4.1 基因指导蛋白质的合成 教案【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

4.1
基因指导蛋白质的合成
教案
一、教学目标
1.概述遗传信息的转录和翻译过程。
2.计算DNA碱基数目、RNA碱基数目、氨基酸数目之间的对应关系。
3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的。
4.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）遗传信息的转录和翻译过程。
（2）中心法则的具体内容。
2.教学难点
遗传信息的转录和翻译过程。
教学过程
【导入】：问题探讨栏目
思考提示：“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。一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
资料2
将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因)转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。
转入的是基因，得到的却是蛋白质。为什么会这样？原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
【连接】遗传信息储存在细胞核的DNA中，蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体。DNA和核糖体两者在空间上是隔开的，那么DNA怎样指导核糖体上蛋白质的合成？
【一、遗传信息的转录】
细胞核中的基因如何指导细胞质中蛋白质的合成？科学家推测，在DNA与蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。这种物质就是RNA。
为什么RNA适于作DNA的信使？
1、RNA的分子组成与DNA的很相似，使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。
2、RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能通过核孔进入细胞质。
这种作为DNA信使的RNA叫信使RNA，也叫mRNA。
{1.
RNA的种类}
RNA是怎样产生的呢？
①RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
②游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
③在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上
④合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
{2.转录}
RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录
注意：mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的。
【过渡】
【二、遗传信息的翻译】
翻译：
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
密码子：
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基
密码子（共64个）
思考·讨论
1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
①当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。
②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。
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。
游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
tRNA的形态和功能特点
(1)形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形
(2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
（3）反密码子：位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
翻译过程：（图略）
第1步
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA
，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
第2步
携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
。
第3步
甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。
第4步
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成
就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。
翻译是一个快速高效的过程
在细胞中，合成蛋白质的速度很快，其中一个主要原因是：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（如右图）。此时，多个核糖体串联附着在一条mRNA上，形成念珠状结构——多聚核糖体。从而，在少量mRNA的指导下就可高效合成大量的某种蛋白质。
【补充拓展】DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6:3:1
归纳总结：
【三、中心法则】
中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
DNA、RNA是信息的载体
蛋白质是信息的表达产物
ATP为信息的流动提供能量
生命是物质、能量和信息的统一体
【课堂小结】
【随堂联系】课后习题