高中生物人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第四章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成教学设计

第四章第1节  基因指导蛋白质的合成

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DNA与RNA结构的比较、核糖与脱氧核糖的比较、三种不同种类的RNA以及遗传密码的组成。在处理主干和侧枝内容关系时，要合理分配时间，明确不同层次的教学要求。

二、   教学目标

1、   知识目标：

⑴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

2、能力目标

⑴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

1、       教师讲述、举例、图示、启发与学生阅读、思考、讨论探索相结合。

2、             学案导学

六、课前准备

1、学生的学习准备：完成课前预习学案，提出疑惑

2、教师的教学准备：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RNA和转运RNA结构对比图片

七．课时安排：2课时

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？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DNA，使恐龙复活呢？

如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？

引导组织学生阅读P61第4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DNA上的基因表达出来，表现恐龙的特性。

〖设计意图〗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DNA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行的，那么细胞核中的DNA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DNA所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DNA直接传递给蛋白质的，而是在细胞核中先把DNA的遗传信息传递给RNA，然后RNA进入细胞质中，在蛋白质合成中起模板作用。我们把这种RNA形象地叫做信使RNA，简写为mRNA。此外还有转运RNA，也叫tRNA,以及核糖体RNA，也叫rRNA。

〖问〗RNA只有一条链，它的结构组成与DNA有什么异同点呢？

学生阅读p63图4-3，师生讨论共同完成，教师适时归纳总结并演示表格内容：

RNA与DNA的比较

教师讲述：DNA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，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，必须先把遗传信息传给mRNA，这一过程称为转录。 〖问〗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游离的核苷酸随机地与DNA链的碱基碰撞，当核苷酸的碱基与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。

③新结合的核苷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RNA的碱基序列，与供转录用的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T。这样转录出的这个mRNA与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U，从而保证了转录的准确性。

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）

㈣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

㈤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，mRNA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。

〖问〗翻译过程中mRNA上的碱基是如何决定蛋白质中的氨基酸的?

(1)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20种；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的。

(2)思考:氨基酸有20种，而信使RNA只有四种碱基(A、C、C、U)，如何决定20种氨基酸呢?

    逻辑推理:

一个碱基决定一个氨基酸，只能决定4种，41=4，不行；

两个碱基决定一个氨基酸，只能决定16种，42=16，不行；

三个碱基决定一个氨基酸，只能决定64种，43=64，足够有余。

    教师简介密码子的发现过程:

    1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使RNA上的三个相邻碱基决定的。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---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。投影显示20种氨基酸的密码子表并解说。

学生查密码子表，分析密码子的特点，练会查表。

(3)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?

    学生活动：阅读教材P65～66并回答:需要一种搬运工具搬运--即另一种RNA(转运RNA,即tRNA)。

    教师出示转运RNA模型图并讲解:转运RNA种类很多，但每种转运RNA只能识别并转运1种氨基酸。这是因为在转运RNA的一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基，能专一性地与信使RNA上的特定的3个碱基(即密码子)配对。例如:信使RNA上的三个碱基AAA就是一个密码，转运RNA中转运赖氨酸的转运RNA一端的三个碱基是UUU，只有它才能按照碱基互补配对原则配对。

指导学生进行以下比较，师生共同整理归纳：

1.我们再次比较三种RNA的功能。

2.比较遗传信息、遗传密码和反密码子。

（答案略）

教师继续讲述：由于核糖体中的信使RNA中有许多密码子，每个密码子与转运特定氨基酸的转运RNA能够碱基配对，这样它才能对号入座。也就是说一种转运RNA在哪个位置上对号人座是靠转运RNA的三个碱基去识别。而位置则是信使RNA按遗传信息预先定了的，同时课件展示蛋白质合成示意图：

mRNA进入细胞质，与核糖体结合，当转运RNA运载着一个氨基酸进入到核糖体以后，就以信使RNA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1上，第二个转运RNA携带相应的氨基酸以同样的方式进入位点2，此时这两个氨基酸形成肽键，并且第一个氨基酸与它的转运RNA分离，并转移到第二个转运RNA上。与此同时，核糖体沿着信使RNA继续滑动三个碱基的位置，并读取下一个密码子，第一个转运RNA开核糖体，第二个转运RNA进入位点1，新的转运RNA携带相应氨基酸进入位点2。上述过程如此往复地进行，肽链也就不断地延伸，直到信使RNA上出现终止密码子为止。

　　肽链合成以后，从信使RNA上脱离开来，再经过细胞质内的某些细胞器（如内质网、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：

〖问〗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）

教师归纳，并突出强调:

a.信使RNA的遗传信息即碱基排列顺序是由DNA决定的。

b.转运RNA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使RNA决定的，归根到底是由DNA的特定片段(基因)决定的，由于DNA分子的多样性，就决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（mRN A），将基因中的遗传信息传递到蛋白质上，是链状的；

RNA    ② 转运RNA（tRNA），三叶草结构，识别遗传密码和运载特定的氨基酸；

（单链） ③ 核糖体RNA（rRNA），是核糖体中的RNA。

 （3）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。

（3）（64个）密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。

其中AUG，这是起始密码；UAG、UAA、AGA为终止密码。

（4）翻译过程

小结：遗传信息的传递

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mRNA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。