基因控制蛋白质的合成教学设计宋.doc

教 学 设 计课题第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成课型新授课教学目标知识目标：1说明基因和遗传信息的关系。2. 概述遗传信息的转录和翻译过程。技能目标：通过对新知识的探求过程，培养学生分析、比较、判断、综合思维能力。情感目标：认同事物的现象是由本质决定的辩证唯物主义观点。教学重点难点基因控制蛋白质的转录、翻译过程。 教学方法探究、启发、类比推理、归纳总结教学设计理念本设计试图利用学生已有的知识，通过设置问题情境，引入课题，并引导学生在探究中学习新知识，以达到充分调动学生学习的主动性，以及对转录的物质结构基础和两者之间的内在逻辑联系达到理解层次的目标；其次，把知识难点分解为多个具有一定难度梯度的小问题，以问题串的方式或改变提问的方式，把难点分散，难度降低，要求减少，引导学生进行有效探究，突出主干，解决问题；最后，借助直观手段帮助学生理解基因控制蛋白质合成的具体过程。教学准备自制PPT、教学案、有关转录和翻译的FLASH。教 和 学 的 过 程教学内容设计意图教师活动学生活动（第1课时）导入新课（由性状、DNA、基因的关系引入新课“基因控制蛋白质的合成”。）（通过步步设疑，层层深入， 引言：在现实生活中,我们能不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，如果能复活，那里面有什么玄机呢？ 从生物学的角度来看，性状的不同和决定性状的蛋白质有关。那么，蛋白质是怎么合成的呢？思考：1.性状是由什么控制的?（遗传物质，DNA是主要的遗传物质。）2.DNA分子是怎样控制遗传性状的？3.基因与DNA的关系是什么? 每个DNA分子上只有一个基因吗? 质疑：针对思考题2质疑生物体细胞核中染色体和DNA分子数是恒定的，而生物的性状却是多种多样的，DNA如何控制这么多性状？讲述：一条染色体上的一个DNA分子肯定会控制很多很多性状。引出基因概念。讨论：对于基因大家并不陌生，请你谈谈对基因的认识。激发学习的兴趣。回忆旧知识说出DNA控制性状。根据以往的知识基础，说出是DNA上的许多基因控制状性。自由发言，说出对基因的认识。教学内容设计意图教师活动学生活动引导学生积极思考，解读基因的概念，达到共识，培养学生的分析、综合能力。） 从基因到蛋白质转录（利用FLASH动画，引导学生自己发现转录的机制，并能进行概述。让抽象的概念直观化，促进学生的理解。）概念解读：1.基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。2.基因是有遗传效应的DNA片段。3.基因在染色体上呈线性排列。由于DNA分子是线性结构，基因作为具有遗传效应的DNA分子片断，在DNA分子上是呈直线排列的。但是DNA分子并不是所有的片断都具有遗传效应，所以基因在DNA分子上的排列是间断的，不是连续排列的。小结：每个基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，它代表着遗传信息。（每一条染色体只含有一个DNA分子，每个DNA分子上有很多个基因，每个基因又可以含有成百上千个脱氧核苷酸，由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。）基因的遗传表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的。引出课题。提问：我们知道，DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中的核糖体上进行的。那么，DNA所携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？讲述：这需要通过RNA作为媒介。在细胞核内，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程。播放FLASH：转录。你们有没有发现什么？讲解：边分步骤演示边讲解。DNA在有关酶的作用下解旋，然后以模板DNA双链中的一条为模板，以周围环境中游离的4种核糖核苷酸为原料，进行碱基互补配对（DNA与RNA的碱基互补配对：AU；TC；CG；TA）。组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来，形成mRNA链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上。在合成mRNA以后DNA分子又恢复原样。比较：DNA与RNA的不同点。（略）小结：1. DNA转录的场所在细胞核内。 把自己的认识和老师的精讲结合起来理解，对基因的概念达成共识。 观看FLASH发现，直观发现在以DNA为模板合成RN时，以U代替T与A配对。 教学内容设计意图教师活动学生活动遗传密码（引导学生利用已有的数学方法推测氨基酸种类数，让学生自己尝试推测密码子的碱基数与氨基酸的对应关系。培养学生的联想、推理能力，注意学科间的渗透。）（引导学生阅读积极思维中的实验，亲历科学家的探究过程，从而自主构建有关遗传密码的知识。）2.合成时作为模板的仅是DNA双链中的一条链。3.模板DNA的核苷酸顺序与mRNA的核苷酸顺序是互补的，所以DNA所储存的遗传信息可以准确无误地传递给mRNA。讲述：当沃森和克里克发现了DNA分子双螺纹结构以后，破译遗传密码成了科学界一个重大的研究课题。质疑：RNA只有4种不同的碱基（A、U、G、C），而蛋白质含有常见氨基酸20种。那么怎样把RNA的遗传信息翻译成20种氨基酸呢？思考：每种氨基酸可能由A、U、G、C中的几个碱基决定？讲述：用3个碱基的组合作为遗传密码，代表1个氨基酸。但是，上述观点仅仅是一种假设，必须要用实验来证明。为此，1964年美国科学家设计了一个独特的实验：阅读：积极思维“遗传密码是怎样破译的？”能说出实验过程。讲解：用仅仅含有单一碱基的尿嘧啶（U），做试管内合成蛋白质的研究。这个实验只用了含有单一碱基U的特殊RNA。这样，就得到了只有UUU编码的RNA。把这种RNA放到和细胞内相似的溶液里，如果上述观点正确，应该得到由单一一种氨基酸组成的蛋白质。分析：上述科学家的实验能够说明什么问题？小结：和科学家的预想一样，这样合成的蛋白质中，只含有苯丙氨酸。于是，人们了解了第一个蛋白质的密码：UUU对应苯丙氨酸。说明多聚U可以控制苯丙氨酸的合成。这是人类破译的第一个遗传密码。讲述：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个“遗传密码子”。读图：P69的“20种氨基酸的遗传密利用已有的数学方法推算，明确：1种碱基决定1个氨基酸，则只决定4种氨基酸。（不可行。）2种碱基决定1个氨基酸，则可决定42=16种。（不可行）3种碱基决定1个氨基酸，则可决定43=64种。（可行）积极参与分析，亲历科学家的探究思路。对实验内容进行推理，引导学生得出mRNA上的碱基排列顺序为遗传密码的结论。教学内容设计意图教师活动学生活动翻译（引导学生读图，训练学生将图群科学的分割，并从图中获取有效信息。在此基础上，利用FLASH播放和分步骤演示精讲翻译的过程。）码子表”。教学生学会看图。 练一练：1.一个密码子可以决定几种氨基酸？2.一个氨基酸可以有几个密码子？3.看表回答： ACU代表_；CGU代表 _ _； 起始密码_；终止密码_ _； 讲解：大多数的氨基酸都有两种以上的密码子。其中AUG是真核细胞惟一的起始密码子。而UAA、UAG、UGA三个密码子不编码任何氨基酸，在这些密码子的地方，肽链合成停止，蛋白质合成停止，因此称为终止密码子。 由于遗传密码的破译，探索基因控制蛋白质合成的研究也取得了进展。转录后的mRNA上的遗传密码如何被翻译成蛋白质？ 播放FLASH：翻译的过程。 介绍：核糖体是活细胞中合成蛋白质的工厂，mRNA分子是蓝图，而把蛋白质的原料20种氨基酸搬到工厂核糖体那儿，并且按照蓝图mRNA把氨基酸一个个排列起来的是转运RNA。每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA的一端携带氨基酸，另一端有3个碱基，这3个碱基只能专一性地与mRNA上特定的3个碱基配对。阅读：书P70蛋白质合成的图群，概述翻译过程。演示：边分步演示，边讲解：起始阶段：mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体相结合。转运RNA运载着一个氨基酸进入核糖体以后，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相应的位置。延伸过程：转运RNA离开核糖体，又去运下一个氨基酸。这些运载来的氨基酸通过肽键一个个连接起来，形成肽链，不断延伸。终止阶段：核糖体沿着mRNA移动，一旦遇到终止密码，翻译即自行结束。学会看“20种氨基酸的遗传密码子表”，为下面学习翻译奠定基础。对翻译有初步认识。观看FLASH，发现有一个个来回搬运氨基酸的结构。了解tRNA的功能。仔细阅读书P70的示意图，并结合文字叙述读图。教学内容设计意图教师活动学生活动（引导学生归纳翻译的概念、场所、原料、过程，从而加深对蛋白质合成过程的理解。）肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的盘曲折叠，最终合成一个具有一定功能的蛋白质分子。播放FLASH：基因控制蛋白质合成全过程，请同学复述。归纳：翻译概念：在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。场所：细胞质内核糖体上模板：mRNA条件：tRNA、酶原料：氨基酸产物：多肽链过程：起始、延伸、终止DNAmRNAtRNA蛋白质性状例题：DNA双链TT信使RNAU转运RNAG氨基酸遗传密码算一算：蛋白质合成过程中，基因碱基数、信使RNA碱基数、蛋白质中氨基酸数目的比例关系6：3：1。例题：一条多肽链中有氨基酸1000个,则作为合成该多肽链模的信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分别至少有碱基( D ) A.3000个和3000个 B.1000个和2000个 C.2000个和4000个 D.3000个和6000个观看FLASH，并复述转录和翻译过程，巩固所学知识，并进行归纳总结。教学内容设计意图教师活动学生活动（第2课时） 中心法则（补充有关中心法则的内容，充分利用中心法则图解，引导学生看图说出遗传信息流的方向，对RNA复制和逆转录过程进行补充讲解，再辅以习题训练。）基因对性状的控制（通过例题的分析，引导学生认识到基因的选择性表达，与必修一细胞分化的实质相联系，注意新旧知识的衔接。） 复习提问：转录和翻译的相关内容（略）。 讲述：在遗传学上，把遗传信息的流动方向叫做信息流。信息流的方向可以用科家克里克提出的“中心法则”来表示。 出示：中心法则图解。 提问：你能根据中心法则的图解，说出其中的遗传信息流动方向吗？ 介绍：在某些病毒中，RNA也可以自我复制。科学家还发现在一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作用下合成DNA。逆转录过程及以及RNA自我复制过程的发现，补充和发展了“中心法则“，使之更加完整。 小结：DNA的复制：DNADNA（以DNA作为遗传物质的生物的DNA自我复制。）DNA的转录：DNARNA（细胞核中的转录过程。）翻译：RNA蛋白质（细胞质的核糖体上的翻译过程。）RNA的复制：RNARNA（以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制。）RNA逆转录：RNADNA（少数病毒在其宿主细胞中的逆转录过程。） 例题：见学案。 引言：生物的一切遗传性状都是受基因控制的。个体发育过程中产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质或基因，但生物体不同部分细胞表现出的性状不同，这是为什么？ 例题：人的胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，据此推测胰岛细胞中( C ) A.只有胰岛素基因 B.比人受精卵的基因要少 C.既有胰岛素基因，也有血红蛋白基 对照中心法则说出DNA的复制，DNA的转录、翻译。 通过习题演练加深对中心法则的理解。积极思维，与必修一中的细胞分化实质相联系，进一步理解基因的选择性表达。教学内容设计意图教师活动学生活动 （利用学生较为熟悉的白化病介绍基因表达的特点，贴近学生的日常生活，能激发学生的探求知识的欲望。） 人类基因组计划因和其他基因 D.有胰岛素基因和其他基因，但没有血 红蛋白基因 小结：虽然不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因，即选择性表达。出示：白化病患者图片白化病患者表现出毛发白色、肤色呈淡红色、畏光等症状。 介绍：正常人的皮肤、毛发等外的细胞中有一种酶，叫做酪氨酸酶，它能够将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶，那么这个人就不能合成黑色素，而表现出白化病症状。 小结：基因对性状的控制往往要经过一系列的代谢过程，而代谢过程中的每一步化学反应都需要酶来催化。因此一些基因就通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的。 出示：正常红细胞与镰刀型细胞贫血症红细胞比较图。 介绍：正常人的红细胞是圆饼状的，如果一个人的控制血红蛋白分子结构的基因不正常，这个人就会合成结构异常的血红蛋白而引起疾病。镰刀型细胞贫血症患者红细胞是弯曲的镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。 小结：以上是基因控制性状的另一种情况，是通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。引言：你知道被喻为人类生命科学史上一次伟大的登月行动，与“曼哈顿原子弹计划”“阿波罗登月计划”并称为人类自然科学史上的三大计划的是什么计划？ 交流：你对人类的基因组计划有哪些认识？ 自学：阅读书上相关内容。白化病是学生较为熟悉的，能说出相应症状，对病因有强烈的探知欲望。理解基因表达的特点。初步认识镰刀型贫血症，并为下一节基因的突变做准备。 说出人类的基因组计划。自由发言，把平时积累知识与全班同学分享。教学内容设计意图教师活动学生活动（通过学生的自由发言，了解学生对人类的基因组计划认识程度，在此基础上，引导学生带着问题阅读书本内容。）（介绍人类基因组计划绘制的四张图，特别是“转录”图，书上并未做介绍，但有必要对学生交待，利于知识的完整性。）考考你：阅读填写。1.人类基因组就是22条常染色体、1条X染色体和1条Y染色体，共24条染色体上DNA的总和。人类基因组计划研究的任务就是把人类基因组全部基因的核苷酸对的排列顺序定位在染色体上，并进行基因功能的研究。2.人类基因组计划的主要内容包括绘制人类四张图，即遗传图、物理图、序列图和转录图。 出示：人类的染色体图解，指导学生会分辨X和Y染色体。 讲述：DNA双螺旋结构的发现大概是20世纪生命科学最最伟大的突破。那么A、T、C、G四种不同的碱基，构成了纷繁复杂的遗传学语言，生命信息的最基本的符号。这个最基本的符号实在是让我们感到非常简单。大自然就用这四种简单的字符，组成了让我们叹为观止的大千世界的无数生命的多样性的现象。人类基因组DNA序列图的绘制工作，可以做这样的比喻：假说人们只穿4种颜色的衣服，红、黄、白、黑，“人类基因组计划”就相当于把世界上30亿人所穿的衣服都搞清楚，而且注明位置顺序，如所在的国家、城市、街道、楼房、房间。介绍：用图4-15对人类基因组绘制的四个图进行详细介绍。遗传图：遗传图是指基因或DNA标记在染色体上以遗传距离表示相对位置的图，又称为连锁图。物理图：指表示DNA序列上DNA标记之间实际距离的图。序列图：是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。转录图：在整个人类基因组中，只有1%5%的DNA序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有10%的基因是表达的。如果能把某段DNA序列相应 带着问题阅读课本。阅读过程中发现第四张“转录”图不能在书上找到。通过老师浅显的比喻认识人类基因组计划的内容及要达到的目标。对人类的基因组计划有进一步的认识。教学内容设计意图教师活动学生活动的mRNA确定下来，就抓住了基因的主要部分，即可转录部分。所以，一张人类基因组的转录图(也称cDNA图或表达序列图)才是人类基因图的雏形。 讲述：人类历史上的第一张人体解剖图，曾解开人类机体之谜，奠定了近代医学的基础。人类基因计划所提供的这四张“图”，组成了不同层次的、最终为分子水平的人类的“第二张解剖图”。它揭开了决定人类生、老、病、死的所有遗传信息之谜，它将成为人类认识自我的用之不竭的知识源泉，并将为二十一世纪生物学、医学的进一步发展奠定基础。虽然人类基因组计划是可与阿波罗登月计划相媲美的庞大的工程计划，但是这一计划所提供的四张图，还不能说是真正意义上的基因图。即使DNA全序列图，也还是一张由简单的ATCG写就的难于解读的“天书”，并没有直接告诉我们人类的遗传奥秘。只有彻底解读了“天书”，我们才能说是真正认识了人类遗传的奥秘。认识到人类基因组计划的重大意义，也了解到其不足，从而认同科学认识有一个艰辛的认知过程。教学反思在高中生物教学内容中,学生要学习和探索的是一个微观的世界。对于微观的世界,人类缺乏直接感知。因此本节课的总体思路是：在课的开始，通过“问题探讨”引入到“基因到底是基因是如何表达为性状的？这是本章要解决的中心问题。蛋白质是生命活动的体现者，可以说是执行者，基因对性状的控制，是通过控制蛋白质的合成来实现的。怎样表达的呢？”这个问题。把莫尔斯电码比喻为遗传密码，围绕着“遗传信息究竟如何表达？”这个问题展开探究。学生的好奇心被激发，所以能够紧跟着教师的思路积极思考。在具体的学习过程中，有意识地增加师生互动、生生互动的机会，同时莫尔斯电码又形象生动，学生的学习积极性就很好地被调动起来了，课堂气氛比较活跃。在潜移默化中，培养了学生的探究精神和创造性思维。在学习了这节课后，很多学生有恍然大悟的感觉：原来遗传信息是这样破译出来的。本节集中讲述的基因指导蛋白质合成的内容，可以说是本章的重点。但不应局限于对转录和翻译过程的单纯描述，要让学生理解转录和翻译的物质结构基础以及二者之间的内在逻辑联系，引导学生运用已有知识和观点思考和讨论相关的问题，培养学生分析综合能力。