第4章基因的表達(dá)

第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白的合成學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解tRNA、mRNA等基本概念;2.通過閱讀教材和小組合作說出轉(zhuǎn)錄的相關(guān)內(nèi)容，加深理解，培養(yǎng)合作探究能力。3.闡明遺傳信息的翻譯過程。說明密碼子的簡并性。4.概述遺傳信息傳遞的中心法則。5.體會(huì)細(xì)胞各部分之間是緊密聯(lián)系的，各部分結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。問題探討引新課美國科幻電影《侏羅紀(jì)公園》曾轟動(dòng)一時(shí)。影片圍繞著虛構(gòu)的“侏羅紀(jì)公園”，展現(xiàn)了豐富而新奇的科學(xué)幻想；各種各樣的恐龍飛奔跳躍、相互爭斗，而這些復(fù)活的恐龍是科學(xué)家利用提取的恐龍DNA還原而來的。從原理上分析，利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使它們復(fù)活嗎？

將蘇云金芽胞桿菌抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花,培育出的棉花會(huì)產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白,導(dǎo)入的是基因,得到的卻是蛋白質(zhì),個(gè)體具有抗蟲性狀,為什么?

基

因性狀蛋白質(zhì)思考：1、真核生物細(xì)胞核是代謝的控制中心,細(xì)胞質(zhì)是代謝的主要場所，細(xì)胞核如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成？

2、DNA不能從核中出來，核質(zhì)之間必然存在信使，何種物質(zhì)來充當(dāng)信使？回歸課本探新知一：基因表達(dá)資料1：1955年，布拉切特以洋蔥根尖和變形蟲為材料，用RNA酶分解細(xì)胞中的RNA，蛋白質(zhì)的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白質(zhì)又開始合成。資料2：

1955年，戈德斯坦和普勞特用放射性同位素標(biāo)記的尿嘧啶培養(yǎng)液培養(yǎng)變形蟲，檢測到放射性物質(zhì)從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)?；貧w課本探新知一：基因表達(dá)1、RNA的組成和種類閱讀教材P64和P65頁前兩段內(nèi)容，解決下列問題問題1：DNA和RNA有哪些方面的不同？盡量多的列舉問題2：RNA的種類有哪些？問題3：RNA的作為信使的條件有哪些？問題4：推測DNA上的信息如何傳給RNA？回歸課本探新知一：基因表達(dá)1、RNA的組成和種類問題1：DNA和RNA有哪些方面的不同？盡量多的列舉問題2：RNA的種類有哪些？化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、分布、作用mRNAtRNArRNA回歸課本探新知一：基因表達(dá)1、RNA的組成和種類問題3：RNA的作為信使的條件有哪些？問題4：推測DNA上的信息如何傳給RNA？①RNA也是由核苷酸組成，含氮堿基有A、G、C、U，具備攜帶遺傳信息的可能。②RNA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)中回歸課本探新知一：基因表達(dá)2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1）概念：實(shí)質(zhì)：

遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移到RNA的過程。2）場所：細(xì)胞核、葉綠體、線粒體、擬核3）過程：閱讀教材P65頁相關(guān)內(nèi)容，解決下列問題問題1：轉(zhuǎn)錄過程的條件有哪些？與DNA復(fù)制過程的條件做好比較。問題2：RNA聚合酶的作用？與DNA聚合酶的作用做好比較。問題3：RNA鏈的合成方向？與DNA的兩條鏈的堿基序列各有哪些異同?；貧w課本探新知一：基因表達(dá)2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄問題4：轉(zhuǎn)錄過程的條件有哪些？與DNA復(fù)制過程的條件做好比較。問題5：RNA聚合酶的作用？與DNA聚合酶的作用做好比較。問題6：RNA鏈的合成方向？與DNA的兩條鏈的堿基序列各有哪些異同。模板：DNA的一條鏈酶：RNA聚合酶原料：4種核糖核苷酸能量斷裂氫鍵，解開雙螺旋；連接單個(gè)的核糖核苷酸。合成方向：5’端→3’端。①

該RNA與DNA模板鏈的堿基互補(bǔ)配對(duì)，A與U配對(duì)，而非T；②

該RNA與DNA非模板鏈的堿基序列基本相同，只是DNA鏈上T的位置，RNA鏈上是U。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUU一：基因表達(dá)回歸課本探新知2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUUUAUGCAUGAUCGAGCUU5'3'ATP形成磷酸二酯鍵回歸課本探新知一：基因表達(dá)2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄回歸課本探新知一：基因表達(dá)2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄問題7：經(jīng)轉(zhuǎn)錄過程形成的mRNA上攜帶的遺傳信息來自于DNA的哪條鏈。非模板鏈。DNA的兩條鏈只有一條具有轉(zhuǎn)錄功能，具有轉(zhuǎn)錄功能的鏈叫模板鏈或反義鏈，不具有轉(zhuǎn)錄功能的鏈叫編碼鏈或有義鏈。問題8：分裂間期和分裂期都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄嗎？分裂期的染色體高度螺旋DNA難以解旋，轉(zhuǎn)錄難以發(fā)生?；貧w課本探新知一：基因表達(dá)2、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1）概念：實(shí)質(zhì)：

遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移到RNA的過程。2）場所：細(xì)胞核、葉綠體、線粒體、擬核3）過程：條件、RNA聚合酶的作用、合成方向4）產(chǎn)物：3種RNA回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯mRNA蛋白質(zhì)？DNA轉(zhuǎn)錄堿基排序堿基排序氨基酸排序翻譯1）概念：游離在細(xì)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。實(shí)質(zhì)是將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。思考：mRNA的堿基序列與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是如何的呢？回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯2）遺傳密碼的破譯問題1：

4種堿基如何決定21種氨基酸？一個(gè)堿基決定一種氨基酸，最多能對(duì)應(yīng)幾種氨基酸？連續(xù)的兩個(gè)堿基決定一種氨基酸，最多能對(duì)應(yīng)幾種氨基酸？21種氨基酸至少需要幾個(gè)堿基決定一種氨基酸？推測：至少三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸

1961年，克里克以T4噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，研究其中某個(gè)基因的堿基序列。增加或者刪除一個(gè)堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果？回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯2）遺傳密碼的破譯

克里克第一個(gè)通過實(shí)驗(yàn)證明三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸;

同時(shí)表明遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始，以非重疊的方式閱讀，密碼子之間沒有分隔符

回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯2）遺傳密碼的破譯密碼子：

mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基問題2：理論上密碼子應(yīng)該有64種，3個(gè)堿基排列的1個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)的究竟是哪種氨基酸？

尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)遺傳密碼問題3：至少應(yīng)該設(shè)置幾組試管，每組試管加哪些成分？

UCAUGAUUAmRNA

密碼子

密碼子

密碼子問題4：為什么要去除細(xì)胞提取液中的DNA和RNA？

回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯2）遺傳密碼的破譯科學(xué)家沿著蛋白質(zhì)合成的思路，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，終于破譯全部64個(gè)密碼子，并將64個(gè)密碼子編制成了表格。稱為密碼子表。問題5：64個(gè)密碼子可以分為哪幾類？

問題6：多個(gè)密碼子可以同時(shí)編碼一種氨基酸，稱作密碼子的簡并性，你認(rèn)為此特性對(duì)生物體的生存發(fā)展有何意義？

問題7：幾乎所有生物都共用上述密碼子，說明了什么？

回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯2）遺傳密碼的破譯問題5：64個(gè)密碼子可以分為哪幾類？

問題6：多個(gè)密碼子可以同時(shí)編碼一種氨基酸，稱作密碼子的簡并性，你認(rèn)為此特性對(duì)生物體的生存發(fā)展有何意義？

59種普通密碼子+2種起始密碼子+3種終止密碼子

密碼子中一個(gè)堿基改變可能不改變其對(duì)應(yīng)的氨基酸，一定程度上保證遺傳性狀的穩(wěn)定性，增加了密碼子的容錯(cuò)性。問題7：幾乎所有生物都共用上述密碼子，說明了什么？

回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程閱讀教材P67和P68頁相關(guān)內(nèi)容，解決下列問題問題1：tRNA的結(jié)構(gòu)和作用特點(diǎn)，攜帶氨基酸的部位，反密碼子的概念和數(shù)量。

問題2：核糖體與mRNA結(jié)合后形成幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，第一個(gè)編碼的氨基酸是哪種，肽鏈如何形成？

問題3：核糖體沿mRNA的移動(dòng)方向？總結(jié)之前講過的方向問題。

問題4：總結(jié)翻譯過程需要哪些條件，對(duì)比DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程。

回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程問題1：tRNA的結(jié)構(gòu)和作用特點(diǎn)，攜帶氨基酸的部位，反密碼子的概念和數(shù)量。

氨基酸結(jié)合部位反密碼子：

tRNA上可與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)的3個(gè)堿基。

編碼氨基酸的密碼子有

種，反密碼子有

種，

tRNA有

種。

每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸,但是一種氨基酸由一種或幾種tRNA攜帶。回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程問題2：核糖體與mRNA結(jié)合后形成幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，第一個(gè)編碼的氨基酸是哪種，肽鏈如何形成？

ACGUCACUACAC…………翻譯方向UAC甲硫氨酸GGU組氨酸當(dāng)讀取到mRNA上的起始密碼子，翻譯開始脫水縮合①②AUG異亮氨酸核糖體AGC精氨酸5’3’回歸課本探新知回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程問題2：核糖體與mRNA結(jié)合后形成幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，第一個(gè)編碼的氨基酸是哪種，肽鏈如何形成？

問題3：核糖體沿mRNA的移動(dòng)方向？總結(jié)之前講過的方向問題。

①②AGGUCACGUCAC甲硫氨酸UACGGU組氨酸CAC色氨酸…………AUG異亮氨酸AGC精氨酸5’3’回歸課本探新知①②AGGUCACGUCGU甲硫氨酸GGU組氨酸CAC色氨酸AGC精氨酸……當(dāng)讀取到mRNA上的終止密碼子，翻譯結(jié)束…………AUG異亮氨酸5’3’回歸課本探新知回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程問題2：核糖體與mRNA結(jié)合后形成幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，第一個(gè)編碼的氨基酸是哪種，肽鏈如何形成？

問題3：核糖體沿mRNA的移動(dòng)方向？總結(jié)之前講過的方向問題。

問題4：總結(jié)翻譯過程需要哪些條件，對(duì)比DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程。

模板原料能量酶工具回歸課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯3）翻譯過程問題5：細(xì)胞如何快速高效的實(shí)現(xiàn)翻譯？

通常一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)?；貧w課本探新知一：基因表達(dá)3、遺傳信息的翻譯4）翻譯結(jié)果多肽鏈

肽鏈合成后，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，然后開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)?；貧w課本探新知一：基因表達(dá)真核生物原核生物先轉(zhuǎn)錄，后翻譯邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯時(shí)間場所條件模板原料酶能量原則特點(diǎn)產(chǎn)物方向信息傳遞

DNA的復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯過程的比較二：中心法則1、提出者：克里克

2、內(nèi)容：DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制回歸課本探新知遺傳信息的傳遞一般規(guī)律

說明：生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體

二：中心法則回歸課本探新知問題1：會(huì)在某一生物中出現(xiàn)中心法則的全部過程嗎？人有哪些過程？

問題2：RNA的復(fù)制需要RNA復(fù)制酶，推測RNA復(fù)制類型的病毒遺傳物質(zhì)的復(fù)制過程？

問題3：RNA逆轉(zhuǎn)錄型的病毒先逆轉(zhuǎn)錄形成DNA，嘗試寫出逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳信息傳遞的全部過程，推測宿主細(xì)胞能否為其提供逆轉(zhuǎn)錄酶？拓展延伸二：中心法則拓展延伸回歸課本探新知問題1：會(huì)在某一生物中出現(xiàn)中心法則的全部過程嗎？人有哪些過程？

轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制二：中心法則回歸課本探新知問題2：RNA的復(fù)制需要RNA復(fù)制酶，推測RNA復(fù)制類型的病毒遺傳物質(zhì)的復(fù)制過程？

問題3：RNA逆轉(zhuǎn)錄型的病毒先逆轉(zhuǎn)錄形成DNA，嘗試寫出逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳信息傳遞的全部過程，推測宿主細(xì)胞能否為其提供逆轉(zhuǎn)錄酶？拓展延伸逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制RNAA—C—U—G—G—A—U—C—U蘇氨酸——甘氨酸——絲氨酸mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯肽鏈DNAA—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—A肽鍵肽鍵基因中堿基數(shù)︰mRNA中堿基數(shù)︰蛋白質(zhì)的氨基