高中生物人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成第2课时教案设计

第2课时

●教学过程

［课前准备］

教师：1.制作PowerPoint演示文稿和翻译过程的Flash动画。

2.检查学生翻译剪贴画材料准备的情况。

学生：以八个人为学习小组，用各色彩纸按教材图4－6剪出一个核糖体、几种氨基酸和5个三叶形的tRNA，并准备双面胶和50 cm×50 cm的白纸一张。

［情境创设］

教师：从上一节课的学习，我们认识到mRNA合成之后，通过核孔到达细胞质的核糖体上，直接指导蛋白质的合成。遗传学上把以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。但是我们知道，蛋白质是由20种氨基酸组成的，氨基酸上有碱基与mRNA的碱基互补配对吗？

学生：没有。

教师：是什么把mRNA和氨基酸联系起来的呢？它们有什么对应关系呢？这好比我们把英文翻译成中文时查阅英汉词典，正是借助于英文词与汉字的对应关系，我们才能将一篇英文翻译成汉语。而信使RNA上的碱基只有四种（A、G、C、U），那么，这四种碱基是怎样决定蛋白质上的20种氨基酸的呢？下面请同学们用数学的方法来推测。

［师生互动］

（二）遗传信息的翻译

教师：组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，RNA有四种核苷酸，四种碱基AGCU，如何决定20种氨基酸？请各学习小组把推理过程写出来。

学生的逻辑推理：（用银幕展示）

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14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：同学们推理得真好！其实同学们所做的也就是破解遗传密码过程的一步。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的三个碱基决定即三联体密码子。也就是说mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基又称作1个密码子。

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。银幕出示密码表并结合思考和讨论三（课本P65）。

各个学习小组展开讨论，教师总结讨论结果。银幕展示如下：

教师：讨论到这里，请同学们想一想氨基酸是在什么场所合成的？

学生：核糖体。

教师：mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”——核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“工人”，才能生产产品。那么，游离在细胞质的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？也是说这个“工人”是谁呢？

学生：tRNA。

教师：用PowerPoint演示教材图4－5 tRNA的结构示意图。

教师：细胞质中的氨基酸要进入核糖体是靠搬运工tRNA——搬运来完成的，一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。转运RNA的另一端有三个碱基，能与信使RNA碱基相配对。例如：信使RNA上的三个碱基AUG就是一个三联体密码子，转运RNA中转运甲硫氨酸的转运RNA一端的三个碱基是UAC，只有它才能按碱基互补配对原则配对。因此，信使RNA中的AUG，叫做一个“密码子”，转运RNA的UAC叫做“反密码子”，转运氨基酸的RNA一端的三个碱基是CGA就不能去和信使RNA中的AUG配对。总之，核糖体中的信使RNA有许多“密码子”，每个“密码子”与转运特定氨基酸的RNA能够碱基配对，才能对号入座。也就是说一种转运RNA在哪个位置上对号入座是靠转运RNA的反密码子去识别，而位置则是信使RNA按遗传信息预先定了的。（以上内容教师用翻译过程的Flash动画展示，边展示边讲解，讲解完让学生按教材图4－6蛋白质合成示意图利用课前准备的材料完成翻译的过程）

学生：利用上节课转录成的mRNA模型作为翻译的模板和课前准备的材料按教材图4－6动手操作蛋白质的合成过程。学生主动完成对翻译过程的学习。

各个学习小组展示翻译过程剪贴图的剪贴成果。

教师：设计下列问题检查学生自主学习掌握的情况。银幕展示如下：（划线的部分由学生填写）

［教师精讲］

同学们的模拟操作完成得非常出色，从同学们的成果展示和问题的回答可以看到同学们对这部分内容掌握得不错，同学们的操作用了不少时间，实际上，在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37 ℃时，细菌细胞内合肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成（展示教材的图），因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。

肽链合成后，就从核糖体与mRNA复合物脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的“岗位”，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。

我们再回到探讨恐龙能否复活的问题上来，答案是再清楚不过了：即使恐龙的DNA确实包含了全部的遗传信息，复制仅为纯技术问题的话，我们也仍然无能为力。因为它并不描述一只恐龙，而是像开了一张处方（即计算机的软件），必须在另一头母恐龙体（即计算机的硬件）内去实行，也就是为了获得子恐龙，仍然需要母恐龙。

［评价反馈］

用PowerPoint演示下列题目，学生抢答，统计正误，进行评价反馈。

1.DNA复制、转录、翻译分别形成

A.DNA、RNA、蛋白质     B.RNA、DNA、多肽

C.RNA、DNA、核糖体     D.RNA、DNA、蛋白质

1.解析：DNA复制的产物是DNA，转录的产物是mRNA，翻译的产物是蛋白质，因此选A。

答案：A

2.一个DNA分子含有碱基60个，那么经“翻译”后合成的一条多肽链中最多含有肽键

A.10个    B.9个    C.30个    D.29个

解析：基因指导蛋白质的合成中，DNA上的碱基、mRNA上的碱基和氨基酸的数量关系为6∶3∶1，所以翻译成的多肽链有氨基酸10个，即有9个肽键，因此选B。

答案：B

3.遗传密码位于

A.蛋白质分子上  B.DNA分子上  C.RNA分子上  D.信使RNA分子上

解析：遗传学上把mRNA上相邻的三个碱基称作一个密码子，因此选D。

答案：D

4.若某肽链的第一个氨基酸的密码子为AUG，那么控制这个氨基酸的DNA模板链上相应的三个碱基的顺序应为

A.UAC    B.AUG    C.ATG    D.TAC

解析：根据碱基互补配对的原则可知控制这个氨基酸的DNA模板链上的三个碱基的顺序应为：TAC。

答案：D

5.一条多肽链中有氨基酸1 000个，则作为合成该多肽的模板信使RNA和用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基多少个

A.3 000个和3 000个      B.1 000个和2 000个

C.3 000个和6 000个      D.2 000个和4 000个

解析：利用基因指导蛋白质的合成中，DNA上的碱基、mRNA上的碱基和氨基酸的数量关系为6∶3∶1，计算可得C是正确的。

答案：C

6.一个转运RNA的3个碱基为CGA，此RNA运载的氨基酸是

A.酪氨酸（UAC） B.谷氨酸（GAG） C.精氨酸（CGA） D.丙氨酸（GCU）

解析：利用碱基互补配对的原则和密码子表可知此RNA运载的氨基酸为丙氨酸（GCU）。

答案：D

［课堂小结］

为了让同学们能更好地理解本节的内容，利用下表来概括本节的主要内容，基因指导蛋白质的合成的转录和翻译，如下：

［布置作业］

1.练习（课本P67）。

2.自我检测（课本P77）一、概念检测。

［课后拓展］

1.用概念图的形式画出遗传信息和基因的表达过程的实质性联系。

2.图4－1－1为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答问题：

图4－1－1

（1）图中所合成多肽链的原料来自___________和___________。

（2）图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的___________步骤，该步骤发生在细胞的___________部分。

（3）图中（Ⅰ）是___________。按从左到右次序写出（Ⅱ）_____________内mRNA区段所对应的DNA碱基的排列顺序：____________________。

（4）该过程不可能发生在

A.神经细         胞B.肝细胞   

C.成熟的红细胞       D.脂肪细胞

解析：本题所指的蛋白质合成过程即基因指导蛋白质的合成，可分为转录和翻译两个阶段。从给出的图形上看，有带有碱基U的单链结构，此为RNA；与球形结构相结合，并有带三个碱基的RNA在携带物质运输，因此，判断此过程为翻译阶段。

（1）蛋白质分子的结构单位是氨基酸，由氨基酸缩合形成多肽链。由蛋白质在体内代谢过程可知，氨基酸可由食物经小肠吸收而得到，也可以是自身蛋白质分解而得的氨基酸再次加入到合成组织蛋白的过程中来，或经氨基转换作用自身合成。

（2）翻译过程发生在细胞质中，图中所示的箭头形结构代表氨基酸，Ⅰ则代表运输氨基酸的转运RNA（tRNA），从核中出来的长链状信使RNA与（Ⅱ）核糖体结合，与转运RNA进行碱基互补配对。因信使RNA在核中是以DNA的一条链为模板转录出来的，因而，信使RNA中的碱基排列顺序与所对应的DNA碱基排列顺序是互补关系。

（3）基因控制蛋白质合成发生在正常细胞的细胞核与细胞质中，转录为翻译提供了信息上的准备。本题所给的四类细胞中，唯成熟的红细胞无细胞核，因而不能完成此过程。

答案：（1）食物  人体自身的分解  （2）翻译  细胞质（或核糖体）  （3）tRNA（或转运RNA）  核糖体  TGATTCGAA  （4）C

●板书设计

（二）基因指导蛋白质的合成

●习题详解

一、练习（课本P67）

（一）基础题

1.解析：利用碱基互补配对原则A—T、C—G、G—C、T—A、A—U、U—A。

答案：……TGCCTAGAA……  ……UGCCUAGAA……  3  3  半胱氨酸、亮氨酸和谷氨酸

2.解析：检查学生对密码子的认识。

答案：C

（二）拓展题

1.解析：检查学生查遗传密码表的能力。

答案：查密码子表可知以下九种密码子所决定的氨基酸（如下表）：

从表中可以看出，共有5种变化引起了氨基酸的变化。通过这个实例可知一种氨基酸可由多个密码子决定，61种决定氨基酸的密码子共决定20种氨基酸，这种密码子的简并保证了基因某一个碱基改变以后，控制合成的蛋白质中的氨基酸有可能没有发生变化，蛋白质的结构性质也不会发生变化，这就保证了生物遗传性状的相对稳定性，对于保持物种的稳定和发展具有重要意义。这个实例说明密码子的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。

2.提示：因为几个密码子可能编码同一种氨基酸，有些碱基序列并不编码氨基酸，如终止码等，所以只能根据碱基序列写出确定的氨基酸序列，而不能根据氨基酸序列写出确定的碱基序列。遗传信息的传递就是在这一过程中损失的。

二、思考和讨论二（课本P64）

1.最多能编码16种氨基酸。

2.一个氨基酸的编码至少需要3个碱基，共有43=64种不同的碱基组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。

三、思考和讨论三（课本P65）

1.对应的氨基酸序列为：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。

2.这一事实说明地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。

3.此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案作统一要求。可以从密码简并性的角度来解释，如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化（如GAU→GAC都决定天冬氨酸），这就保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。

四、思考和讨论四（课本P67）

1.提示：此题旨在检查学生对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图4－6的表示方法来绘制。

2.提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。即甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。