高中生物必修2 第四章 基因的表達 (教學設計)

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1、第四章 基因的表達 一、教材分析 （一）本章在教材中所處的地位 本章是《基因的本質》和《基因突變和其他變異》兩章之間的銜接，是理解生物體外在性狀（蛋白質）和內在遺傳物質（ＤＮＡ）關系的重要一章。 學習本章主要以遺傳信息的轉錄和翻譯過程為主線，認識基因對生物性狀（蛋白質）的調控合成的問題，以及了解遺傳密碼的破譯過程。 （二）教學目標要求 １、知識方面 (1) 理解基因控制蛋白質合成的過程和原理。 (2) 了解基因控制性狀的原理。 (3) 知道中心法則及其發(fā)展。 (4) 知道遺傳密碼的破譯。 ２、情感態(tài)度和價值觀方面 (1) 通過學習認識到事物的現(xiàn)象是由本質決定等辯證唯

2、物主義觀點。 (2) 培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度及創(chuàng)新精神，合作精神。 ３、能力方面 （１）培養(yǎng)學生查詢資料獲得信息，處理信息的能力。 （２）通過對新知識的探求過程，培養(yǎng)學生分析、比較判斷、綜合思維能力。 （３）通過學生的主動參與活動培養(yǎng)學生的實踐能力。 二、本章課時安排 授課時數為５課時。 三、本章每課時的教學流程 第一節(jié) 基因指導蛋白質的合成 １、教學目標 （1）了解基因控制蛋白質合成的中間物質RNA的基本單位,化學組成和種類，以及它與DNA在組成、結構、功能和分布等方面的異同。 （２）理解基因表達的轉錄和翻譯的概念和過程。 （３）比較轉錄和翻譯的

3、異同。 （４）認知和區(qū)分相關概念：遺傳信息、遺傳密碼、反密碼子。 （５）計算問題：基因(DNA)堿基、RNA堿基和氨基酸的對應關系。 ２、教學重難點 （1）理解基因表達的轉錄和翻譯的概念和過程 （2）認知和區(qū)分相關概念：遺傳信息、遺傳密碼、反密碼子。 （3）計算問題：基因(DNA)堿基、RNA堿基和氨基酸的對應關系，以圖解方法解決。 3、教學建議 結合教材有關轉錄和翻譯的圖解或模型動畫演示。 4、課時安排：３課時 ５、教學流程： 學習階段 教師組織和引導 學生活動 教學意圖 導學 引入課題 學生自學

4、 教師指導 學生自學 教師講解 思考討論 　 　 　 　 教師講解 　 思考討論 　與生活聯(lián)系，激發(fā)學習和探究知識的興趣。 　 　 　 　 　 教師導學 　 　 　 　 　 　 　 設置問題情境 播放2分鐘《侏羅紀公園》電影. 提問：電影中的科學家是怎么使已滅絕的動物復活的？ (回答:復活的恐龍是科學家利用提取恐龍的DNA培育繁殖而來的。) 教師引導：基因就象一張藍圖，生物體就是根據這張藍圖用蛋白質構建造起機體來的。

5、 思考：基因（DNA）是在細胞核內，蛋白質合成是在細胞質的核糖體上，在細胞核的基因如何控制在細胞質的蛋白質合成呢？ 教師指出：在DNA和蛋白質之間，有一種中間物質――RNA充當信使。 復習舊知：兩種核酸（DNA和RNA）在化學元素、基本單位、化學組成、結構、功能和分布等方面的區(qū)別？ （列表，閱讀教材10分種，學生填寫） 　　一　細胞中的兩種核酸的比較： DNA RNA 組成元素 C、H、O、N、P 基本單位 脫氧核苷酸（４種） 核糖核苷酸（４種） 化學組成 一分子磷酸 脫氧核糖 A、T、C、G 一分子磷酸 核糖 A、U、C、G 結構 規(guī)則的雙

6、螺旋結構 一般單鏈結構 功能 編碼復制遺傳信息, 控制蛋白質合成 傳遞遺傳信息并通過蛋白質表達出來 分布 細胞核的染色體,線粒體,葉綠體 細胞質的核糖體 另外，教師補充：RNA的在細胞中有三種： ｍRNA（信使RNA），ｔRNA（專運RNA），ｒRNA（核糖體RNA）。 設問：DNA RNA 蛋白質之間的關聯(lián)？ 學生閱讀教材（P62——66）10分鐘，小組內討論并由代表發(fā)言。 二　基因控制蛋白質合成過程： 轉錄 翻譯 DNA RNA 蛋白質（性狀） （一）轉錄：圖示教材P63圖4-4以DNA為模板轉錄RNA的圖解

7、。 　利用視頻：顯示轉錄過程。 １　定義：轉錄是在細胞核內進行的，是以DNA雙鏈中的一條為模板，合成mRNA的過程。 ?。病∵^程：細胞中游離的核糖核苷酸與供轉錄用的DNA的一條鏈上的堿基互補配對，在RNA聚合酶的作用下，依次連接，形成一個mRNA分子。 ３　小結：場所：細胞核。模板：DNA解旋，以其中一條有意義鏈為模板。原料：4種核糖核苷酸（A、U、C、G）。 合成產物：單鏈的mRNA（信使RNA）。所需酶：RNA聚合酶。 設問：DNA的堿基與RNA的堿基如何互補配對？ G C A T DNA

8、 C G T A (有意義鏈) m RNA G C A U （二）翻譯：圖示教材P64圖4-6蛋白質合成示意圖。 1 密碼子和反密碼子的區(qū)分： 密碼子：mRNA上相鄰的三個堿基決定一個氨基酸，每三個這樣相鄰的堿基稱為一個密碼子。 反密碼子：每個tRNA一端的這三個堿基，可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫反密碼子。 　　 tRNA一端的三個堿基 攜帶氨基酸的部位 tRNA

9、（轉運RNA）的特點： 像三葉草的葉形，一端是3個堿基，另一端是攜帶氨基酸的部位（如上圖）。 思考：mRNA的４種堿基如何決定２０種氨基酸？ 推理：１種堿基決定１種氨基酸？（不可能） ２個堿基決定１種氨基酸？（１6種組合方式也不 能決定２０種氨基酸，不行。） 提出：mRNA上每3個相鄰的堿基決定1個氨基酸。 小結：64種密碼：61個編碼控制２０種氨基酸合成，另外3個（UAG、UAA、UGA）不編碼任何氨基酸，而是合成蛋白質的終止信號又稱終止密碼。反密碼子：61種tRNA。 　　游戲：請學生看教材P63圖4—4，想象一下核糖體這個生產車間是如何工作的？能否做一個模型顯示出

10、來？ 2、翻譯： 　利用視頻：顯示翻譯過程。 　（１）定義：游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。 　（２）過程：核糖體與mRNA的結合部位會形成２個tRNA的結合位點。第一個攜帶氨基酸的tRNA的堿基與mRNA的堿基互補配對，進入位點１。第二個攜帶氨基酸的tRNA的堿基與mRNA的堿基互補配對，進入位點２。兩個氨基酸脫水縮合，第一個氨基酸通過肽鍵轉移到位點２的tRNA上。核糖體沿著mRNA移動，位點１的tRNA離開核糖體，位點２的tRNA進入位點１，第三個攜帶氨基酸的tRNA的堿基與mRNA的堿基互補配對，進入位點２，繼續(xù)肽鏈的合成，

11、直到讀取到mRNA的終止密碼為止。一個mRNA分子可以與多個核糖體結合，同時進行多條肽鏈的合成。 　肽鏈合成后，從核糖體與mRNA的復合物上脫落離，經過盤曲和折疊等方式形成具有一定空間結構和功能的蛋白質分子。 （３）小結： 翻譯的場所：細胞質的核糖體。翻譯的模板：以mRNA為模板。翻譯所需要的原料：20種氨基酸（由tRNA搬運）。翻譯的結果：合成了有一定氨基酸順序的肽鏈。 設問：已知mRNA的堿基序列是A U G G A A G C A U G U C C G A G C A A G C C G，這mRNA上有多少個密碼子？寫出相應的反密碼子。并根據密碼子表，列

12、出相應的氨基酸序列。 利用視頻演示蛋白質合成的全過程（轉錄和翻譯過程）。 總結遺傳信息的傳遞途徑： 轉錄 翻譯 DNA RNA 蛋白質（性狀） ?。ㄈ┍容^復制，轉錄和翻譯三個過程的差異： DNA復制 轉錄 翻譯 場所 細胞核 細胞核 核糖體 模板 DNA雙鏈 DNA一條鏈 mRNA 原料 ４種脫氧核苷酸 4種核糖核苷酸 20種氨基酸 合成 DNA分子 mRNA 肽鏈 特點 半保留復制，邊解旋邊復制 邊解旋邊轉錄 一個mRNA分子可以與多個核糖體結合 (四)與蛋白質合成有關的計算： 思考：DNA

13、的堿基、m RNA的堿基與氨基酸個數的關系？ 小結： DNA的堿基數：m RNA的堿基數：蛋白質的氨基酸數 = 6 ： 3 ： 1 反饋練習（略） 學生觀看。 學生討論，回答問題。 學生思考：有中間物質傳遞信息。 學生閱讀教材，思考問題，并填寫表格。 學生帶著問題閱讀教材，小組討論。 學生思考，回答。 學生思考，回答。 　學生思考 　學生

14、跟隨教師講解，理解翻譯的過程。 學生思考，回答。 學生觀看。 學生思考，小組討論，以小組發(fā)言。 完成練習。 設計新情景，引入新內容的學習。 　 通過閱讀教材，進一步提高學生自學能力。 學生將教材知識建立起有機的聯(lián)系。 ? 教師導學，進一步掌握知識要點。 并利用教材中的圖解，引導學生通過觀察、思考、歸納獲得知識。 教師導學，幫助學生掌握知識要點。 利用圖解，

15、引導學生通過觀察、思考、歸納獲得知識。 使學生加深對基因表達過程的理解，為后兩節(jié)學習做好鋪墊。 使學生通過解決問題，靈活運用知識。 知識歸納。 知識延伸。 鞏固知識。 第二節(jié) 基因對性狀的控制 一 、教學目標 　　1．解釋中心法則 2．舉例說明基因與性狀的關系 3．舉例說明基因間的相互作用及對生物性狀的精細調控 二、教學難點 　　1．教學重點　（1）中心法則。 （2）基因、蛋白質與性狀的關系。 2．教學難點　　　基因、蛋白質與性狀的關系。 三、教學方法：教師講述、啟發(fā)與學生討論

16、探索相結合。 四、課時安排：1課時。 五、教學過程 教學內容 教師活動 學生活動 設置問題情境 復習回顧 一、中心法則及其發(fā)展 二、基因、蛋白質與性狀的關系 （一）基因可以通過控制酶的合成控制生物性狀 實例：白化病、皺豌豆的蔗糖含量 （二）基因通過控制蛋白質的結構來控制生物性狀 實例：囊性纖維病、鐮刀型細胞貧血癥 （三）關系：錯綜復雜、精細調控 練習反饋 運用多媒體手段展示一幅美

17、麗的罌粟圖片，由于它可以生成嗎啡而給人類帶來無窮的禍害，但目前科學家利用基因去除的方法可使罌粟不生成嗎啡，轉而產生大量的能治療瘧疾的一種化合物。 提問：為什么使用基因技術能使罌粟不生成嗎啡，轉而產生大量的能治療瘧疾的一種化合物？基因是如何控制生物性狀的？引出課題：基因對生物性狀的控制。 運用多媒體手段全程復習演示基因控制蛋白質合成的全過程。然后讓學生回答出： 從DNA mRNA 蛋白質 性狀 在復習DNA、RNA和蛋白質關系的基礎上，引出本課的第一個知識點。 引導學生用圖解闡明遺傳信息流向：

18、 轉錄 翻譯 復制DNA RNA 蛋白質（性狀） 引導學生結合資料分析閱讀教材P69“中心法則”的發(fā)展： 轉錄 翻譯 復制DNA 復制RNA 蛋白質（性狀） 逆轉錄 歸納中心法則：介紹上述RNA自我復制過程以及逆轉錄過程的發(fā)現(xiàn)，并說明這是對中心法則的補充和發(fā)展。對中心法則對遺傳信息的傳遞（DNA分子的復制）和表達（基因控制蛋白質的合成）的功能進行小結。 以孟德爾研究過豌豆的圓粒與皺粒這對相對性狀中皺粒蔗糖含量高引出基因、蛋白質

19、與性狀的關系： 豌豆粒形DNA （含淀粉分支酶基因） 插入外來DNA序列， （正常編碼基因） 改變淀粉分支酶基因 不能合成淀粉分支酶 能合成淀粉分支酶 蔗糖含量升高，不吸水 淀粉含量高，能吸水膨脹 皺粒 圓粒 在生物體內，基因對性狀的控制往往要經過一系列的代謝，而代謝過程中的每一步化學反應都需要酶來催化和激素來調節(jié)。以白化病為例，講明基因不同→控制酶（蛋白質）不同→影響代謝過程→間接影響性狀。具體圖解如下： 酪氨酸酶 酪氨酸

20、 黑色素 正常基因 （突變） 基因異常 不能合成酪氨酸酶 不能合成黑色素，表現(xiàn)白化癥狀 引導學生舉其他例子。指出以前我們學習過的生長激素是一種多肽類激素，如果幼年時期缺乏這種激素時，就會患侏儒癥，也屬于這類情況。 生物的一切遺傳性狀都是受基因控制的。以70頁簡單闡明囊性纖維病是因為基因上堿基改變→控制蛋白質結構改變→直接造成性狀的不同： CFTR基因缺失3個堿基→第508位缺少苯丙氨酸→蛋白質結構異常→功能異常（轉運Cl-異常）→支氣管內黏液增多→囊性纖維病。 又如鐮刀型細胞貧血癥。我們知道人類的血紅蛋白分子是由幾百個氨基酸構成的，正是因為這類

21、人的控制血紅蛋白分子結構的結構基因不正常，因而使這類人體內合成了結構異常的血紅蛋白而引起疾病。通過上面的講述，使學生深入理解基因是遺傳物質的功能單位。為了節(jié)省時間，在分析過程中可以運用相應的課件輔助，信息量大而且直觀易懂。小結基因、蛋白質與性狀的關系： 基因 控制酶、激素合成 影響代謝（間接） 性狀 控制蛋白質合成 （ 直接） 性狀 再通過“人的身高”這一事例說明自然界中，不僅存在單基因對性狀的控制，而且存在多基因對性狀的控制，以及環(huán)境對性狀的影響等。同時還可結合教材中“技能訓練”“問題探討

22、”轉變?yōu)檎n堂練習的形式（詳見課堂評價部分）加以鞏固所學知識。 提問：通過以上學習，我們知道控制蛋白質的合成是細胞核DNA，除此之外，細胞中還有哪些結構具有DNA？ 細胞質DNA與細胞核DNA有什么不同？ 指導學生閱讀教材P70有關細胞質DNA方面的知識 最后引導學生思考能否通過檢測基因來預知將患什么病，能否通過修改基因從根本上治療一些遺傳病或不治之癥。鼓勵學生通過互聯(lián)網等途徑去獲取一些關于基因治療、芯片技術等的開發(fā)及其發(fā)展前景方面的資料。 活躍思維，激發(fā)學習興趣 學生通過回憶基因控制蛋白質合成的全過程，鞏固上一節(jié)課重點內容 學生自主討論學習，

23、嘗試從資料中獲取中心法則的發(fā)展和完善過程并明白科學研究是沒有盡頭的，只要努力發(fā)現(xiàn)，積極探索，隨時都可能有新發(fā)現(xiàn)。 引導學生運用所學知識來解釋這些癥狀產生的原因。 讓學生感悟基因對性狀的控制方式是多樣的，利用圖解可以明確它們是以直接或間接的方式進行調控的，學生形成整體認識。 加深學生對有關基因對生物性狀的控制原理的理解 設置懸念，發(fā)散思維，激發(fā)學生關注熱點、關注社會，與生活實際相聯(lián)系，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生學會利用已有知識解決問題的能力。 第3節(jié)　遺傳密

24、碼的破譯（選學） 一、 教學目標: 1．使學生能說出遺傳密碼的閱讀方式。 2．使學生能說出遺傳密碼的破譯過程。 3．使學生了解演繹推理在科學研究中的重要作用。 二、 教學重點: 遺傳密碼的破譯過程及演繹推理。 三、 教學難點: 1、格和馬太設計的蛋白質體外合成實驗。 2．學習根據實驗結果進行演繹推理 四、課時安排:　　1課時 五、教學策略： 1．采用類比的學習方法，使抽象的問題具體化。 2．以分析尼倫伯格和馬太的實驗設計思路為突破口，來幫助學生理解遺傳密碼的破譯方法。 六、教學流程: 學習階段 教師組織和引導 學生活動 教

25、學意圖 復習舊知，導出課題 點題 講解 引導 問題 評價 問題 　　 問題 知識補充 引導 問題 鞏固練習 通過上一節(jié)內容學習我們已經知道，基因控制蛋白質的合成是通過mRNA上的三聯(lián)體密碼與氨基酸的對應關系來確定肽鏈中的氨基酸排列順序的。那么科學家是如何知道m(xù)RNA上幾個堿基構成一個密碼？密碼的閱讀是不是重疊？哪個氨基酸對應哪個密碼？這就是我們今天要講的遺傳密碼的破譯。 第三節(jié) 遺傳密碼的破譯 遺傳密碼的破譯：就是一個解開MRNA上的堿基與蛋白質上氨基酸之間對應關系的過程。

26、要解決的問題主要有三個：1、密碼子的組成。2、遺傳密碼的閱讀方式。3、密碼子和氨基酸之間對應關系。 下面我們就來看看科學家是怎么探索這個問題的 請大家先來看看“問題請境”然后用左邊的摩日斯密碼表把右邊的這段摩日斯密碼翻譯出來 大家通過翻譯就能知道這段密碼的含義，是因為有了這張密碼表，那么要知道MRNA上的堿基排列順序的含義是不是也需要一張密碼表，這張表應該叫什么？叫-----遺傳密碼表。 要破譯遺傳密碼首先解決的問題是什么？ 問題一、每個遺傳密碼是由幾個堿基組成？ 這個問題伽莫夫用數學上的排列組合方法進行了分析推理 大家想一想：四種堿基要對應20種氨基酸，幾個堿基組成一個密碼才夠

27、？列出41 =4 42 =16 43=64 結論是3　　　 　　　　　　　　　　　　 很好!你們和伽莫夫推論是一樣的。 問題二、那么MRNA上的遺傳密碼是怎樣閱讀的呢？ 教師借74頁的圖講解使學生明確：不同的閱讀方式 解讀出來的含義會完全不同。 問題三、遺傳密碼真的是以三個堿基為一組嗎？到底是哪種閱讀方式呢？這是需要證據的。1961年克里克找到了證據。 對于蛋白質分子來說肽鏈中的非關鍵部位一個或幾個氨基酸的改變對其功能一般不會造成大的影響，但如果有很多氨基酸發(fā)生了改變，則蛋白質分子會完全不同。 引導學生閱讀克里克的實驗 用由三個字母組成的英語單詞串掛圖進行類比說明：

28、插入或刪除1~2個核苷酸會使插入或刪除點后的所有密碼子發(fā)生改變，而插入或刪除3個核苷酸只會引起一個密碼子發(fā)生改變。 其實最難做的工作應該是什么？ 問題四、64個密碼各對應什么氨基酸？ 　為了解決這個問題尼倫伯格和馬太想到了一個很好的方法-------用同種單位組成的多聚核苷酸在體外指導蛋白質的合成技術，展示蛋白質體外合成實驗示意圖加以說明。 指出最后在多位科學家共同努力下，破譯出了全部密碼，并編制出了遺傳密碼表(見教材第65頁)。 學生循著老師的問題走 學生聽 。 思考想象 引導學生思考討論 　　　　 　　　　

29、 學生討論計算并回答 學生閱讀教材73-74頁相關內容 了解 閱讀、思考、討論 閱讀教材75頁最后兩段、感悟尼倫伯格和馬太思路和方法的巧妙。 當堂練習 誘發(fā)學生思考產生矛盾 讓學生明確學習的內容 讓陌生而抽象的科學問題具體化，幫助學生理解。 讓學生參與到這個推理過程當中來 激發(fā)學生的思維，使學生有成就感? 使學生明確閱讀方式的重要 幫助學生理解克里克的實驗推論。 讓學生感悟演繹推理在科學研究中的重要作用。 了解情況反饋 四

30、　課堂教學效果評價檢測： 第一節(jié)　基因指導蛋白質的合成 1、已知某tRNA一端的3個堿基順序是GAU，它所轉運的是亮氨酸（亮氨酸的密碼是：UUA UUG CUU CUA CUC CUG），那么決定此氨基酸的密碼子是由下列哪個堿基序列轉錄而來（ ） A．GAT B．GAU C．CUA D．CTA 【解析】 正確解答這道題，就要正確理解轉錄和翻譯的過程，理解模板鏈、密碼子和反密碼子之間的關系。題中已知的一個轉運RNA的3個堿基是GAU，所運載的氨基酸是亮氮酸，則與此對應的密碼子是CUA，則轉錄該密碼子的DNA 模板鏈上的3個堿基應是GAT。所以答案是A。

31、 2、下圖表示基因控制蛋白質合成過程的某階段。據圖作答： U A G U C A U U U A C C G C U G G A A A A U C 核糖體 A G U 遺傳密碼 A C G U 3 1 2 (1)圖示基因控制蛋白質合成的_　翻譯___階段。 　　(2)圖中1是以_ＤＮＡ的一條鏈___為模板合成的。 　　(3)圖中2為_ｔＲＮＡ___，3是__反密碼子__。 　　(4)氨基酸排列順序是由1上的__ 堿基__排列順序決定的。

32、 【解析】正確理解轉錄和翻譯的過程：信使RNA是以ＤＮＡ的一條鏈為模板轉錄合成的。理解模板鏈、密碼子和反密碼子之間的關系：密碼子的位置是在信使RNA上，是信使RNA上決定氨基酸的3個相鄰的堿基。反密碼子是轉運RNA一端的3個與密碼子配對的3個堿基。 3、假設有一段mRNA上有60個堿基，其中A有15個，G有25個，那么轉錄該mRNA的DNA分子區(qū)段中，C和T的個數共有（ ） A．15個 B．25個 C．40個 D．60個 解析 mRNA上有60個堿基，則轉錄成該mRNA的DNA中應有120個堿基。DNA是雙螺旋結構，分子中有兩條鏈。按照

33、堿基互補配對原則，A＝T，G=C，則在雙鏈 DNA分子中，A+C= C+T。所以C+T=60。這道題有一個陷附，即mRNA的60個堿基中，有15個A，25個G，如果把注意力集中在這兩個數據上，將無法得到一個確定的答案。答案是D。 第二節(jié) 基因對性狀的控制 1．遺傳學家曾做過這樣的實驗：長翅果蠅幼蟲正常培養(yǎng)溫度為250C，將孵化后4~7d的長翅果蠅幼蟲，在35~370C處理6~24h后，得到了某些殘翅果蠅。這些殘翅果蠅在正常環(huán)境溫度下產生的后代仍然是長翅果蠅。此實驗不能說明（ ） A． 環(huán)境條件的改變可以引起生物性狀的改變 B． 控制長翅果蠅的基因的表達受溫度影響 C．翅

34、的發(fā)育過程經過酶的催化作用 D．基因控制生物體性狀時受環(huán)境影響 解析：本題考查的是在生物體內，基因對性狀的控制的代謝過程中的每一步化學反應都需要酶來催化和激素來調節(jié)。而酶又受溫度、pH值等影響。所以答案是C。 2．同一株水毛茛，裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉，表現(xiàn)出了兩種不同的形態(tài)。下列各項中，對此說法正確的是（ ） A．水上部分只含有控制形成寬形葉的基因 B．水下部分只含有控制形成窄形葉的基因 C．水上部分既含有形成寬形葉的基因，也含有形成窄形葉的基因 D．基因相同則性狀相同，基因不同則性狀不同 解析：本題考查的是環(huán)境對性狀的影響，水毛茛裸露在空氣中的葉和浸在水中的葉含

35、有相同的基因。所以答案是C。 3．已知甲、乙、丙三種類型的病毒，它們的遺傳信息的傳遞方式分別用下圖表示，請對圖仔細分析后回答下列問題： 甲 乙 丙 DNA RNA RNA ⑦ ① ③ ④ ⑥ DNA

36、 ⑧ ⑩ RNA ② ⑤ ⑨ 蛋白質 蛋白質 蛋白質 （1）根據所學內容，這三種病毒是遺傳物質分別是： 甲 DNA 。乙 RNA 。丙 RNA 。 （2）圖中哪個標號所示的過程是對“中心法則”的補充？ ⑥ ⑦

37、 （3）圖中 ①⑧表示遺傳信息的 轉錄 過程，②⑤⑨表示遺傳信息的 翻譯 過程。 （4）圖中⑩表示遺傳物質的 復制 過程。 解析：從圖中可看出病毒甲是DNA、乙為RNA、丙為RNA，并且甲中的DNA能自我復制，還能控制蛋白質的合成。乙中的RNA能自我復制，且能控制蛋白質的合成。丙中的RNA能通過逆轉錄決定DNA的結構，且能控制蛋白質的合成。RNA的自我復制和逆轉錄的發(fā)現(xiàn)是對“中心法則”的補充。 4．在A，B，C，D四支試管中加入一定量的水和直接能源物質，都加入若干種酶，另外，在A試管DNA和脫氧核苷酸，在B試管加入RNA和脫氧核苷酸，在C試

38、管加入DNA和核糖核苷酸，在D試管加入RNA和核糖核苷酸。請回答： （1）據分析，A，B試管內的產物相同，都是 DNA ，但A試管內是 DNA復制 過程，B試管內是 逆轉錄 過程。 （2）據分析，C，D試管內的產物相同，都是 RNA ，但C試管內是 轉錄 過程，D試管內是 RNA復制 過程。 （3）加入C管內DNA有60對堿基，那么C管內產物中最多有 60 個堿基，相當于有遺傳密碼 20 個。 （4）B與A相比，必須有 逆轉錄 酶。 解析：本題考查的是DNA復制、轉錄、逆轉錄和RNA復制的不同點。在A試管中加入DNA作為模板

39、，加入脫氧核苷酸作為原料合成DNA，屬于DNA的復制過程。在B試管中加入RNA作為模板，加入脫氧核苷酸作為原料合成DNA的過程屬于逆轉錄過程，需要逆轉錄酶催化。在C試管中加入DNA作為模板，加入核糖核苷酸作為原料合成RNA，屬于轉錄過程，需要轉錄酶催化。D試管中加入RNA作為模板，加入核糖核苷酸作為原料合成RNA，屬于RNA的復制。轉錄過程是以DNA的一條鏈為模板，所以RNA分子上的堿基數目只有模板DNA的一半，mRNA上的三個連續(xù)堿基叫一個密碼子。 第3節(jié)　遺傳密碼的破譯（選學） 1、 伽莫夫 用 數學 方法推算，首先提出一個遺傳密碼子至少應該由 三 個堿基組成。 解析：根據排

40、列組合4種堿基如果是一個堿基就是一個密碼子最多只能對應4種氨基酸，二個二個排列最多只能排列出16種組合，只能對應16種氨基酸而氨基酸有20種。故密碼子致少得由三個堿基組成。 2、 克里克 通過增減基因中堿基，對其所編碼的蛋白質的影響實驗。發(fā)現(xiàn)在相關堿基序列中增加或刪除 一 個或 二 兩個堿基都無法產生正常功能的蛋白質。但是當增加或刪除 三 個堿基時卻合成了具有正常功能的蛋白質。從而證實了遺傳密碼是由 三 個堿基組成。是以 非重疊 的方式閱讀，編碼之間沒有 分隔符 。 解析：如果不是三個堿基組成一個密碼子，則增減三個堿基與增減一

41、或二個堿基一樣不會合成出具有正常功能的蛋白質。如果是重疊閱讀則增減的堿基數越少對蛋白質的影響就越小。如果有分隔符則改變一個、二個或三個堿基的效果應該是一樣的。 3、 尼倫伯格 和 馬太 用蛋白質的 體外合成 技術破譯了第一個遺傳密碼。 4．以m RNA(CUCUCUCUCUCUCUCUCU)為模板合成了多聚絲氨酸肽鏈，去掉左邊第一個堿基C得到的還是多聚絲氨酸肽鏈，可是如果去掉右邊第一個堿基U得到的卻是多聚亮氨酸肽鏈，則可推知絲氨酸和亮氨酸的密碼子分別是( ) A、 CUC UCU B、CUC CUC C、 UC

42、U UCU D、UCU CUC 解析：該m RNA的密碼子從右邊讀起。所以答案是D。 五　　本章知識線索圖： 　　有遺傳效應的片段 基因 ?。模危粒ㄟz傳信息）　 轉 逆 錄 轉 控　　　　　 錄　　　　　　　　　　　　　　ｍＲＮＡ 制　　　　　?。恚遥危粒ㄟz傳密碼）　　?。遥危痢　。颍遥危? 蛋　　　　　　翻　　　　　　　　　　　　　　　　?。簦遥危粒ǚ疵艽a子） 白 譯

43、 伽莫夫對密碼子組成及閱讀方式的分析 質 遺傳密碼的破譯 克里克對密碼子組成及閱讀方式的證明 的　　　　　　多肽 尼倫伯格和馬太對密碼子和氨基酸關系的破譯 合 成 （調節(jié)）間接控制 　　　　　　　　　　　　 激素和酶等　　　　　　　　細胞代謝 　　　　　　　 蛋白質 （結構）直接控制　　　　　　　　性狀 　　　　　　　　　　　　 結構蛋白　　　　　　　　　細胞結構

44、 　　　　　　　　　　　　 六　本章教學資源鏈接： 1 RNA分子的種類： RNA分子是許許多多核糖核苷酸分子連接而成的鏈狀結構。RNA分子都是單鏈的。根據RNA分子功能的不同，分為3種類型：信使RNA（mRN A）、轉運RNA（tRNA）和核糖體RNA（rRNA）。 mRNA的功能將基因中的遺傳信息傳遞到蛋白質上。tRNA的功能是識別遺傳密碼和運載特定的氨基酸。rRNA是核糖體中的RNA，在蛋白質合成的過程中起重要的作用（具體不作要求）。 mRNA的空間結構是鏈狀的。tRNA的空間結構是呈三葉草形，tRNA一端大環(huán)上的3個堿基能夠與mRNA的密碼子配對，識別密碼子，所以這3個稱為反

45、密碼子。mRNA具有特定的空間結構，是核糖體的核心部位。RNA都是從DNA上轉錄下來的。轉錄的場所是在細胞核，其中合成rRNA是在細胞核中的核仁部位完成的，核仁是形成核糖體的場所。mRNA和tRNA是在細胞核中核仁以外的部位轉錄的。(轉錄是以DNA分子中（基因中）的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則合成RNA的過程。) ２　轉錄過程的拓展與補充： 轉錄的過程：轉錄是指以DNA的一條鏈為摸板，在RNA聚合酶的作用下，按照堿基互補配對原則，合成RNA的過程。轉錄是在細胞核內進行的。RNA沒有堿基T（胸腺嘧啶），而有堿基U（尿嘧啶）。因此，在以DNA為模板合成RNA時，需要以U代替T與A配對

46、，由于RNA也有堿基結構，也與DNA所含的堿基互補配對，使RNA也具有與DNA一樣的遺傳信息。DNA轉錄不是整條，只是片段被轉錄，稱轉錄單位，一條DNA可包括許多轉錄單位，每個轉錄單位只有一條鏈被轉錄，這條鏈稱有意義鏈，另一條稱反意義鏈。轉錄不需要引物。DNA轉錄的最初產物是與有意義鏈差不多等長的RNA鏈，稱為前體RNA。它要經過剪接、加工修飾過程才能轉變成有功能的RNA。在剪接過程中，一種SnRNA分子具有催化作用。有功能的mRNA、tRNA、rRNA通常要短得多，特別是mRNA中不再含基因中的內含子轉錄產物。 具體RNA轉錄過程如下圖所示，具體步驟為起始位點的識別、起始、延伸、終止。以大

47、腸桿菌的研究為例作如下介紹。 （１） 起始位點的識別 RNA的合成不需要引物。體外試驗表明，不含σ亞基的核心酶會隨機地在一個基因的兩條鏈上啟動。當有σ亞基時就會選擇正確的起點。RNA聚合酶先與DNA模板上的特殊啟動子部位結合，σ因子起著識別DNA分子上的起始信號的作用。DNA分子上的起始信號，即“啟動序列”稱為啟動子。為方便起見，在DNA上使RNA分子開始合成的第一個核苷酸標為+1，它的5′上游標為（-），3′下游標為（+）。通過比較原核生物的啟動子的結構，發(fā)現(xiàn)在轉錄起點上游大約-10處有6個堿基的TATATA保守序列，稱為Pribnow框，約在-35處有TTGACA保守序列。啟動子的

48、結構至少由三部分組成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識別的信號。-10序列是酶的緊密結合位點。第三部分是RNA合成的起始點。雖然單獨的核心酶能與DNA結合，但主要是由于堿性蛋白質與酸性核酸之間的非特異性靜電引力造成的，DNA仍保持雙螺旋形式，而σ亞基能改變RNA聚合酶與DNA之間的親和力，大大地增加酶與啟動子的結合常數和停留時間。因此開始時核心酶在σ亞基參與下與DNA分子接觸，形成非專一性復合物，這樣的復合物是很不穩(wěn)定的，酶分子可在DNA鏈上滑動。在σ亞基作用下幫助全酶迅速找到啟動子，并與之結合生成較松弛的封閉型啟動子復合物。這時酶與DNA外部結合，識別部位大約在啟動子的-35位點處。接著是

49、DNA構象改變活化，得到開放型的啟動子復合物，此時酶與啟動子緊密結合，在-10位點處解開DNA雙鏈，識別其中的模板鏈。由于該部位富含A-T堿基對，故有利于DNA解鏈。開放型復合物一旦形成，DNA就繼續(xù)解鏈，酶移動到起始位點。 （２） 起始 停留在起始位點的全酶結合第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復合物稱為三元起始復合物，第一個核苷酸摻入的位置稱為轉錄起始點。這時σ亞基被釋放脫離核心酶。 （３） 延伸 從起始到延伸的轉變過程，包括σ因子由締合向解離的轉變。DNA分子和酶分子發(fā)生構象的變化，核心酶與DNA的結合松弛，核心酶可沿

50、模板移動，并按模板序列選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNA鏈的3′-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉錄延伸方向是沿DNA模板鏈的3′→5′方向按堿基配對原則生成5′→3′的RNA產物。RNA鏈延伸時，RNA聚合酶繼續(xù)解開一段DNA雙鏈，長度約17個堿基對，使模板鏈暴露出來。新合成的RNA鏈與模板形成RNA-DNA的雜交區(qū)，當新生的RNA鏈離開模板DNA后，兩條DNA鏈則重新形成雙股螺旋結構。 （４） 終止 在DNA分子上（基因末端）有終止轉錄的特殊堿基順序稱為終止子（terminators），它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和釋放RNA鏈的作用。這些終止信號有的能被RNA聚合酶

51、自身識別，而有的則需要有ρ因子的幫助。ρ因子是一個分子量為200kDa的四聚體蛋白質，它能與RNA聚合酶結合但不是酶的組分。它的作用是阻止RNA聚合酶向前移動，于是轉錄終止，并釋放出已轉錄完成的RNA鏈。對于不依賴于ρ因子的終止子序列的分析，發(fā)現(xiàn)有兩個明顯的特征：即在DNA上有一個15～20個核苷酸的二重對稱區(qū)，位于RNA鏈結束之前，形成富含G-C的發(fā)夾結構。接著有一串大約6個A的堿基序列，它們轉錄的RNA鏈的末端為一連串的U。寡聚U可能提供信號使RNA聚合酶脫離模板。由rU-dA組成的RNA-DNA雜交分子的堿基配對結合力很弱，利于RNA鏈釋放。在真核細胞內，RNA的合成要比原核細胞中的復雜

52、得多。 轉錄后要進行加工,轉錄后的加工包括： （1）剪接：一個基因的外顯子和內含子都轉錄在一條原始轉錄物RNA分子中，稱為前mRNA(pre-mRNA)，又稱核內異質RNA（heterogenuous nuclear RNA,huRNA）。因此前mRNA分子既有外顯子順序又有內含子順序，另外還包括編碼區(qū)前面及后面非翻譯順序。這些內含子順序必須除支而把外顯子順序連接起來，才能產生成熟的有功能的mRNA分子，這個過程稱為RNA剪接（RNAsplicing）。剪切發(fā)生在外顯子的3’末端的GT和內含子3’末端與下一個外顯子交界的AG處。 （2）加帽：幾乎全部的真核 mRNA端都具“帽子”結構。雖

53、然真核生物的mRNA的轉錄以嘌呤核苷酸三磷酸（pppAG或pppG）領頭，但在5’端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7GpppAGpNp）。mNRA5’端的這種結構稱為帽子（cap）。不同真核生物的mRNA具有不同的帽子。mRNA的帽結構功能：①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結合。②m7Gppp結構能有效地封閉RNA 5’末端，以保護mRNA免疫5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。 （3）加尾：大多數真核生物的mRNA 3’末端都有由100~200個A組成的Poly（A）尾巴。Poly(A)尾不是由DNA編碼的，而是轉錄后的前mRNA以ATP為前體，由RNA末端腺

54、苷酸轉移酶，即Ploy(A)聚合酶催化聚合到3’末端。加尾并非加在轉錄終止的3’末端，而是在轉錄產物的3’末端，由一個特異性酶識別切點上游方向13~20堿基的加尾識別信號AAUAAA以及切點下游的保守順序GUGUGUG，把切點下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果這一識別信號發(fā)生突變，則切除作用和多聚腺苷酸化作用均顯著降低 ３．逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)——對中心法則補充： 1970年美國的特敏和水谷聰證實在勞氏肉瘤病毒體內的顆粒（病毒粒子）中有一種逆轉錄酶能以RNA模板合成DNA。這是對“中心法則”的一個重要補充。 現(xiàn)在已經證明，一個基因并不只存在一個相

55、應的蛋白質，可能會有幾個，甚至幾十個。什么情況下會有什么樣的蛋白，這不僅決定于基因，還與機體所處的周圍環(huán)境以及機體本身的生理狀態(tài)有關。并且，基因也不能直接決定一個功能蛋白。實際上，往往是通過基因的轉錄、表達產生一個蛋白質前體，在此基礎上再進行加工、修飾，才成為一個具生物活性的蛋白質。這樣的蛋白質還通過一系列的運輸過程，到組織細胞內適當的位置才能發(fā)揮正常的生理作用。基因不能完全決定這樣的蛋白質后期加工、修飾以及轉運定位的全過程。而且，這些過程中的任何一個步驟發(fā)生微細的差錯即可導致機體的疾病。紐約Rockefeller大學的細胞和分子生物學家Günter Blobel博士就是因其“蛋白質內在的信號

56、分子活性，調節(jié)自身的細胞內轉運和定位”研究上的卓越成就，獲得了1999年諾貝爾醫(yī)學獎和生理學獎。近些年來人們又發(fā)現(xiàn)蛋白質間亦存在類似于mRNA分子內的剪切、拼接，具有自身特有的活動規(guī)律。這種自主性不能從其基因編碼序列中預測，而只能通過對其最終的功能蛋白進行分析。因此說，基因雖是遺傳信息的源頭，而功能性蛋白是基因功能的執(zhí)行體。基因組計劃的實現(xiàn)固然為生物有機體全體基因序列的確定、為未來生命科學研究奠定了堅實的基礎，但是它并不能提供認識各種生命活動直接的分子基礎，其間必須研究生命活動的執(zhí)行體-蛋白質這一重要環(huán)節(jié)。蛋白質組學（proteomics）研究即旨在解決這一問題。 蛋白質組（proteome

57、）一詞，源于蛋白質（protein）與 基因組（genome）兩個詞的雜合，意指“一種基因組所表達的全套蛋白質”,即包括一種細胞乃至一種生物所表達的全部蛋白質。蛋白質組的研究不僅能為生命活動規(guī)律提供物質基礎，也能為眾多種疾病機理的闡明及攻克提供理論根據和解決途徑。通過對正常個體及病理個體間的蛋白質組比較分析，我們可以找到某些“疾病特異性的蛋白質分子”，它們可成為新藥物設計的分子靶點，或者也會為疾病的早期診斷提供分子標志。 與基因重組、表達、序列分析的快速、自動化程度相比，到最近為止，機體組織細胞內蛋白質的序列分析只是實驗室小規(guī)模研究項目。隨著對生物學、物理、化學及信息學的各種尖端技術的綜合應

58、用，蛋白質組研究也正逐步變成高產量、高精確度的分析過程?，F(xiàn)今，蛋白質組研究中主要應用的技術包括：雙相電泳(2-DE)、新型質譜(MS)技術、數據庫設置與檢索系統(tǒng)等。為了保證分析過程的精確性和重復性，大規(guī)模樣品處理機器人也被應用。整個研究過程包括：樣品處理、蛋白質的分離、蛋白質豐度分析、蛋白質鑒定等步驟。當前，蛋白質組分析雖然以雙相電泳和質譜分析為其技術基礎，但離不開各種先進的數據分析和圖象分析軟件及網絡技術的支持。 4尼倫伯格和馬太等對密碼子和氨基酸之間對應關系的破譯 要判斷哪個密碼子決定哪種氨基酸，首先需要一種人工合成RNA的方法和一個能夠在體外合成蛋白質的實驗系統(tǒng)，這樣，在試管中加

59、入已知序列的RNA，再通過分析新合成的蛋白質產物的氨基酸序列就可以推斷密碼子和氨基酸之間對應關系。 1955年，科學家發(fā)現(xiàn)一種被稱為多聚核苷酸磷酸化酶的生物大分子，它能在試管中催化合成RNA，而不需要DNA模板。1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細胞液，建立了一種利用人工合成的RNA，在試管里合成多肽鏈的實驗系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質所需的各種成分。當尼倫伯格把人工合成的全部由尿嘧啶組成的RNA加入后，得到的蛋白質只含有苯丙氨酸。這說明UUU是編碼苯丙氨酸的密碼子。這是第一個被破譯的遺傳密碼。 1966年又有科學家發(fā)明了一種新的RNA合成方法，合成的RNA可以是以2個、3個

60、、4個堿基為單位的重復序列，如AGUAGUAGUAGUAGUAGUAGU等，用它們作模板合成的蛋白質的氨基酸序列同樣是有規(guī)律的重復的。如果用UGUGUGUGUGUGUG 作模板，得到的蛋白質是由半胱氨酸和纈氨酸交替連接而成，則可以推知UGU是半胱氨酸的密碼子而GUG是纈氨酸的密碼子。三個終止碼就是用這種方法破譯的。 1964年，尼倫伯格等找到了另外一種高效破譯遺傳密碼的方法他們首先在體外合成全部64種三核苷酸分子即長度為3個堿基的密碼子，同時制備20種氨基酸混合液，每種混合液中分別含有一種14C標記的氨基酸和其他19種氨基酸。然后向混合液中添加tRNA分子，以形成各種

61、氨酰t RNA，如賴氨酸—t RNA等。實驗時，取某一種三核苷酸分子如CGU和核糖體混合，再向其中加入上述氨基酸混合液，如果CGU是某種氨基酸的密碼子它便會和帶有這種氨基酸的氨酰tRNA以及核糖體結合形成體積稍大的復合體，當使用硝酸纖維膜過濾時，只有這種可以留在膜上，而其他的氨酰tRNA分子將被沖洗掉。這樣只要檢測出硝酸纖維膜是那種氨基酸，便可知道CGU所對應的氨基酸種類了。在多位科學家共同努力下，到1966年64個密碼子終于被全部破譯出來。 5．遺傳密碼的特點 （1）不間斷性 m RNA的三聯(lián)體密碼是連續(xù)排列的，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。所以，若在某基因編碼區(qū)的DNA序列或其m RNA

62、中間插入或刪除1~2個核苷酸，則其后的三聯(lián)體組合方式都會改變，不能合成正常的蛋白質，這樣的突變體亦稱移碼突變，對微生物常有致死作用。 （2）不重疊性 對于特定的三聯(lián)體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如，如果RNA分子UCAGACUGC的密碼解讀順序為：UCA、GAC、UGC，則它不可以同時解讀為UCA、CAG、AGA、GAC等。不重疊性使密碼解讀簡單而準確無誤。并且，當一個核苷酸被異常核苷酸取代時，不會在肽鏈中影響到多個氨基酸。不過，在大腸桿菌菌體基因組中，確有部分遺傳密碼是重疊的，這可以看做一種例外現(xiàn)象。 （3）簡并性 絕大多數氨基酸具有2個以上的不同密碼子，這一現(xiàn)象稱做簡并性，編碼相同氨基酸的密碼子稱同義密碼子。由于簡并性，某些DNA堿基變化不會引起相應蛋白質的氨基酸序列改變，這對維持物種的穩(wěn)定性有重要意義。 （4）通用性 除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細菌、動物和植物等不同物種之間，蛋白質合成機制及其mRNA都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。 （5）有起始碼和終止碼 UAG、UAA、UGA為終止碼，它們不為任何氨基酸編碼，而代表蛋白質翻譯的終止。AUG是甲硫氨酸的密碼，同時又是起始密碼。