高中生物《DNA复制和蛋白质合成》教案3 沪科版第二册

1、DNA复制和蛋白质合成一、教学目标 （一）知识方面：1通过DNA复制、转录和翻译过程的教学，培养学生对碱基互补配对原则的应用能力； 2培养学生应用密码子表推导基因的脱氧核苷酸序列和蛋白质的氨基酸序列的相互关系。（二）态度观念方面：通过DNA分子复制实验的分析，使学生体验科学研究的研究方法，进行科学态度和科学方法的教育。（三）能力方面：通过对有关遗传学实验的介绍和分析，培养学生分析问题的思维能力。 二、教学重点 1DNA的半保留复制与遗传的稳定性（边解旋边复制，母链和子链）（阅读） 2转录的场所、模板和产物 （细胞核内、DNA的一条链、mRNA）3翻译的场所、模板和产物 （核糖体上、mRNA、蛋

2、白质） 4密码子的破译 5中心法则体现遗传信息的传递规律 6基因突变引起遗传信息的错误传递和性状改（碱基改变、插入或缺，基因突变的有利和有害）三、教学难点DNA复制、转录和翻译四、教学安排 3课时五、教学方法 读读、讲讲、议议六、教学过程1DNA的复制教学过程教学内容及行为引入DNA分子作为遗传物质，不仅能够储存大量的遗传信息，而且应该能够传递遗传信息，这种遗传信息的传递首先要进行的是DNA的复制， DNA分子是如何进行复制的呢？这一问题，是通过科学实验完成的。1956年美国生物化学家康贝格首次在试管中人工合成了DNA。他将从大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸、适量的

3、Mg+、少量DNA和ATP的合成体系中，经保温孵育后，测定其中DNA的含量。发现其中DNA的含量增加了，并且这些DNA的（A+T）:（C+G）的比值不是随意的，而与所加入的单链DNA相同。换句话说，新合成的DNA的特异性不决定于人工合成体系中四种脱氧核苷酸原来的比例，也不决定于DNA聚合酶来自哪种生物，而完全决定于作为引物的DNA分子。所以，后代 DNA分子是以引物的DNA分子为模板进行复制的。这一实验证明了DNA双螺旋结构模型的正确性，也揭示了DNA复制的过程。DNA的复制过程学生巩固、小结用DNA的同位素示踪实验进一步巩固那么，DNA复制到底是怎样的一个过程呢？我们一起来研究一下。DNA分

4、子的自我复制是一个边解旋边复制的过程，是指以某一段DNA分子为模板，合成相同DNA分子的过程。DNA场所主要在细胞核（叶绿体和线粒体内也各含有自己的DNA），时间是在细胞的分裂间期。大家想想，在细胞核内的双链DNA分子在开始复制的时候可能是什么状态？是单链还是双链？学生：可能是单链。从螺旋型的双链结构转变为单链结构，必须先怎样变化？学生：解开螺旋。这就是DNA复制的第一个过程。DNA的复制过程为三个步骤：1 解旋：组成DNA分子的两条多核苷酸链在酶的作用下逐步相互分开；其中，分离后的两条多核苷酸链都称为母链。 2子链的合成：在酶的作用下，每条母链上的碱基分别与细胞内游离的脱氧核苷酸按碱基互补原

5、则互补配对，即A与T配对，G与C配对。这些游离的脱氧核苷酸聚合成子链。3聚合：每条子链与对应的母链结合，构成一个新的DNA分子。这样，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。思考：在DNA的复制过程中需要哪些条件？学生：DNA复制需要4项基本条件：模板。开始解旋的DNA分子的两条单链各为模板；原料。是游离在细胞核核液内的脱氧核苷酸；能量。DNA复制是一个合成反应，通过水解ATP而获得能量；酶。复制过程中不仅需要解旋酶、聚合酶，而且是一个有关的酶系统参与。下面，请同学完成一段DNA分子的复制过程图，概括一下DNA复制的特点。 学生：在新复制出的两个DNA分子中，有一条单链是旧的，即原来的

6、DNA的，另一条单链是新合成的，即每一个新合成的DNA分子是由一条旧链和一条新链构成的。我们把DNA的这种复制方式就称为半保留复制，也就是新的DNA分子中都保留有一条原来分子中的母链。大家想想DNA的这种半保留复制在生物学上有什么意义？学生：DNA分子能够进行自我复制，这是生物遗传特性能保持相对稳定的基础。DNA的复制在正常情况下是不会发生差错的。因为复制时以DNA分子解旋后的一条单链作为模板（母链）精确复制的，子链是严格按照碱基互补配对原则形成的。但在复制解旋时暴露的含氮碱基会因某种因素发生变化而干扰了DNA的正常复制，使遗传信息发生改变。在研究DNA复制机制的过程中，除了康贝格的实验，在1

7、958年梅塞尔森和斯塔尔设计了DNA复制的同位素示踪实验。先将大肠杆菌培养在含15N同位素的培养基上生长。使大肠杆菌DNA分子中的N都成为15N。把含15N的大肠杆菌收集起来，洗去菌体外面的15N，并把它们转移到14N的培养基上生长，繁殖四次。从实验组的五代大肠杆菌中分别提取DNA，在每分钟四万至五万转的速度下进行密度梯度离心二至三天后，不同重量的DNA分布在离心管中的位置不同（因为14N比15N少一个质子，所以14N比15N的原子量轻）。结果发现实验组的DNA分子在离心管中分布的情况如下：大肠杆菌在离心管中的位置DNA分子亲代下层含15N，第一代中层含15N14N各一半。第二代1中层1上层，

8、中层为15N14N、上层为14N。思考：第三代和第四代在离心管中的分布情况？第三代1中层3上层，中层为15N14N、上层为14N，第四代 1中层7上层，中层为15N14N、上层为14N。问：在正常条件下经过n次复制，则含有15N的DNA分子数有？学生：2个。讨论“阅读与思考”中的思考题。本课小结DNA半保留复制的过程、特点及其意义。2DNA的转录3蛋白质合成（翻译）教学过程教学内容及行为引入RNA转录和翻译 在上节课中我们研究了DNA是通过何种复制方式来保证遗传信息的准确传递？学生：半保留复制。那么遗传信息是怎样表达的呢？也就是说DNA如何指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状呢？我们知

9、道蛋白质合成的场所核糖体在细胞质中，而控制其合成的基因在细胞核中。在两者之间需要有一个使者，这个使者就是RNA。DNA分子中所蕴藏的遗传信息如何正确地传递到RNA分子中呢？首先我们来回忆上学期有关RNA的知识。想想它由什么组成？与DNA有什么区别？学生：RNA通常呈单链结构，分子中有核糖、磷酸和4种含氮碱基（A、G、C、U（尿嘧啶），共同组成核苷酸。（Powerpoint展示）与蛋白质合成有关的RNA有三类，mRNA（信使RNA），顾名思义，这种RNA起的是信使传递信息的作用。tRNA（转移RNA），rRNA（核糖体RNA）。我们前面学到过基因控制蛋白质的合成，而生物体的性状通过蛋白质体现的。

10、DNA在细胞核中，蛋白质在细胞质的核糖体中合成，那么RNA如何在两者间起到信使的作用呢？下面我们就来学习基因控制蛋白质合成的过程。可分为两个步骤。第一步是基因的遗传信息DNA传递给RNA，此步可称为“转录”；第二步是转录出的RNA在核糖体通过指导蛋白质合成来表达信息，此步可称为“翻译”。我们先来学习转录过程。（播放动画）转录是在细胞核中进行的，在酶的作用下，DNA的双链解旋，并以其中的一条链为模板，按照碱基配对原则，游离的核苷酸与DNA模板上的脱氧核苷酸互补配对，形成RNA链。请同学们想一想，这与DNA的复制有哪些差别？学生：RNA聚合酶，U代替T与A配对。通过转录，DNA上的遗传信息便正确地

11、传递到RNA分子中。所以我们把以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。在这个过程中合成的RNA为信使RNA（mRNA）。然后，mRNA从核孔穿出进入细胞质，与核糖体结合，开始进行蛋白质的合成，这个过程称为翻译，也就是以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。那么，RNA上的核苷酸与蛋白质存在怎样的关系呢？学生先阅读：mRNA分子内的碱基序列被称为“遗传密码”，其中，每三个相邻的碱基是一个“密码子”，对应一个氨基酸。其中还有起始密码和终止密码。在翻译时，mRNA与核糖体结合，合成所需的氨基酸由转运RNA（tRNA）送进核糖体中。合成蛋白质的20种氨基酸分别由不同的tRNA运送。tR

12、NA担负的是运输的任务，其结构呈三叶草型，在一个环上具有3个碱基，称为“反密码子”，与mRNA的密码子相配对，tRNA的另一端可携带一个相应的氨基酸分子，是由mRNA上的对应的密码子所决定（看P17图5-13）。（播放动画加深理解）合成蛋白质时，按照mRNA上的碱基序列，各个tRNA依次带着特定的氨基酸进入核糖体，根据碱基互补原则，把运载来的氨基酸安放在相应的位置上。随着核糖体在mRNA上的移动，一个tRNA刚离开核糖体，另一个tRNA又携带着氨基酸进入，当读到mRNA上的终止密码子时，翻译过程结束。这样，以mRNA为模板，把氨基酸一个个连接起来，合成为具有一定氨基酸序列的蛋白质。（边播放动画，边讲解此过程）小结合成蛋白质的过程，注意关键之处。4中心法则及其发展教学过程教学内容与行为基因所蕴含的遗传信息通过复制从亲代传递给后代，并以一定方式（转录、翻译）反映到蛋白质分子的结构上，就能使生物后代表现出与亲代相似的性状。也就是说基因是通过控制蛋白质的合成，实现对性状的控制的。这就是生物学中所说的中心法则。中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，在从RNA