1、1精品文档整理2011 年 9 月 21 号2第 2 节 DNA 复制和蛋白质合成一、教学目标 （一）知识方面：1通过 DNA 复制、转录和翻译过程的教学逗号培养学生对碱基互补配对原则的应用能力；2培养学生应用密码子表推导基因的脱氧核苷酸序列和蛋白质的氨基酸序列的相互关系。（二）态度观念方面：通过 DNA 分子复制实验的分析逗号使学生体验科学研究的研究方法逗号进行科学态度和科学方法的教育。（三）能力方面：通过对有关遗传学实验的介绍和分析逗号培养学生分析问题的思维能力。二、教学重点 1DNA 的半保留复制与遗传的稳定性（边解旋边复制逗号母链和子链） （阅读） 2转录的场所、模板和产物 （细胞核内
2、、DNA 的一条链、mRNA ）3翻译的场所、模板和产物 （核糖体上、mRNA、蛋白质） 4密码子的破译 5中心法则体现遗传信息的传递规律 36基因突变引起遗传信息的错误传递和性状改（碱基改变、插入或缺逗号基因突变的有利和有害）三、教学难点DNA 复制、转录和翻译四、教学安排 3 课时五、教学方法 读读、讲讲、议议六、教学过程1DNA 的复制教学过程 教学内容及行为引入 DNA 分子作为遗传物质逗号不仅能够储存大量的遗传信息逗号而且应该能够传递遗传信息逗号这种遗传信息的传递首先要进行的是 DNA 的复制逗号 DNA 分子是如何进行复制的呢？这一问题逗号是通过科学实验完成的。1956 年美国生物
3、化学家康贝格首次在试管中人工合成了 DNA。他将从大肠杆菌中提取出的 DNA 聚合酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸、适量的Mg+、少量 DNA 和 ATP 的合成体系中逗号经保温孵育后逗号测定其中DNA 的含量。发现其中 DNA 的含量增加了逗号并且这些 DNA 的（A+T）:（C+G）的比值不是随意的逗号而与所加入的单链 DNA 相同。换句话说逗号新合成的 DNA 的特异性不决定于人工合成体系中四种脱氧核苷酸原来的比例逗号也不决定于 DNA 聚合酶来自哪种生物逗号而完全决定于作为引物的 DNA 分子。所以逗号后代 DNA 分子是以引物的 DNA 分子为模板进行复制的。这一实验证明了 DNA
4、双螺旋结构模型的正确性逗号也揭示了DNA 复制的过程。DNA 的复制 那么逗号 DNA 复制到底是怎样的一个过程呢？我们一起来研究一下。4过程学生巩固、小结DNA 分子的自我复制是一个边解旋边复制的过程逗号是指以某一段DNA 分子为模板逗号合成相同 DNA 分子的过程。DNA 场所主要在细胞核（叶绿体和线粒体内也各含有自己的 DNA）逗号时间是在细胞的分裂间期。大家想想逗号在细胞核内的双链 DNA 分子在开始复制的时候可能是什么状态？是单链还是双链？学生：可能是单链。从螺旋型的双链结构转变为单链结构逗号必须先怎样变化？学生：解开螺旋。这就是 DNA 复制的第一个过程。DNA 的复制过程为三个步
5、骤：1 解旋：组成 DNA 分子的两条多核苷酸链在酶的作用下逐步相互分开；其中逗号分离后的两条多核苷酸链都称为母链。2子链的合成：在酶的作用下逗号每条母链上的碱基分别与细胞内游离的脱氧核苷酸按碱基互补原则互补配对逗号即 A 与 T 配对逗号G 与 C 配对。这些游离的脱氧核苷酸聚合成子链。3聚合：每条子链与对应的母链结合逗号构成一个新的 DNA 分子。这样逗号一个 DNA 分子就形成了两个完全相同的 DNA 分子。思考：在 DNA 的复制过程中需要哪些条件？学生：DNA 复制需要 4 项基本条件：模板。开始解旋的 DNA 分子的两条单链各为模板；原料。是游离在细胞核核液内的脱氧核苷酸；能量。D
6、NA 复制是一个合成反应逗号通过水解 ATP 而获得能量； 酶。复制过程中不仅需要解旋酶、聚合酶逗号而且是一个有关的酶系统参与。下面逗号请同学完成一段 DNA 分子的复制过程图逗号概括一下 DNA复制的特点。5用 DNA 的同位素示踪实验进一步巩固学生：在新复制出的两个 DNA 分子中逗号有一条单链是旧的逗号即原来的 DNA 的逗号另一条单链是新合成的逗号即每一个新合成的 DNA 分子是由一条旧链和一条新链构成的。我们把 DNA 的这种复制方式就称为半保留复制逗号也就是新的 DNA分子中都保留有一条原来分子中的母链。大家想想 DNA 的这种半保留复制在生物学上有什么意义？学生：DNA 分子能够
7、进行自我复制逗号这是生物遗传特性能保持相对稳定的基础。DNA 的复制在正常情况下是不会发生差错的。因为复制时以 DNA 分子解旋后的一条单链作为模板（母链）精确复制的逗号子链是严格按照碱基互补配对原则形成的。但在复制解旋时暴露的含氮碱基会因某种因素发生变化而干扰了 DNA 的正常复制逗号使遗传信息发生改变。在研究 DNA 复制机制的过程中逗号除了康贝格的实验逗号在 1958 年梅塞尔森和斯塔尔设计了 DNA 复制的同位素示踪实验。先将大肠杆菌培养在含 15N 同位素的培养基上生长。使大肠杆菌 DNA 分子中的 N 都成为15N。把含 15N 的大肠杆菌收集起来逗号洗去菌体外面的 15N 逗号并
8、把它们转移到 14N 的培养基上生长逗号繁殖四次。从实验组的五代大肠杆菌中分别提取 DNA 逗号在每分钟四万至五万转的速度下进行密度梯度离心二至三天后逗号不同重量的 DNA 分布在离心管中的位置不同（因为 14N 比 15N 少一个质子逗号所以 14N 比 15N 的原子量轻） 。结果发现实验组的 DNA 分子在离6心管中分布的情况如下：大肠杆菌在离心管中的位置 DNA 分子亲代下层含15N 逗号第一代中层含 15N14N 各一半。第二代 1 中层1 上层逗号中层为15N14N、上层为 14N。思考：第三代和第四代在离心管中的分布情况？第三代 1 中层3 上层逗号中层为 15N14N、上层为
9、14N 逗号第四代 1 中层7 上层逗号中层为 15N14N、上层为 14N。问：在正常条件下经过 n 次复制逗号则含有 15N 的 DNA 分子数有？学生：2 个。讨论“阅读与思考”中的思考题。本课小结 DNA 半保留复制的过程、特点及其意义。2DNA 的转录3蛋白质合成（翻译）教学过程 教学内容及行为引入RNA在上节课中我们研究了 DNA 是通过何种复制方式来保证遗传信息的准确传递？学生：半保留复制。那么遗传信息是怎样表达的呢？也就是说 DNA 如何指导蛋白质的合成逗号从而控制新陈代谢过程和性状呢？我们知道蛋白质合成的场所核糖体在细胞质中逗号而控制其合成的基因在细胞核中。在两者之间需要有一
10、个使者逗号这个使者就是 RNA。DNA 分子中所蕴藏的遗传信息如何正确地传递到RNA 分子中呢？首先我们来回忆上学期有关 RNA 的知识。想想它由什么组成？与 DNA 有什么区别？学生：RNA 通常呈单链结构逗号分子中有核糖、磷酸和 4 种含氮碱基（A、G、C 、U（尿嘧啶） ）逗号共同组成核苷酸。 （Powerpoint 展示）与蛋白质合成有关的 RNA 有三类逗号 mRNA（信使 RNA）逗号顾名思7转录和翻译义逗号这种 RNA 起的是信使传递信息的作用。tRNA（转移 RNA）逗号rRNA（核糖体 RNA） 。我们前面学到过基因控制蛋白质的合成逗号而生物体的性状通过蛋白质体现的。DNA
11、在细胞核中逗号蛋白质在细胞质的核糖体中合成逗号那么 RNA如何在两者间起到信使的作用呢？下面我们就来学习基因控制蛋白质合成的过程。可分为两个步骤。第一步是基因的遗传信息 DNA 传递给 RNA 逗号此步可称为“转录” ；第二步是转录出的 RNA 在核糖体通过指导蛋白质合成来表达信息逗号此步可称为“翻译” 。我们先来学习转录过程。 （播放动画）转录是在细胞核中进行的逗号在酶的作用下逗号 DNA 的双链解旋逗号并以其中的一条链为模板逗号按照碱基配对原则逗号游离的核苷酸与 DNA 模板上的脱氧核苷酸互补配对逗号形成 RNA 链。请同学们想一想逗号这与 DNA的复制有哪些差别？学生：RNA 聚合酶逗号
12、 U 代替 T 与 A 配对。通过转录逗号 DNA 上的遗传信息便正确地传递到 RNA 分子中。所以我们把以 DNA 为模板合成 RNA 的过程称为转录。在这个过程中合成的 RNA 为信使 RNA（mRNA） 。然后逗号 mRNA 从核孔穿出进入细胞质逗号与核糖体结合逗号开始进行蛋白质的合成逗号这个过程称为翻译逗号也就是以 mRNA为模板逗号合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。那么逗号 RNA 上的核苷酸与蛋白质存在怎样的关系呢？学生先阅读：mRNA 分子内的碱基序列被称为“遗传密码”逗号其中逗号每三个相邻的碱基是一个“密码子”逗号对应一个氨基酸。其中还有起始密码和终止密码。在翻译时逗号 m
13、RNA 与核糖体结合逗号合成所需的氨基酸由转运 RNA（tRNA）送进核糖体中。合成蛋白质的 20 种氨基酸分别由不同的 tRNA 运送。tRNA 担负的是运输的任务逗号其结构呈三叶草型逗号在一个环上具有 3 个碱基逗号称为“反密码子”逗号与 mRNA 的密码子相配对逗号tRNA 的另一端可携带一个相应的氨基酸分子逗号是由 mRNA 上的对应的密码子所决定（看 P17 图 5-13） 。 （播放动画加深理解）合成蛋白质时逗号按照 mRNA 上的碱基序列逗号各个 tRNA 依次带着特定的氨基酸进入核糖体逗号根据碱基互补原则逗号把运载来的氨基酸安放在8相应的位置上。随着核糖体在 mRNA 上的移动
14、逗号一个 tRNA 刚离开核糖体逗号另一个 tRNA 又携带着氨基酸进入逗号当读到 mRNA 上的终止密码子时逗号翻译过程结束。这样逗号以 mRNA 为模板逗号把氨基酸一个个连接起来逗号合成为具有一定氨基酸序列的蛋白质。 （边播放动画逗号边讲解此过程）小结 合成蛋白质的过程逗号注意关键之处。4中心法则及其发展教学过程 教学内容与行为基因所蕴含的遗传信息通过复制从亲代传递给后代逗号并以一定方式（转录、翻译）反映到蛋白质分子的结构上逗号就能使生物后代表现出与亲代相似的性状。也就是说基因是通过控制蛋白质的合成逗号实现对性状的控制的。这就是生物学中所说的中心法则。中心法则是指遗传信息从 DNA 传递给 RNA 逗号在从 RNA 传递给蛋白质的转录和翻译的过程逗号以及遗传信息从 DNA 传递给 DNA 的复制过程。这是所有有细胞结构的生物在遗传信息传递时所遵循的法则。某些病毒中的RNA 自我复制（如烟草花叶病毒）和某些病毒中以 RNA 为模板逆转录合成DNA 的过程（某些致癌病毒、艾滋病毒、SARS 冠状病毒等）是对中心法则的发展。RNA 的自我复制和逆转录过程逗号在病毒单独存在时是不能进行的逗号只有寄生到寄主细胞中后才发生。中心法则表达如下：
