第四章  基因的表達(dá)第1節(jié)  基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成（一）教學(xué)目標(biāo)1、能準(zhǔn)確描述遺傳信息的表達(dá)過程，理解并掌握RNA的結(jié)構(gòu)特點即作用。2、通過學(xué)習(xí)核糖核苷酸、mRNA、tRNA生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能特點，形成生物體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的基本科學(xué)理念。3、運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析DNA中堿基、RNA中堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。（二）教學(xué)重難點1、教學(xué)重點
（1）理解遺傳信息、密碼子與反密碼的關(guān)系，理解密碼子的簡并性。（2）遺傳信息的轉(zhuǎn)率和翻譯過程。2、教學(xué)難點
（1）遺傳信息的轉(zhuǎn)率和翻譯過程。（三）教學(xué)過程一、創(chuàng)設(shè)情境、導(dǎo)入新課將水母的綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入老鼠體內(nèi)，老鼠在紫外線的照射下發(fā)綠色熒光，研究發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)產(chǎn)生了綠色熒光蛋白1、轉(zhuǎn)入的是基因，得到的卻是蛋白質(zhì)！為什么會這樣？小鼠能發(fā)綠色熒光的直接原因是合成了綠色熒光蛋白，基因和蛋白質(zhì)之間存在著怎樣的關(guān)系？思考一：位于細(xì)胞核的基因如何控制細(xì)胞質(zhì)核糖體進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成？聯(lián)系DNA和蛋白質(zhì)之間的媒介是什么？二、溝通DNA和蛋白質(zhì)之間的信使——RNA1、RNA能作為信使的原因（1）它也是由基本單位——核苷酸連接而成，核苷酸也含有4種堿基，這些特點使得RNA具備準(zhǔn)確傳遞遺傳信息的可能（2）RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。2、RNA的種類、結(jié)構(gòu)及功能三、轉(zhuǎn)錄1、概念 ：在細(xì)胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫做轉(zhuǎn)錄。2.時間：個體生長發(fā)育的整個過程（幾乎所有活細(xì)胞中）3.場所：主要在細(xì)胞核中，線粒體、葉綠體（真核）原核：擬核、質(zhì)粒實際上，DNA在哪里，轉(zhuǎn)錄就在哪里發(fā)生4.產(chǎn)物：三種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）5.原料模板：DNA的一條鏈原料：4種游離的核糖核苷酸能量：ATP酶：RNA聚合酶6.產(chǎn)物：三種RNA（mRNA、tRNA、rRNA7、過程（以mRNA的合成過程為例）①解旋：第1步：DNA雙鏈解開，堿基暴露出來。當(dāng)細(xì)胞合成某種蛋白質(zhì)時， RNA聚合酶與編碼這個蛋白質(zhì)的一段DNA結(jié)合，使得DNA雙鏈解開，雙鏈堿基得以暴露②游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對，在RNA聚合酶的作用下開始mRNA的合成。③第3步：新結(jié)合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯鍵）8.意義：:遺傳信息從DNA傳遞到RNA（mRNA）上，為翻譯做準(zhǔn)備。9.原則：堿基互補(bǔ)配對原則A-T    G-C   C-G   T-A10.特點:邊解旋邊轉(zhuǎn)錄11、10.轉(zhuǎn)錄方向RNA新鏈的延伸也是從5’-端到3’-端；先合成再釋放思考討論：（1）轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么共同之處？這對保證遺傳信息的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄有什么意義？轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循堿基互補(bǔ)配對原則等等。其中，堿基互補(bǔ)配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。（2）與DNA復(fù)制相比，轉(zhuǎn)錄所需要的原料和酶各有什么不同？DNA復(fù)制所需要的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；轉(zhuǎn)錄所需要的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。（3）轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列與DNA模板鏈的堿基序列是互補(bǔ)配對的；轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列與非模板鏈的堿基序列的區(qū)別是RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)在非模板鏈上的堿基是T。四、翻譯1、定義：在細(xì)胞質(zhì)中，游離的各種氨基酸，以信使RNA（mRNA）為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程 -----翻譯。2、場所：細(xì)胞質(zhì)中的核糖體3、條件模板：mRNA原料：21種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)工具：tRNA產(chǎn)物：蛋白質(zhì)4、實質(zhì)：mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。思考：mRNA的4種堿基如何決定組成蛋白質(zhì)的21種氨基酸？5、密碼子：（1）定義：mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基（2）位置：密碼子位于mRNA上（3）識別：從mRNA上5’-端翻譯至3’-端（4）一共有多少個密碼子？共64種密碼子（5）終止密碼子有多少個？終止密碼子編碼氨基酸嗎？編碼氨基酸的密碼子有多少個？一般情況下3個終止密碼子（UAA、UAG、UGA）不決定氨基酸特殊情況下UGA可以編碼硒代半胱氨酸。一般情況下，決定氨基酸的密碼子61種。特殊情況下62種。（6）真核生物的起始密碼子是哪一個？真核生物只有1種—AUG，編碼甲硫氨酸；原核生物可以有2種—AUG（編碼甲硫氨酸）和GUG（編碼甲硫氨酸，如果該密碼子不作為起始密碼子時，其編碼纈氨酸）（7）你認(rèn)為密碼子的簡并對生物體的生存發(fā)展有什么意義？①增強(qiáng)密碼子的容錯性。當(dāng)密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應(yīng)的氨基酸；②密碼子的使用頻率。當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。6、氨基酸的搬運(yùn)工——tRNA7、翻譯過程第1步：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合；攜帶甲硫氨酸的tRNA通過與mRNA上的堿基互補(bǔ)配對進(jìn)入位點1。第2步：攜帶組氨酸的tRNA以同樣的方法進(jìn)入位點2。第3步：通過脫水縮合形成肽鍵，甲硫氨酸被轉(zhuǎn)移到占據(jù)位點2的tRNA上。第4步：核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。原位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進(jìn)入位點1, 一個新的攜帶氨基酸的tRNA 進(jìn)入位點2，繼續(xù)肽鏈的合成第5步：就這樣，隨著核糖體的移動，tRNA以上述方式將攜帶的氨 基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止第6步：肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，通常經(jīng)過一系列步驟，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子。
 在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個快速高效的過程。通常，一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時進(jìn)行多條肽鏈的合成(因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)）。五、中心法則1、提出者：克里克2、內(nèi)容：3、中心法則的發(fā)展（1）1965年，科學(xué)家在RNA病毒里發(fā)現(xiàn)了一種RNA復(fù)制酶，RNA復(fù)制酶能對RNA進(jìn)行復(fù)制。 （2）1970年，科學(xué)家在致癌的RNA病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，它能以RNA為模板合成DNA。（3）少數(shù)生物（如一些RNA病毒）的遺傳信息可以從RNA流向RNA（即RNA的復(fù)制）以及從RNA流向DNA（即逆轉(zhuǎn)錄）；4、完整的中心法則圖示5、中心法則的意義揭示了在遺傳信息的流動過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息表達(dá)的產(chǎn)物，而ATP為信息的流動提供能量，可見：生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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