录和翻译（B：识记）。
2．基因控制性状的原理（B：识记）。
银幕显示：
①发报人发报图像 接报电文的图像
②遗传信息表达的类比如下：
电报信息表达：
― οο ―οο 0130 0117 你好
（二）重点、难点学习与目标完成过程
复习提问：什么是基因？什么是基因的表达？
举例说明。
学生回答：略。
引言：我们知道，发电报要经信息转换，再由密码翻译成中文。基因控制蛋白质合成要经过“转录”和“翻译”两个重要步骤，如何“转录”和“翻译”，我们这节课来学习。
（2）蛋白质合成过程
讲述：
①转录
a．概念：指以DNA的一条链为模板，按照A――U、G――C、T――A、C――G碱基互补配对原则，合成信使RNA的过程。
b．场所：细胞核内。
c．信息传递方向：DNA→信使RNA。
d．转录的过程：
讲解：
②翻译
a．概念：是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
b．场所：mRNA经核孔进入细胞质中与核糖体结合。
C．信息传递方向：mRNA→一定结构的蛋白质。
d．翻译过程。
设问：蛋白质多样性的原因？
学生答出：组成蛋白质的氨基酸种类较多（20种），氨基酸数目巨大，氨基酸的排列顺序千变万化，肽链的空间结构也变化多端。
请同学们想想：氨基酸有20种，mRNA有四种核苷酸，四种碱基A、G、C和U是如何决定20种氨基酸的呢？
和同学一起讨论（用排列组合）：
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定4种，即 不可以
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定16种，即 不可以
如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定64种，即 完全可以，还有多
实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定，即三联体密码子。
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密码子――UUU，即决定苯丙氨酸的密码子。1967年科学家已将20种氨基酸的密码子全部破译。（此时出示教材第14页表6－120种氨基酸的密码子表，并解说）。
教师归纳：其64个密码子，其中3个终止密码，2个起始密码，一种密码子代表一种氨基酸，有的氨基酸只有一个密码子，如色氨酸UGG，有的氨基酸不止一个密码子。
问：我们在上学期这一章细胞里讲过了，把氨基酸合成蛋白质的场所在哪里？
学生答出：细胞质的核糖体。
讲述：核糖体里并没有现成的氨基酸，氨基酸存在于细胞质基质中，人体氨基酸的来源的主要途径是食物消化、吸收和运输。细胞质基质中的氨基酸要进入核糖体需要经过搬运工搬运――即另一种RNA，转运RNA。一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸（此时出示三叶草型转运RNA模式图，对着图讲解）。
讲述：每种转运RNA只能识别并转运一种氨基酸。转运RNA的另一端有三个碱基即反密码子，能与mRNA的密码子配对。
例如（此时银幕出现课本第15页图6－10蛋白质合成示意图），指着图中第一个转运RNA的位置讲，信使RNA上的三个碱基GUU就是一个密码子，tRNA一端的三个碱基CAA是反密码子，只能是反密码子专一地和密码子按碱基互补原则（A―U、G―C．T―A、C―G）配对。当转运RNA运载着1个氨基酸进入到核糖体后，就以mRNA为模板，按照碱基互补配对原则，把转运来的氨基酸放在相应的位置上。转运完毕后，转运RNA离开核糖体，又去转运下一个氨基酸。
总之，核糖体中的mRNA有许多“密码子”，每个“密码子”与转运特定氨基酸的转运RNA的“反密码子”，能够碱基配对的，才能对号入座。也即是说一种转运RNA在哪个位置上对号入座是靠转运RNA的“反密码子”去识别，而位置则是mRNA按遗传信息预先定了的。
当核糖体接受四个氨基酸以后，第二个氨基酸就会被移至第一个氨基酸的位置上，并通过肽键与第一个氨基酸连接起来，与此同时，核糖体在RNA上也移动三个碱基的位置，此过程往返地进行，肽链就不断地延伸，直到出现终止密码子为止。
从mRNA上脱离合成的多肽链经盘曲折叠成为有一定功能的蛋白质。
4．基因对性状的控制
讲述：生物的一切遗传性状都是受基因控制的。因为基因中的脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序，信使RNA中碱基排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。
（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状
举例：酪氨酸酶缺乏是由于基因不正常等。
（2）通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状
举例：控制血红蛋白结构的基因不正常，就会合成结构异常的血红蛋白而患病等。
（三）总结
基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个过程，转录是以DNA的一条链为模板，合成mRNA。这样，基因中的遗传信息就传递到mRNA上。
翻译是以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。它包括①mRNA从核孔进入到细胞质中，与核糖体结合起来；②转运氨基酸；③安放氨基酸；④合成多肽链、并盘曲折叠成有一定功能的蛋白质等四个主要步骤。
（四）布置作业
课本第17页复习题一、2；二；三。
（五）板书设计
（2）蛋白质的合成过程
①转录：以DNA一条链为模板，合成mRNA的过程
②翻译，以mRNA为模板，合成具有一定或基酸顺序的蛋白质的过程
4．基因对性状的控制
（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状，
（2）通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。
基因控制蛋白质合成：银幕显示一览表