2019-2020學年高中生物下學期《基因指導蛋白質(zhì)的合成》教學設計.doc

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2019-2020學年高中生物下學期《基因指導蛋白質(zhì)的合成》教學設計 第四章第1節(jié) 基因指導蛋白質(zhì)的合成 課時 2課時 學習內(nèi)容 本節(jié)是第四章學習的基礎，也是本章教學的難點所在。本節(jié)內(nèi)容不僅抽象復雜，而且涉及的物質(zhì)種類非常多，主干知識是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，側(cè)枝內(nèi)容是DNA與RNA結(jié)構(gòu)的比較、核糖與脫氧核糖的比較、三種不同種類的RNA以及遺傳密碼的組成。在處理主干和側(cè)枝內(nèi)容關(guān)系時，要合理分配時間，明確不同層次的教學要求。 學情分析 通過第二、三章的學習，學生對“基因在哪里”以及“基因是什么”有了一定的科學認識，并已經(jīng)對基因究竟是如何起作用的產(chǎn)生了濃厚的興趣，教師可充分利用開頭的“問題探討”、本節(jié)的插圖，設計一些深入淺出、環(huán)環(huán)相扣的問題來引導學生進行閱讀、思考、討論，讓學生從中體會科學探究的方法和樂趣。 教學目標 課程標準： 知識方面： ⑴概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程 ⑵理解遺傳信息與“密碼子”的概念 ⑶運用數(shù)學方法，分析堿基與氨基酸的對應關(guān)系 能力方面： ⑴培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，使學生掌握一定的科學研究方法。 ⑵理解結(jié)構(gòu)與功能相適應的生物學原理。 ⑶通過指導學生設計并制作蛋白質(zhì)合成過程的活動模具，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。 教學重難點 重點：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程 難點：遺傳信息的翻譯過程 教學方法 ⑴教師講述、舉例、圖示、啟發(fā)與學生閱讀、思考、討論探索相結(jié)合。 ⑵學案導學 課前準備 ⑴學生的學習準備：完成課前預習學案，提出疑惑 ⑵教師的教學準備：課前預習學案、課內(nèi)探究學案、課后訓練與提高、基因控制蛋白質(zhì)合成的多媒體課件、信使RNA和轉(zhuǎn)運RNA結(jié)構(gòu)對比圖片 教學過程 情境導入、展示目標 〖問〗當我們認識到基因的本質(zhì)后，能不能利用這一認識，分析現(xiàn)實生活中一些具體的問題呢？例如，在現(xiàn)實生活中，我們能不能像電影《侏羅紀公園》中描述的那樣，利用恐龍的DNA使恐龍復活呢？如果能利用恐龍的DNA使恐龍復活，你認為主要要解決什么問題？ 引導組織學生閱讀P61第4章的章圖。請學生閱讀章圖中的文字和圖解，詢問學生看懂了什么，又產(chǎn)生了哪些問題。學生閱讀思考討論并回答：需要使恐龍DNA上的基因表達出來，表現(xiàn)恐龍的特性。 〖設計意圖〗此節(jié)問題探討意在引導學生思考DNA在生物體內(nèi)有哪些作用，又是如何發(fā)揮作用的。從而激起學生興趣并引入新課，即懂得基因表達的含義 集中學生注意力，明確學習目標。 ㈢合作探究，精講點撥 　 討論：遺傳物質(zhì)DNA一般都存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)的合成則是在細胞質(zhì)的核糖體上進行的，那么細胞核中的DNA是如何控制細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成過程的？ 　　教師講述：大量的科學實驗表明，信息的傳遞不是由DNA直接傳遞給蛋白質(zhì)的，而是在細胞核中先把DNA的遺傳信息傳遞給RNA，然后RNA進入細胞質(zhì)中，在蛋白質(zhì)合成中起模板作用。我們把這種RNA形象地叫做信使RNA，簡寫為mRNA。此外還有轉(zhuǎn)運RNA，也叫tRNA,以及核糖體RNA，也叫rRNA。 〖問〗RNA只有一條鏈，它的結(jié)構(gòu)組成與DNA有什么異同點呢？ 學生閱讀p63圖4-3，師生討論共同完成，教師適時歸納總結(jié)并演示表格內(nèi)容： RNA與DNA的比較 項目 DNA RNA 基本單位 脫氧核苷酸 核氧核苷酸 五碳糖 脫氧核糖 核糖 堿基 A、G、C、T A、G、C、U 無機酸 磷酸 磷酸 類型 常為一種類型 信使RNA（mRNA） 轉(zhuǎn)移RNA（tRNA） 核糖體RNA（rRNA） 分布 主要在細胞核， 少量在細胞質(zhì) 主要在細胞質(zhì)， 少量在細胞核（如核仁） 結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu) 一般是單鏈 （且比DNA短，能通過核孔） 教師講述：DNA相當于總司令。在戰(zhàn)爭中，如果總司令總是深入前沿陣地直接指揮，就會影響他指揮全局。DNA被核膜限制在細胞核內(nèi)，必須先把遺傳信息傳給mRNA，這一過程稱為轉(zhuǎn)錄。 〖問〗為什么mRNA適于作DNA的信使呢？DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？ 結(jié)合多媒體課件或圖示教師精講點撥： ①DNA雙螺旋解開，DNA雙鏈的堿基得以暴露，其中一條鏈提供準確模板； ②游離的核苷酸隨機地與DNA鏈的堿基碰撞，當核苷酸的堿基與DNA的堿基互補時，兩者以氫鍵結(jié)合。 ③新結(jié)合的核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上； ④合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復。 學生聽講、閱讀、思考，師生討論共同完成以上問題，即①mRNA為單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中；②轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與供轉(zhuǎn)錄用的DNA單鏈的堿基序列之間的堿基是互補配對關(guān)系，與DNA雙鏈間堿基互補配對不同的是，RNA鏈中與DNA鏈的A配對的是U，不是T。這樣轉(zhuǎn)錄出的這個mRNA與DNA另一條鏈的堿基序列基本相同，只是DNA鏈上T的位置，RNA鏈上是U，從而保證了轉(zhuǎn)錄的準確性。 教師講述：轉(zhuǎn)錄與復制都需要模板、都遵循堿基互補配對規(guī)律，等等?？梢詮乃钘l件、過程中的具體步驟和過程中所表現(xiàn)出的規(guī)律等角度進行對比分析。 學生思考、討論，教師指導、補充，最后歸納，并演示以下表格： DNA兩大功能的執(zhí)行情況比較（表二） DNA 的功能 復制遺傳信息 表達遺傳信息 轉(zhuǎn)錄 翻譯（待學） 概念 以親代DNA為模板合成子代DNA的過程 以DNA中的一條鏈為模板，合成mRNA的過程 時間 減數(shù)第一次分裂間期或有絲分裂間期 在生長發(fā)育的連續(xù)過程中 場所 在細胞核（主要），線粒體，葉綠體 條件 模板 以DNA的兩條鏈為模板 以DNA的一條鏈為模板 原料 四種游離的脫氧核苷酸 四種游離的核糖核苷酸 酶 DNA解旋酶，DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 能量 需要ATP 堿基配對原則 A—T，T—A，G—C，C—G A—U，T—A，G—C，C—G 過程 ①DNA雙螺旋解開，每條鏈提供準確模板； ②按照堿基互補配對原則，各自合成子鏈； ③子、母鏈結(jié)合盤繞形成兩個新DNA分子 ①DNA雙螺旋解開，其中一條鏈提供準確模板； ②按照堿基互補配對原則，形成mRNA； ③合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復。 產(chǎn)物 兩個一樣的雙鏈DNA分子 一條單鏈的mRNA 特點 邊解旋邊復制，半保留式復制，（半不連續(xù)連續(xù)，可有多個起始點） 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，雙鏈DNA分子全保留式轉(zhuǎn)錄。（可有多個基因同時轉(zhuǎn)錄） 遺傳信息的傳遞方向 親代DNA→子代DNA DNA→mRNA 通過RNA將遺傳信息反映到蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上，使后代重現(xiàn)親代性狀 計算規(guī)律 DNA（基因）中的堿基數(shù) （6n） mRNA分子中的堿基數(shù) （3n） 蛋白質(zhì)“多肽鏈”中氨基酸數(shù)（=參加轉(zhuǎn)運的tRNA） （= mRNA分子中的密碼子數(shù)）（n） 轉(zhuǎn)錄得到的RNA仍是堿基序列，而不是蛋白質(zhì)。那么，RNA上的堿基序列如何能變成蛋白質(zhì)中氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序呢？mRNA如何將信息翻譯成蛋白質(zhì)？并展示本節(jié)的學習目標。 ㈢合作探究，精講點撥 教師提出翻譯的概念，即游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程，稱為遺傳信息的翻譯。 〖問〗翻譯過程中mRNA上的堿基是如何決定蛋白質(zhì)中的氨基酸的? (1)請學生先答出組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類以及蛋白質(zhì)多樣性的原因?即:一般有20種；蛋白質(zhì)多樣性是由氨基酸種類、數(shù)量、排列順序及空間結(jié)構(gòu)決定的。 (2)思考:氨基酸有20種，而信使RNA只有四種堿基(A、C、C、U)，如何決定20種氨基酸呢? 邏輯推理: 一個堿基決定一個氨基酸，只能決定4種，41=4，不行； 兩個堿基決定一個氨基酸，只能決定16種，42=16，不行； 三個堿基決定一個氨基酸，只能決定64種，43=64，足夠有余。 教師簡介密碼子的發(fā)現(xiàn)過程: 1961年英國的克里克和同事用實驗證明一個氨基酸是由信使RNA上的三個相鄰堿基決定的。美國年輕的生物化學家尼倫伯格和同事用人工合成方式，首先闡明了遺傳密碼的第一個字---UUU，即決定苯丙氨酸的密碼子。1967年科學家已將20種氨基酸的密碼子全部破譯。投影顯示20種氨基酸的密碼子表并解說。 學生查密碼子表，分析密碼子的特點，練會查表。 (3)游離于細胞質(zhì)基質(zhì)中的氨基酸是怎樣到達核糖體并按一定排列順序形成蛋白質(zhì)呢? 學生活動：閱讀教材P65～66并回答:需要一種搬運工具搬運--即另一種RNA(轉(zhuǎn)運RNA,即tRNA)。 教師出示轉(zhuǎn)運RNA模型圖并講解:轉(zhuǎn)運RNA種類很多，但每種轉(zhuǎn)運RNA只能識別并轉(zhuǎn)運1種氨基酸。這是因為在轉(zhuǎn)運RNA的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基，能專一性地與信使RNA上的特定的3個堿基(即密碼子)配對。例如:信使RNA上的三個堿基AAA就是一個密碼，轉(zhuǎn)運RNA中轉(zhuǎn)運賴氨酸的轉(zhuǎn)運RNA一端的三個堿基是UUU，只有它才能按照堿基互補配對原則配對。 指導學生進行以下比較，師生共同整理歸納： 1.我們再次比較三種RNA的功能。 2.比較遺傳信息、遺傳密碼和反密碼子。 （答案略） 教師繼續(xù)講述：由于核糖體中的信使RNA中有許多密碼子，每個密碼子與轉(zhuǎn)運特定氨基酸的轉(zhuǎn)運RNA能夠堿基配對，這樣它才能對號入座。也就是說一種轉(zhuǎn)運RNA在哪個位置上對號人座是靠轉(zhuǎn)運RNA的三個堿基去識別。而位置則是信使RNA按遺傳信息預先定了的，同時課件展示蛋白質(zhì)合成示意圖： mRNA進入細胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，當轉(zhuǎn)運RNA運載著一個氨基酸進入到核糖體以后，就以信使RNA為模板，按照堿基互補配對原則，把轉(zhuǎn)運來的氨基酸放在位點1上，第二個轉(zhuǎn)運RNA攜帶相應的氨基酸以同樣的方式進入位點2，此時這兩個氨基酸形成肽鍵，并且第一個氨基酸與它的轉(zhuǎn)運RNA分離，并轉(zhuǎn)移到第二個轉(zhuǎn)運RNA上。與此同時，核糖體沿著信使RNA繼續(xù)滑動三個堿基的位置，并讀取下一個密碼子，第一個轉(zhuǎn)運RNA開核糖體，第二個轉(zhuǎn)運RNA進入位點1，新的轉(zhuǎn)運RNA攜帶相應氨基酸進入位點2。上述過程如此往復地進行，肽鏈也就不斷地延伸，直到信使RNA上出現(xiàn)終止密碼子為止。 　　肽鏈合成以后，從信使RNA上脫離開來，再經(jīng)過細胞質(zhì)內(nèi)的某些細胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等）的加工如盤曲折疊螺旋，最終合成一個具有一定氨基酸順序的。有一定功能的蛋白質(zhì)分子。 學生聽講、思考，并嘗試歸納以下問題： 〖問〗1.氨基酸如何進入核糖體？ 2. 核糖體上有幾個翻譯的位點？ 3.核糖體移動的方向？ 4.肽鏈如何形成？ 學生看圖思考、討論回答（答案略），并組織學生繼續(xù)完成翻譯與轉(zhuǎn)錄、復制過程的異同點的對比。（完成下表） DNA 的功能 復制遺傳信息 表達遺傳信息 轉(zhuǎn)錄 翻譯（待學） 概念 以親代DNA為模板合成子代DNA的過程 以DNA中的一條鏈為模板，合成mRNA的過程 游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程 時間 減數(shù)第一次分裂間期或有絲分裂間期 在生長發(fā)育的連續(xù)過程中 在生長發(fā)育的連續(xù)過程中 場所 在細胞核（主要），線粒體，葉綠體 在細胞質(zhì)的核糖體上 條件 模板 以DNA的兩條鏈為模板 以DNA的一條鏈為模板 以mRNA為模板 原料 四種游離的脫氧核苷酸 四種游離的核糖核苷酸 20種氨基酸 酶 DNA解旋酶，DNA聚合酶等 DNA解旋酶，RNA聚合酶等 （各種合成酶等） 能量 需要ATP 堿基配對原則 A—T，T—A，G—C，C—G A—U，U—A，G—C，C—G A—U，U—A，G—C，C—G 過程 ①DNA雙螺旋解開，每條鏈提供準確模板； ②按照堿基互補配對原則，各自合成子鏈； ③子、母鏈結(jié)合盤繞形成兩個新DNA分子 ①DNA雙螺旋解開，其中一條鏈提供準確模板； ②按照堿基互補配對原則，形成mRNA； ③合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙鏈恢復。 ①mRNA進入細胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，mRNA作為模板； ②按照堿基互補配對原則與mRNA上每三個堿基配對的tRNA運載著氨基酸進入核糖體；以mRNA上的遺傳密碼順序，把一定的氨基酸放在相應的位置，合成有一定的氨基酸序列的蛋白質(zhì)。 產(chǎn)物 兩個一樣的雙鏈DNA分子 一條單鏈的mRNA 具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)。 特點 邊解旋邊復制，半保留式復制，（半不連續(xù)連續(xù)，可有多個起始點） 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，雙鏈DNA分子全保留式轉(zhuǎn)錄。（可有多個基因同時轉(zhuǎn)錄） 一個mRNA分子上可以象機結(jié)合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，翻譯界素后，mRNA分解成蛋個核苷酸。 遺傳信息的傳遞方向 親代DNA→子代DNA DNA→mRNA 通過RNA將遺傳信息反映到蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上，使后代重現(xiàn)親代性狀 計算規(guī)律 DNA（基因）中的堿基數(shù) （6n） mRNA分子中的堿基數(shù) （3n） 蛋白質(zhì)“多肽鏈”中氨基酸數(shù) （=參加轉(zhuǎn)運的tRNA） （= mRNA分子中的密碼子數(shù)） （n） 教師歸納，并突出強調(diào): a.信使RNA的遺傳信息即堿基排列順序是由DNA決定的。 b.轉(zhuǎn)運RNA攜帶的氨基酸(如賴氨酸、丙氨酸)能在蛋白質(zhì)的氨基酸順序的哪一個位置上是由信使RNA決定的，歸根到底是由DNA的特定片段(基因)決定的，由于DNA分子的多樣性，就決定了蛋白質(zhì)分子的多樣性。 板書設計 基因指導蛋白質(zhì)的合成 1．轉(zhuǎn)錄 （1）在細胞核中，以DNA雙鏈中的一條為摸板合成mRNA的過程。 （2） ① 信使（mRN A），將基因中的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)上，是鏈狀的； RNA ② 轉(zhuǎn)運RNA（tRNA），三葉草結(jié)構(gòu)，識別遺傳密碼和運載特定的氨基酸； （單鏈） ③ 核糖體RNA（rRNA），是核糖體中的RNA。 （3）過程 （場所、摸板、條件、原料、產(chǎn)物、去向等） 2．翻譯 （1）在細胞質(zhì)的核糖體上，氨基酸以mRNA為摸板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。 （2）實質(zhì)：將mRNA中的堿基序列翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。 （3）（64個）密碼子：mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰堿基。 其中AUG，這是起始密碼；UAG、UAA、AGA為終止密碼。 （4） UUC ACU AAG CUU UCG C G C GAA UGA Ⅱ Ⅰ 翻譯過程 小結(jié)：遺傳信息的傳遞 教 學 反 思 本節(jié)教材的特點之一是插圖多而復雜。尤其是轉(zhuǎn)錄過程流程圖、翻譯過程流程圖和一個mRNA分子上的多個核糖體同時合成多條肽鏈示意圖等。備課時教師要仔細分辨并揣摩插圖所表達的意思，并能將不同的插圖內(nèi)容與教學流程有機的結(jié)合起來，還要分清主次和輕重。 本節(jié)教學需要師生之間有良好的互動基礎，教師應設計運用好問題串，以利于將問題步步深入，營造出探求、推理和發(fā)現(xiàn)的科學研究氛圍，誘導學生積極應答，參與討論，使教學活動能夠順利推進。還要注意教學推進的層次感，即問題要從細胞水平深入到分子水平，最后仍要回歸到細胞水平，以此引導學生從不同層次上認識基因表達的意義。