基因表达 第六章遗传和变异 第一节遗传的物质基础

1、第六章 遗传和变异 第一节 遗传的物质基础课题基因的表达课型新课授课时间设计者教学目标知识目标：1、 了解染色体、DNA和基因三者之间的关系以及基因的本质。2、 理解基因控制蛋白质合成的过程和原理。3、 了解基因控制性状的原理。4、 知道中心法则及其发展。5、 知道遗传密码的破译。能力目标：1、 通过学习基因概念培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。2、 通过基因控制蛋白质的合成学习培养学生分析综合能力。情感态度与价值观：1、 初步学会用辩证唯物主义观点分析和认识生物体生命活动的基本规律，逐步树立科学的世界观。2、 利用我国研究遗传基因所取得的成就进行爱国主义教育。3、 介绍遗

2、传工程，进行科学价值观的教育。重点1、染色体、DNA和基因三者之间的关系和基因的本质2、基因控制蛋白质合成的过程和原理难点基因控制蛋白质合成的过程和原理教具结合教材有关转录和翻译的图解教法学生阅读、讨论结合教师举例、图示进行教学安排2课时板书设计第一课时一、基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系基本单位主要载体，每条染色体含有1个或2个DNA分子具有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子含多个基因特定的脱氧核苷酸序列代表遗传信息，每个基因含多个脱氧核苷酸 染色体 dDNA c基因 b脱氧核苷酸 a基因在染色体上呈直线排列二、基因的表达（基因控制蛋白质的合成）1、DNA与 RNA的比较（一）转录基

3、因1、定义 2、场所 3、过程 4、条件 5、产物 6、特点 7、意义第二课时（二）翻译1、定义 2、场所 3、过程 4、条件 5、产物 6、特点 7、有关计算三、遗传信息的传递方向-信息流与中心法则四、比较复制，转录和翻译三个过程的差异五、基因对性状的控制基因控制酶、激素合成 影响代谢（间接） 性状 控制蛋白质合成 （ 直接） 性状教学环节教学内容 教师调控 学生活动时间分配引言通过阅读教材，进一步提高学生自学能力学生阅读教材，思考问题，并填写表格利用教材中的图解，引导学生通过观察、思考、归纳获得知识。第一课时遗传物质DNA分子中的碱基排列顺序是怎样反映到生物体性状上的呢？这与蛋白质有什么样

4、的关系呢？亲代信息 复制 子代信息 表达 子代性状 有性生殖 个体发育现代遗传学的研究认为，每个DNA分子上有很多基因，这些基因分别控制着不同的性状。基因是决定生物性状的基本单位。那么，什么是基因呢？一、基因学生阅读课本P13-14页第一、二、三段内容，抽学生回答以下内容：（1）基因与性状的关系： 基因是决定生物性状的基本单位每一个基因控制相应的性状（2）基因与DNA的关系: 基因是有遗传效应的DNA片段DNA上的片段很多，并不都能控制性状。例如P13图6-8，若红色表示基因，则蓝色表示什么？（无遗传效应的DNA片段），每一个DNA分子上有许多个基因（3）基因与脱氧核苷酸的关系：脱氧核苷酸是基

5、因的基本单位每个基因中有成百上千个脱氧核苷酸（4）基因与染色体的关系: 基因在染色体上呈线性排列每一个染色体上都有许多基因，在细胞未分裂时一条染色体上含一个DNA分子，在复制后的染色体上则含2个DNA分子，分别位于两姐妹染色单体上。（5）基因的位置（载体）：细胞核的染色体上（主要的）（核基因），线粒体、叶绿体（质基因），所以，染色体是基因的主要载体（6）基因与遗传信息的关系：基因中的脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序遗传信息，不同的基因含有不同的遗传信息（7）基因与蛋白质的关系：基因控制性状是通过控制蛋白质合成来实现的（8）基因的功能（DNA的功能）传递遗传信息通过复制把遗传信息传递给下一代表达遗传

6、信息使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上此过程称为基因的表达思考：基因（DNA）是在细胞核内，蛋白质合成是在细胞质的核糖体上，在细胞核的基因如何控制在细胞质的蛋白质合成呢？教师指出：在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质RNA充当信使。二、基因的表达（基因控制蛋白质的合成）复习旧知识：两种核酸（DNA和RNA）在化学元素、基本单位、化学组成、结构、功能和分布等方面的区别？（列表，阅读教材，学生填写）1、DNA与 RNA的比较DNARNA组成元素C、H、O、N、P基本单位脱氧核苷酸（种）核糖核苷酸（种）化学组成一分子磷酸脱氧核糖A、T、C、G一分子磷酸核糖A、U、C、G结构规则的双螺旋结

7、构一般单链结构功能编码复制遗传信息,控制蛋白质合成传递遗传信息并通过蛋白质表达出来分布细胞核的染色体,线粒体,叶绿体细胞质的核糖体另外，教师补充：RNA的在细胞中有三种（略）引入发电报要经信息转换，再由密码翻译成中文的例子，让学生有个意识，然后转入基因控制蛋白质合成也要经“转录”和“翻译”两个重要步骤的话题，怎样“转录”和“翻译”就是本节课同学们需要学会的内容。（一）转录学生看教材对应图6-10 DNA转录RNA的图解1、定义：以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。即：DNA-mRNA2、场所：主要在细胞核（其次线粒体、叶绿体）3、过程：在细胞核中，以DNA解旋后的一

8、条链为模板，细胞中游离的核糖核苷酸与供转录用的DNA的一条链上的碱基按照AU、GC、TA、CG的碱基互补配对原则，在RNA聚合酶的作用下，依次连接，形成mRNA；mRNA通过核孔从细胞核进入细胞质中，与核糖体结合。 4、条件： 模板：以DNA的一条链为模板 原料：游离的4种核糖核苷酸 能量：ATP 酶： 解旋酶、RNA聚合酶等 其他条件：适宜的T、PH等5、产物：一条单链的RNA（mRNA、tRNA、rRNA）RNA（信使RNA），RNA（转运RNA），RNA（核糖体RNA）。RNA的功能：将基因中的遗传信息传递到蛋白质上，即基因中的遗传信息经转录后成为mRNA上的遗传密码，再经翻译后形成具有

9、特定氨基酸排列顺序的蛋白质。tRNA的功能：运输特定的氨基酸；识别遗传密码。rRNA的功能：是核糖体中的结构成分，位于核糖体的核心部位，兼有酶的功能，也称为核酶。6、特点：边解旋边转录，转录后DNA仍保留原来的双链结构7、意义：可把遗传信息从DNA（基因）传递到信使RNA（mRNA），即遗传信息转化成遗传密码。第二课时（二）翻译1、定义：以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。即mRNA-蛋白质2、场所：细胞质的核糖体思考：mRNA上的碱基是如何决定蛋白质中的氨基酸的?请学生先答出组成蛋白质的氨基酸的种类以及蛋白质多样性的原因?即:一般有20种；蛋白质多样性是由氨基酸种类、数

10、量、排列顺序及空间结构决定的。思考：氨基酸有20种，而mRNA只有四种碱基(A、G、C、U)，如何决定20种氨基酸呢?逻辑推理:一个碱基决定一个氨基酸，41=4，只能决定4种，不行；两个碱基决定一个氨基酸，42=16，只能决定16种，不行；三个碱基决定一个氨基酸，43=64，能决定64种，足够有余。提出：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个密码子（遗传密码）（含起始码、终止码）1967年科学家们破译了全部遗传密码子，并且编制出了我们现在课本P15，表6-1，20种氨基酸的这张密码子表，引导学生观察其中的密码子具有怎样的特点？共有64种密码子，但只有61个能编码控制种氨基

11、酸合成，另外3个密码子（UAG、UAA、UGA）不编码任何氨基酸，而是合成蛋白质的终止信号又称终止密码。相当于标点符号中的句号。简并性: 一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定。如色氨酸只有UGG一个密码子；如精氨酸有6个密码子CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG专一性：一种密码子只和一种氨基酸相对应通用性：所有生物共用一套遗传密码子，例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然，这也是生物彼此间存在亲缘关系的证据之一。不重叠性还有两个密码子AUG和GUG除了分别决定甲硫氨酸和撷氨酸外，还是翻译的起始信号，遗传学上将其称之为起始密码子。每一个mRNA上都有特定的起始密码子和

12、终止密码子。3、过程：RNA从细胞核经核孔到细胞质中，与核糖体结合形成含个tRNA的结合位点 。 第一个一端携带特定种类氨基酸的tRNA进入核糖体，另一端的三个相邻的碱基（反密码子）与RNA特定位置上能互补配对的三个相邻的碱基（密码子）进行配对，进入位点，从而使特定的氨基酸安放在特定的位置上。（补充：tRNA的结构由于只有61种密码子是对应氨基酸的，所以tRNA也只有61种1种tRNA对应1种氨基酸；1种氨基酸对应16种转运RNA。） 第二个携带氨基酸的tRNA的碱基与mRNA的碱基互补配对，进入位点。两个氨基酸脱水缩合，第一个氨基酸通过肽键转移到位点的tRNA上。核糖体沿着mRNA移动，位点

13、的tRNA离开核糖体，位点的tRNA进入位点，第三个携带氨基酸的tRNA的碱基与mRNA的碱基互补配对，进入位点，继续肽链的合成，直到读取到mRNA的终止密码为止。然后多肽链从RNA上脱离开来，再经过细胞质内的某些细胞器（如内质网、高尔基体等）的加工如盘曲折叠螺旋，最终合成具有一定氨基酸顺序的，一定空间结构的，具有生物功能的蛋白质小结：4、条件： 模板：以mRNA为模板 原料：20种氨基酸 能量：ATP 酶：与蛋白质合成有关的酶系 工具：tRNA5、产物：多肽 蛋白质6、特点：一个mRNA分子可以连续结合多个核糖体，进行多肽链的合成7、有关计算：（1）基因模板链中的A+T（或G+C）与RNA分

14、子中的U+A（或C+G）相等（2）基因模板链中，则mRNA中（3）DNA分子中，则mRNA中（4）氨基酸：mRNA碱基数：DNA碱基数=1：3：6已知基因中碱基数，则最多能够编码氨基酸数=x/6已知蛋白质中氨基酸数，则基因中含碱基数最少为=氨基酸×6由上述过程可以看出：DNA分子上的基因，其脱氧核苷酸的排列顺序决定了mRNA中核糖核苷酸的排列顺序， mRNA中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。从另一角度讲，基因的表达过程也反映出了遗传信息的传递规律。三、遗传信息的传递方向-信息流与中心法

15、则1、信息流在遗传学上，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学家克里克提出的“中心法则”来表示。2、中心法则及其发展 （课本P17，中心法则图解） 含义：中心法则体现了DNA的两大基本功能.体现遗传信息的传递功能：即以DNA为遗传物质的生物，进行DNA复制遗传信息从DNA流向DNA.体现遗传信息的表达功能：通过转录-遗传信息从DNA流向RNA翻译-遗传信息从RNA流向蛋白质的过程完成，发生于个体发育中中心法则的补充：以RNA作为遗传物质的生物（极少数病毒）进行:RNA的自我复制遗传信息从RNA流向RNA逆转录遗传信息从RNA流向DNA，此过程必须在逆转录酶的作用下合成DNA，然

16、后整合到寄主细胞的DNA中，再转录合成mRNA四、比较复制，转录和翻译三个过程的差异： 复制转录翻译时间有丝分裂间期和减数第一次分裂间期生长发育的连续过程中场所（主）细胞核（少）线粒体和叶绿体细胞核核糖体原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP等模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可连续结合多个核糖体，顺次合成多肽链产物两个双链DNA分于mRNA、tRNA、rRNA蛋白质 （多肽链）意义复制遗传

17、信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状生物的一切性状都是受基因控制的，个体发育的过程就是细胞内基因表达的结果五、基因对性状的控制1、一些基因是通过控制酶的合成来控制代谢的过程，从而控制生物的性状。例如，正常人的皮肤、毛发等处的细胞中有一种酶，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时，这个人的体内就不能合成黑色素，而表现出白化病。（课本P17，图6-11白化症患儿）2、一些基因是通过控制组成生物体结构的蛋白质的结构来控制生物的性状。（如课本P48页中讲到的镰刀型细胞贫血症。）3、特点：（1）不同细胞含有相同的基因，但不同的细胞选择性表达不同的结果。例如，胰岛细胞能表达出胰岛素基因，但不能表达出血红蛋白基因 （2）细胞内基因顺序性表达，同一细胞在不同时期表达不同的基因巩固练习1、课后复习题2、填下列表格3. 某遗传效应的DNA片段有碱基960个，此片段转录、翻译合成一条肽链，则此肽链在形成时应脱去的水分子数为（ D ）A. 480 B. 240 C. 160 D. 1594. 某多肽链含有99个肽键，则控制合成该肽链的基因中的碱基数至少有（ D ）A. 297 B. 300 C. 594 D. 6005. 某信使RNA的碱基中，尿嘧