基因的表达2.doc

1、第一节 遗传的物质基础基因的表达（2）山西省吕粱地区贺昌中学 白剑锋教学目的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了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。5理解结构与功能相适应的生物学原理。6通过指导学生设计并制作蛋白质合成过程的活动模具，培养学生的创新意识和实践能力。教学重点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。教学难点基因控制蛋白质合成的过程和原理。教学用具投影片。“遗传工程初探”录像片。果蝇某一条染色体上的几个基因图。DNA 转录 RNA过

2、程的挂图。20 种氨基酸的密码子表。蛋白质合成示意图。中心法则图解。白化症患儿图。教学方法教师讲述、启发与学生讨论探索相结合。课时安排 二课时。板 书 教学过程投影片1什么是基因？它的组成成分是什么？2什么叫转录？怎样进行？3翻译 复 习 提 问 ： （ 见 投 影 片 )启 发 ： 上 节 课 我 们 讲 到 ， 由 DNA 转 录 成 RNA 之 后 ， mRNA 就 通 过 核 孔到 达 细 胞 质 的 核 糖 体 上 ， 直 接 指 导 蛋 白 质 的 合 成 。 但 是 组 成 蛋 自 质 的 氨 基 酸是 20 种 ， 而 组 成 mRNA 的 碱 基 只 有 四 种 。 那 么

3、， 这 四 种 碱 基 是 如 何 决 定20 种 氨 基 酸 的 呢 ？讨 论 ： 教 师 首 先 可 以 引 导 学 生 了 解 电 报 密 码 用 四 个 阿 拉 伯 字 母 的 排 列 顺序 代 表 一 个 汉 字 的 意 义 以 及 电 话 号 码 的 位 数 与 电 话 拥 有 数 量 的 关 系 。 然 后 转入 正 题 如 果 一 个 碱 基 决 定 一 个 氨 基 酸 ， 则 四 种 碱 基 只 能 决 定 四 种 氨 基 酸 ；如 果 两 个 碱 基 决 定 一 个 氨 基 酸 ， 最 多 也 只 能 决 定 16 种 氨 基 酸 ； 如 果 由 三个 碱 基 决 定 一

4、个 氨 基 酸 ， 这 样 的 碱 基 组 合 可 以 达 到 64 种 ， 这 对 于 决 定20 种 氨 基 酸 来 说 已 经 绰 绰 有 余 了 。讲 述 ： 按 照 这 样 的 设 想 ， 科 学 家 们 在 20 世 纪 60 年 代 初 开 始 了 对 遗 传密 码 的 研 究 工 作 ， 几 年 后 ， 终 于 弄 清 了 是 哪 三 个 碱 基 决 定 哪 种 氨 基 酸 的 。看 图 ： 20 种 氨 基 酸 的 密 码 子 表讲 述 ： 例 如 UUU 可 以 决 定 苯 丙 氨 酸 ， CCC 可 以 决 定 脯 氨 酸 ， ACG 可 以决 定 苏 氨 酸 在 遗 传

5、 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 ”。 1967 年 科 学 家 们 破 译 了 全 部 遗 传 密 码 子 ， 并 且 编 制碱基组成个数碱基组合数量141（A、U、G、C）242AA、AU、AG、ACUA、UU、UG、UCUA、GU、GG、GCCA、CU、CG、CC343（限于篇幅略）（1）密码子：mRNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫做一个“密码子”起始密码子：AUG、GUG终止密码子：UAA、UAG、UGA出 了 我 们 现 在 看 到 的 这 张 密 码 子 表 。启 发 ： 请 同 学 们

6、仔 细 看 这 幅 密 码 子 表 ， 其 中 的 密 码 子 具 有 怎 样 的 特 点 呢 ？讨 论 ： 从 密 码 子 表 中 可 以 发 现 ： 一 种 氨 基 酸 可 以 只 有 一 个 密 码 子 ， 如 色氨 酸 只 有 UGG 一 个 密 码 子 ； 也 可 以 有 数 个 密 码 子 ， 如 精 氨 酸 有 6 个 密 码子 CGU、 CGC、 CGA、 CGG、 AGA、 AGG。 这 说 明 一 种 氨 基 酸 可 以 由 几 种 不同 的 密 码 子 决 定 。 此 外 ， 还 有 两 个 密 码 子 AUG 和 GUG 除 了 分 别 决 定 甲 硫氨 酸 和 撷 氨

7、 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 。另 外 ， 也 有 三 个 密 码 子 UAA、 UAG、 UGA， 它 们 并 不 决 定 任 何 氨 基 酸 ， 但 在蛋 自 质 合 成 过 程 中 ， 却 是 肽 链 增 长 的 终 止 信 号 ， 所 以 又 把 这 三 个 密 码 子 叫 做终 止 密 码 子 。 相 当 于 标 点 符 号 中 的 句 号 。提 问 ： 由 于 每 一 个 mRNA 上 都 有 特 定 的 起 始 密 码 子 和 终 止 密 码 子 ， 那 么对 于 许 多 个 相 同 的 mRNA 来

8、 讲 ， 由 它 控 制 合 成 的 许 多 个 蛋 白 质 分 子 是 否 也 相同 呢 ？ （ 讨 论 ： 略 ）提 问 ： mRNA 在 细 胞 核 中 合 成 之 后 ， 从 核 孔 进 入 到 细 胞 质 中 ， 与 核 糖 体 结合 起 来 。 核 糖 体 是 细 胞 内 利 用 氨 基 酸 合 成 蛋 白 质 的 场 所 。 那 么 氨 基 酸 存 在 于细 胞 内 的 什 么 地 方 呢 ？（ 回 答 ： 大 量 分 散 在 细 胞 质 中 。 ）启 发 ： 分 散 在 细 胞 质 中 的 氨 基 酸 是 怎 样 被 运 送 到 核 糖 体 中 的 mRNA上 去 的 呢 ？讲

9、 述 ： 显 然 需 要 有 运 载 工 具 。 经 科 学 研 究 表 明 ， 这 种 工 具 也 是 一 种RNA， 叫 做 转 运 RNA， 简 写 为 tRNA。 tRNA 与 密 码 子 一 样 种 类 很 多 ， 但 是 ，每 一 种 转 运 RNA 只 能 识 别 并 转 运 一 种 氨 基 酸 。启 发 ： tRNA 具 有 怎 样 的 结 构 才 能 担 负 起 携 带 运 输 特 定 氨 基 酸 的 “历史 使 命 ”呢 ？看 图 ： 蛋 白 质 合 成 示 意 图 。讲 述 ： 科 学 研 究 表 明 ， tRNA 一 般 由 75 个 核 苷 组 成 ， 其 形 态 为

10、 三 叶 草形 。 它 的 一 端 是 携 带 氨 基 酸 的 部 位 ， 另 一 端 有 三 个 碱 基 ， 都 只 能 专 一 地 与mRNA 上 的 特 定 的 三 个 碱 基 配 对 。由 此 看 来 ， 我 们 可 以 把 tRNA 比 作 翻 译 过 程 中 的 “译 员 ”。 “译 员 ”必 须 “认 识 ”两 种 文 字 。 一 方 面 它 能 够 认 识 mRNA 上 的 密 码 子 文 字 ； 另 一方 面 它 还 要 能 够 认 识 氨 基 酸 文 字 。观 看 ： “遗 传 工 程 初 探 ”录 像 片 段 的 翻 译 过 程 。 使 学 生 明 白 :当 转 运RNA

11、 运 载 着 一 个 氨 基 酸 进 入 到 核 糖 体 以 后 ， 就 以 信 使 RNA 为 模 板 ， 按 照 碱基 互 补 配 对 原 则 ， 把 转 运 来 的 氨 基 酸 放 在 相 应 的 位 置 上 。 转 运 完 毕 以 后 ， 转运 RNA 离 开 核 糖 体 ， 又 去 转 运 下 一 个 氨 基 酸 。 当 核 糖 体 接 受 两 个 氨 基 酸 以 后 ，第 二 个 氨 基 酸 就 会 被 移 至 第 一 个 氨 基 酸 上 ， 并 通 过 肽 链 与 第 一 个 氨 基 酸 连 接起 来 ， 与 此 同 时 ， 核 糖 体 在 信 使 RNA 上 也 移 动 三 个

12、 碱 基 的 位 置 ， 为 接 受 新运 载 来 的 氨 基 酸 。 上 述 过 程 如 此 往 复 地 进 行 ， 肽 链 也 就 不 断 地 延 伸 ， 直 到 信使 RNA 上 出 现 终 止 密 码 子 为 止 。讲 述 ： 肽 链 合 成 以 后 ， 从 信 使 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 一 个具 有 一 定 氨 基 酸 顺 序 的 。 有 一 定 功 能 的 蛋 白 质 分 子 。概 括 ： 讨 论 并 完 成 左 面

13、 板 书 表 格 内 容 。（2）转运 RNA：简写为 tRNA作用：识别密码子；运载特定的氨基酸。(3)蛋白质的合成 起始肽链增长终止 小结：基因的表达是基因、mRNA、核糖体、tRNA 四者协同作用的结果。（三）中心法则及其发展 小 结 ： 由 上 述 过 程 可 以 看 出 ： 基 因 的 表 达 过 程 本 质 上 是 基 因 、mRNA、 核 糖 体 、 tRNA 协 同 作 用 的 结 果 。 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

14、 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 。讲 述 ： 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 。观 图 ： 教 材 16 页 中 心 法 则 图 解

15、 （ 可 制 成 投 影 片 ）讲 述 ： 从 中 心 法 则 图 解 中 可 以 看 出 ， 遗 传 信 息 流 可 以 从 DNA 流 向DNA， 即 完 成 DNA 的 自 我 复 制 过 程 ， 在 传 种 接 代 过 程 中 传 递 遗 传 信 息 ； 也 可以 从 DNA 流 向 RNA， 进 而 流 向 蛋 白 质 ， 即 完 成 遗 传 信 息 的 转 录 和 翻 译 过 程 。表 明 了 DNA 分 子 （ 基 因 ） 上 的 遗 传 特 异 性 ， 通 过 mRNA 的 媒 介 ， 决 定 了 蛋白 质 的 特 异 性 。 可 以 说 ， 中 心 法 则 反 映 了 整 个

16、 生 物 界 的 蛋 白 质 合 成 的 一 般 规律 。讲 述 ： 在 20 世 纪 70 年 代 初 ， 一 些 科 学 家 研 究 发 现 ， 一 些 RNA 病 毒在 感 染 某 些 细 胞 时 ， 在 病 毒 蛋 白 质 的 合 成 过 程 中 ， RNA 也 可 以 自 我 复 制 ，并 能 在 逆 转 录 酶 的 作 用 下 由 RNA 合 成 DNA。 上 述 逆 转 录 过 程 以 及 RNA 自我 复 制 过 程 的 发 现 ， 是 对 中 心 法 则 的 补 充 和 发 展 。讲 述 ： 通 过 上 面 的 学 习 我 们 知 道 ， 生 物 的 一 切 遗 传 性 状

17、都 是 受 基 因 控 制的 。 但 是 在 生 物 体 内 ， 基 因 控 制 性 状 是 通 过 控 制 蛋 白 质 分 子 的 结 构 即 结 构 蛋白 ， 进 而 组 成 细 胞 结 构 成 分 来 直 接 影 响 性 状 的 。 例 如 人 的 双 眼 皮 和 单 眼 皮 ，有 耳 垂 和 无 耳 垂 等 。 又 如 教 材 48 页 中 讲 到 的 镰 刀 型 细 胞 贫 血 症 。 我 们 知 道人 类 的 血 红 蛋 白 分 子 是 由 几 百 个 氨 基 酸 构 成 的 ， 正 是 因 为 这 类 人 的 控 制 血 红蛋 白 分 子 结 构 的 结 构 基 因 不 正 常

18、， 因 而 使 这 类 人 体 内 合 成 了 结 构 异 常 的 血 红蛋 白 而 引 起 疾 病 。讲 述 ： 在 生 物 体 内 ， 基 因 对 性 状 的 控 制 往 往 要 经 过 一 系 列 的 代 谢 过 程 ，而 代 谢 过 程 中 的 每 一 步 化 学 反 应 都 需 要 酶 来 催 化 和 激 素 来 调 节 。 因 此 ， 还 有一 些 基 因 就 是 通 过 控 制 酶 和 激 素 的 合 成 来 控 制 代 谢 过 程 ， 从 而 控 制 生 物 性 状的 。 例 如 ， 正 常 人 的 皮 肤 、 毛 发 等 处 的 细 胞 中 有 一 种 酶 ， 叫 做 酪 氨

19、 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 。看 图 ： 教 材 17 页 图 6-11 白 化 症 患 儿 。讲 述 ： 又 如 以 前 我 们 学 习 过 的 生 长 激 素 是 一 种 多 肽 类 激 素 ， 如 果 幼 年 时期 缺 乏 这 种 激 素 时 ， 就 会 患 佛 儒 症 。小 结 ： 概 括 他 讲 ， 基 因 对 生 物 性 状 遗 传 的 控 制 作 用 ， 可 分 为 直 接

20、 控 制 作用 和 间 接 控 制 作 用 。 这 是 因 为 基 因 可 分 为 两 大 类 ； 一 类 是 蕴 含 选 择 性 表 达 信息 的 调 节 基 因 ， 一 类 是 蕴 含 编 码 蛋 白 质 中 氨 基 酸 顺 序 的 结 构 基 因 。 结 构 基 因直 接 控 制 性 状 ， 调 节 基 因 则 间 接 控 制 性 状 。 所 以 说 ， 基 因 是 遗 传 物 质 的 结 构单 位 和 功 能 单 位 。设 置 悬 念 ： 有 关 基 因 对 生 物 性 状 的 控 制 原 理 到 此 我 们 已 经 作 了 彻 底 的 了解 。 是 否 问 题 已 完 全 得 到 解 决 ？ 且 慢 下 结 论 ！ 可 能 有 的 同 学 已 经 想 到 了 这 样一 个 问 题 ： 性 状 在 遗 传 过 程 中 会 表 现 出 怎 样 的 特 点 ？ 如 双 眼 皮 俗 称 “花眼 ”， 人 人 都 喜 欢 ， 可 是 ， 一 对 对 夫 妻 怎 样 才 能 生 出 一 个 有 “花 眼 ”的(4)基因对性状的控制 小 孩 呢 ？ 这 里 有 无 规 律 可 寻 ？ 关 于 这 个 问 题 我 们 将 在 下 节 课 开 始 来 讨 论 。