高中生物人教版 (2019)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

第1节 基因指导蛋白质的合成（第2课时）

      教学目标

1．概述遗传信息转录和翻译。

2．运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。

3．解释中心法则。

      教学重难点

【教学重点】

1．遗传信息转录和翻译的过程。

2．中心法则。

【教学难点】

遗传信息翻译的过程。

      教学过程

一、导入新课

从上节课我们知道，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mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫翻译。

二、讲授新课

（二）遗传信息的翻译

教师引导学生思考：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？（没有）

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？下面我们用数学的方法来推测。

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？教师请各学习小组把推理过程写出来。

学生的逻辑推理：

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。

教师总结并补充：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA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德国生物学家马太用人工合成方式，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。教师展示20种氨基酸的密码子表并引导学生分析密码子的特点。

密码子的特点：

连续性：一个起点开始连续不断的一个一个读到终止；

简并性：一个氨基酸对应多个密码子；

专一性：每种密码子只对应一种氨基酸；

起始和终止密码子：AUG是甲硫氨酸的密码子，也是起始密码子；UAG、UAA及UGA不编码任何氨基酸，是终止密码子；

通用性：绝大多数生物共用密码子表。

教师引导学生思考：氨基酸是在什么场所合成的？（核糖体）

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？（tRNA）

教师展示tRNA的结构示意图。

教师结合动画边展示边讲解：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。tRNA的另一端有三个碱基，能与mRNA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，tRNA中转运甲硫氨酸的tRNA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，mRNA中的AUG，叫做一个“密码子”，tRNA的UAC叫做“反密码子”。如果转运氨基酸的RNA一端的三个碱基是CGA就不能去和mRNA中的AUG配对。总之，核糖体中的mRNA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tRNA在哪个位置上对号入座是靠tRNA的反密码子去识别，而位置则是mRNA按遗传信息预先定了的。（教师指导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完成翻译的过程，各个学习小组展示翻译过程剪贴图的剪贴成果。（建议使用卡片：【活动设计】角色扮演：蛋白质的合成）

教师补充：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。

小结：教师引导学生对翻译的过程进行总结：

（建议下载使用知识卡片：【知识‪解析】翻译要点总结、【知识‪解析】DNA复制、转录与翻译的比较）‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

mRNA→蛋白质（把遗传信息从mRNA转移到蛋白质）

场所：核糖体

条件：模板—— mRNA  原料——氨基酸  运载工具——RNA

能量—— ATP   酶——缩合酶

遵循原则：碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C）

产物：肽链（蛋白质）

教师引导学生总结基因的碱基、mRNA的碱基和氨基酸的数量关系：

基因的碱基：mRNA的碱基：氨基酸=6:3:1。

（三）中心法则

从信息传递的角度来看，基因指导蛋白质合成的过程，就是遗传信息从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。

教师指导学生画出一张流程图，简要地表示出其中的遗传信息传递方向并以小组的形式讨论。（DNARNA蛋白质）

教师总结：遗传信息可以在组成生命的大分子间以这样的方式进行传递：有细胞结构的生物和DNA病毒的遗传信息流，均按照以上方式进行！

那么，RNA病毒的遗传信息传递方式又是怎样的呢？

教师展示肠道EV71病毒的遗传信息的传递流程图，并引导学生用流程图的形式表示其遗传信息的传递方向。（）

教师展示HIV病毒遗传信息传递的动画并引导学生用流程图的形式表示其遗传信息的传递方式。（）

教师引导学生总结出中心法则图解。

小结：不同生物的遗传信息传递过程归纳（建议使用知识卡片：【知识‪解析】不同生物的遗传信息传递过程归纳）‬‬‬‬‬

三、课堂反馈

1．转运RNA与决定蛋白质的氨基酸序列有密切关系的功能是（ A ）

A．能识别信使RNA的密码 

B．能携带特定的氨基酸

C．能将氨基酸置于核糖体适当位置上

D．参与肽链继续延伸的过程

2．DNA复制、转录和翻译后所形成的产物分别是（  A ）

A．DNA、RNA、蛋白质　　      

B．DNA、RNA和氨基酸

C．RNA、DNA和核糖 　　        

D．RNA、DNA和蛋白质

3．下列关于DNA复制和转录异同点的叙述中正确的是（  C ）                

A．模板不同    B．场所不同   C．产物不同       D．所需的酶相同

4．水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质合成的基因其碱基数至少应是（ A ）

A．390         B．195       C．65             D．260

5．中心法则揭示了生物遗传信息的传递过程。请回答下列问题。

（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是___________________________________。

（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是__________ （用图中的字母回答）。

（3）a过程发生在真核细胞分裂的______期。

（4）能特异性识别信使RNA上密码子的是__________，它携带的分子是_________。

（5）用本题中图的形式表示胰岛素基因的表达过程：____________________________。

答案：（1）DNA复制、转录、翻译、逆转录  （2）c（翻译） （3）间

（4）转运RNA   氨基酸   （5）  

四、课堂小结

教师与学生一起小结本节知识，学生边讲教师边板书，或通过课件展示。

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