遗传信息的转录和翻译.docx

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遗传信息的转录和翻译

遗传信息的表达

一、教材分析

《遗传信息的表达》是普通高中课程北师大版第三章第二节的内容。

本节主要讲述了基因的本质，基因控制蛋白质的合成等内容。

本节教材分三课时完成。

第一课时主要完成基因表达概念和DNA与RNA的比较及转录过程和原理的教学，第二课时学习翻译的过程和原理。

第二课时学习基因表达的调控与中心法则。

本节的核心内容是观察、探究等活动明确基因控制蛋白质合成的过程和原理。

通过探究活动，使学生学会运用科学探究方法，体验探究过程，培养学生的科学态度、探索精神、创新意识、思维能力。

二、教学目标

1、知识目标

（1）概述遗传信息的转录和翻译。

（2）基因表达的调控。

（3）中心法则

2、能力目标

（1）尝试利用课本插图和课件，阐明图例用意，运用分析、类比归纳的方法，对信息进行处理。

（2）培养学生发展性思维的能力

3、情感目标

认同用辨正唯物主义观点分析和认识生物体生命活动的基本规律，逐步形成科学的世界观。

三、教学重、难点

1、教学重点

（1）遗传信息的转录和翻译的过程、原理。

（2）基因表达的调控以及中心法则。

2、教学难点

遗传信息翻译的过程

四、课时安排3课时

五、教学手段

本课主要利用探究—发现结合式的教学方法，适当创设问题情境和打比方，以问题为主线贯穿转录和翻译的过程，同时利用课本插图和动画课件，创设有利于学生主动探究知识的情境，展示蛋白质合成的动画过程，启发学生讨论、思考问题，引导学生探究，归纳基因控制蛋白质的过程和原理。

六、教学过程

【导入】创造情境、激发兴趣

配乐欣赏一组美丽多彩的生物图片。

提问：

这些美丽多彩的生物图片给同学们展示了一个绚丽多彩的生物世界，那生命为什么如此多姿多彩？

（老师引导学生回答）──蛋白质是生命的体现者。

引出问题：

谁来指导蛋白质的合成？

（学生回答：

基因）

举例分析基因、蛋白质和性状之间的关系。

引出课题──基因指导蛋白质的合成。

师：

（课件展示真核细胞亚显微结构图），提问：

控制生物性状的基因在哪里？

蛋白质的合成场所在在哪里？

引导探究：

基因位于细胞核中，怎么去指导细胞质中的核糖体合成蛋白质？

（比如-细胞核是司令部，细胞质是战场，DNA可充当什么角色？

它为什么不到细胞质中直接指导蛋白质的合成？

）

推测：

有一种物质把遗传信息“带”到核糖体上。

科学家发现把遗传信息“带”出来的物质是RNA，RNA为什么能完成这一使命？

我们首先来看看RNA的类型，①信使RNA（mRNA）

功能：

将DNA的遗传信息转录下来，传递至细胞质中的核糖体上，在蛋白质的合成起模板作用。

②转运RNA（tRNA）

功能：

具专一性.每种tRNA只能识别并运转1种

氨基酸.（一种氨基酸可由一种或几种转运RNA来运输）

③核糖体rRNA

功能:

组成核糖体（RNA和蛋白质）

并在课件中展示三种RNA的示意图，通过展示三种RNA的示意图可以总结出RNA为什么适合做DNA的信使。

然后在课件上展示DNA和RNA的区别。

那么RNA怎么将遗传信息“带”出来的？

即遗传信息的表达。

（课件展示DNA结构）定义：

在细胞核中，以一条DNA链为模版合成mRNA的过程。

DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？

通过课件向学生展示转录的几个阶段：

第一步：

RNA聚合酶结合在DNA模板区域的上游，随着RNA聚合酶的移动，该部位的DNA双螺旋解开为单链。

第二步：

以一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，以细胞核内游离的核糖核苷酸为原料，并在RAN聚合酶的作用下合成一条RNA链。

第三步：

RNA释放，DNA复原。

在此要注意前体信使RNA和信使RNA：

有些DNA分子中既有编码氨基酸的外显子，又有不编码氨基酸的内含子，而且外显子和内含子都被转录，因此新合成的RNA分子中既有内含子又有外显子。

通常这样的RNA叫前体信使RNA，它的序列与模板DNA序列完全互补。

前体信使RNA的内含子在RAN自身的催化下呗切除，外显子连接在一起，形成信使RNA，信使RNA通过核孔，进入细胞质。

当一条完整的RNA分子被合成后转录过程便停止。

转录的终止（两种类型）：

一、依赖于蛋白质的序列

利用蛋白质水解释放的能量，把新生的RNA链释放出来。

二、不依赖于蛋白质的序列

三、此系列由合成的RNA链的结构决定的。

（发卡结构）

经过遗传信息的转录，DNA序列上的基因信息传递到信使RNA。

信使RNA穿过黑孔进入细胞质，指导蛋白质的合成，这样遗传信息便由细胞核传递到细胞质。

然而mRNA通过核孔进入细胞质中，开始了它的新的里程------翻译。

问题情境:

转录后进入细胞质的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸酸的种类数目和排列顺序呢？

mRNA如何将遗传信息翻译成蛋白质。

思考：

mRNA的四种碱基如何决定20种氨基酸?

碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的?

1个碱基决定一个氨基酸，只能决定4种.2个碱基决定一个氨基酸，只能决定16种,3个碱基决定一个氨基酸，只能决定43＝64种.密码子：

mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基,遗传密码的特性：

1、简并性：

一种氨基酸有两种以上的密码子的情况。

2、共64个遗传密码，其中有3个终止密码，没有对应的氨基酸。

能决定氨基酸的遗传密码子只有61个。

3、通用性：

地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。

编码氨基酸的密码子有61种,mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？

那就必须利用另一种RNA，tRNA“搬运工”。

它具有一些特性，专一性：

每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。

1、细胞中的tRNA有多少种？

61种

2、tRNA和氨基酸转运有何对应关系？

每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。

其上还有反密码子，与mRNA上的密码子碱基互补配对，tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对.

tRNA将氨基酸转运到mRNA上的相应位置.核糖体随着mRNA滑动.另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对.一个个氨基酸分子缩合成链状结构，然后tRNA离开，再去转运新的氨基酸，最终mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质。

一个mRNA分子同时结合多个核糖体，其意义是少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，总结：

基因指导蛋白质的合成。

然后在用多媒体给学生展示转录和翻译的区别。

在生命活动中，基因的表达是严格有序的，它受调节基因和其他调节基因的控制与影响。

对基因表达过程的调节作用就称为基因表达的调控。

原核生物基因表达的调控，法国巴斯德研究所著名的科学家Jacob和Monod在实验的基础上于1961年建立了乳糖操纵子学说。

大肠杆菌乳糖操纵子包括4类基因：

①结构基因，能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白，这是与生物性状的发育和表型直接相关的基因。

乳糖操纵子包含3个结构基因：

lacZ、lacY、lacA。

LacZ合成β—半乳糖苷酶，lacY合成透过酶，lacA合成乙酰基转移酶。

②操纵基因O，控制结构基因的转录速度，位于结构基因的附近，本身不能转录成mRNA。

③启动基因P，位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，mRNA合成开始，该基因也不能转录成mRNA。

④调节基因i：

可调节操纵基因的活动，调节基因能转录出mRNA，并合成一种蛋白，称阻遏蛋白。

操纵基因、启动基因和结构基因共同组成一个单位——操纵子（operon）。

真核生物基因表达调控与原核生物有很大的差异。

原核生物同一群体的每个细胞都和外界环境直接接触，它们主要通过转录调控，以开启或关闭某些基因的表达来适应环境条件（主要是营养水平的变化），故环境因子往往是调控的诱导物。

而大多数真核生物，基因表达调控最明显的特征时能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的，有序的，不可逆的分化和发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常的生理功能。

真核生物基因表达调控据其性质可分为两大类：

第一类是瞬时调控或叫可逆调控，相当于原核生物对环境条件变化所做出的反应。

瞬时调控包括某种代谢底物浓度或激素水平升降时及细胞周期在不同阶段中酶活性和浓度调节。

第二类是发育调节或称不可逆调控，这是真核生物基因表达调控的精髓，因为它决定了真核生物细胞分化，生长，和发育的全过程。

据基因调控在同一时间中发生的先后次序，又可将其分为转录水平调控，转录后的水平调控，翻译水平调控及蛋白质加工水平的调控，研究基因调控应回答下面三个主要问题：

①什么是诱发基因转录的信号？

②基因调控主要是在那个环节（模板DNA转录，mRNA的成熟或蛋白质合成）实现的？

③不同水平基因调控的分子机制是什么？

回答上述这三个问题是相当困难的，这是因为真核细胞基因组DNA含量比原核细胞多，而且在染色体上除DNA外还含有蛋白质,RNA等，在真核细胞中，转录和翻译两个过程分别是在两个彼此分开的区域：

细胞核和细胞质中进行。

一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链；真核细胞DNA与组蛋白及大量非组蛋白相结合，只有小部分DNA是裸露的；而且高等真核细胞内DNA中很大部分是不转录的；真核生物能够有序的根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，并能根据需要增加细胞内某些基因的拷贝数等。

尽管难度很大，科学家们还是建立起多个调控模型。

1957年F.H.C.克里克最初提出的中心法则是：

DNA→RNA→蛋白质。

它说明遗传信息在不同的大分子之间的转移都是单向的，不可逆的，只能从DNA到RNA（转录），从RNA到蛋白质（翻译）。

这两种形式的信息转移在所有生物的细胞中都得到了证实。

1970年H.M.特明和D.巴尔的摩在一些RNA致癌病毒中发现它们在宿主细胞中的复制过程是先以病毒的RNA分子为模板合成一个DNA分子，再以DNA分子为模板合成新的病毒RNA。

前一个步骤被称为反向转录，是上述中心法则提出后的新的发现。

因此克里克在1970年重申了中心法则的重要性，提出了更为完整的图解形式。

克里克认为在图解中没有箭头指向的信息转移是不可能存在的，即①蛋白质→蛋白质；②蛋白质→RNA；③蛋白质→DNA。

中心法则的中心论点是：

遗传信息一旦转移到蛋白质分子之后，既不能从蛋白质分子转移到蛋白质分子，也不能从蛋白质分子逆转到核酸分子。

克里克认为这是因为核酸和蛋白质的分子结构完全不同，在核酸分子之间的信息转移通过沃森-克里克式的碱基配对而实现。

但从核酸到蛋白质的信息转移则在现存生物细胞中都需要通过一个极为复杂的翻译机构，这个机构是不能进行反向翻译的。

因此如果需要使遗传信息从蛋白质向核酸转移，那么细胞中应有另一套反向翻译机构，而这套机构在现存的细胞中是不存在的。

中心法则合理地说明了在细胞的生命活动中两类大分子的联系和分工：

核酸的功能是储存和转移遗传信息，指导和控制蛋白质的合成；而蛋白质的主要功能是进行新陈代谢活动和作为细胞结构的组成成分。

七、教学反思

在实际的课堂教学中，我认为这节课在以下两方面收到了较好效果：

一是通过创设问题情境、演示图片和动画、引导学生参与活动进而探究转录、翻译过程，充分激发了学生兴趣，体现了学生学习的主体性，提高了学生独立思考、分析、观察和归纳能力；二是通过收集展示相关基因研究的素材，利用课件引导学生模拟科学家研究等教学过程，锻炼了学生的处理信息、语言表达及比较、分析、想象等探究性思维能力。

但教学中发现，课堂上学生动手操作能力较弱，不利于学生脑手结合形成技能，也不利于学生综合素质的提高，因此，我认为在以后的教学过程中，需要在这些方面进一步充实。

七、板书设计

基因指导蛋白质的合成

一、遗传信息的转录

（一）场所：

细胞核

（二）基本条件：

1、模板：

DNA的一条链

2、原料：

4种核糖核苷酸

3、配对原则：

C—GG—CA—UT—A

（三）产物：

mRNA

（四）概念：

（将以上内容串联起来）

（五）遗传信息的流动：

DNA→mRNA

二、遗传信息的翻译

（一）场所：

核糖体

（二）基本条件：

1、模板：

mRNA

2、原料：

20种氨基酸

3、配对原则：

C—GG—CA—UU—A

（三）产物：

蛋白质

（四）概念：

（将以上内容串联起来）

（五）遗传信息的流动：

mRNA→蛋白质

三、中心法则