2019-2020年高中生物 第三节基因控制蛋白质的合成第2课时示范教案 苏教版

2019-2020 年高中生物 第三节基因控制蛋白质的合成第 2 课时示范教案 苏
教版
导入新课 师:上节课,我们了解了证明 RNA 与蛋白质关系的两个实验及 Marmur 和 Duty 利用 DNA—RNA 杂合技术、采用侵染枯草杆菌的噬菌体 SP8 为材料进行实验。从科学家的实验中可以清楚地 看出,基因控制蛋白质合成的过程,可分为两个步骤。 师:基因控制蛋白质合成的过程,可分为哪两个步骤?
推进新课 生第一步是基因的遗传信息传递给 RNA,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,此步可称为“翻译”。 师:当沃森和克里克发现了 DNA 分子双螺旋结构后,全世界的科学家都认为破译遗传密码 是下一个重大的研究课题。这时,人们首先想到了电报密码。 课件展示: 发电报人发报图像与接电报人的图像 师:比如说“胰岛素”的电报密码是“3534 3213 2728”这样一串数字,这一密码通过 电波传到目的地后,又按密码翻译成“胰岛素”。 师:组成蛋白质的氨基酸一般有多少种? 生一般有 20 种。 师:氨基酸有 20 种,RNA 有四种核苷酸,四种碱基 AGCU 如何决定 20 种氨基酸?(要求学 生进行逻辑推理) 生(1)一个碱基决定一个氨基酸只能决定 4 种,41=4 不行。 (2)两个碱基决定一个氨基酸只能决定 16 种,42=16 不行。 (3)三个碱基决定一个氨基酸只能决定 64 种,43=64 足够有余。 师:实验验证,1961 年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使 RNA 的三个碱 基决定即三联体密码子,可能有一些密码子并不为氨基酸编码,而某种氨基酸可能被一种以 上的密码子所决定。前一种情况称为密码的剩余,后一种情况称为密码的兼并。 师:给出三个遗传字母,它所对应的氨基酸究竟是哪种呢?这就是遗传密码的破译问题。 师:遗传密码是怎样的呢?
板 书: 积极思维:遗传密码是怎样破译的?
课件展示: 1960 年,一些青年科学家来到美国国立卫生研究院,和那里从事体外蛋白质人工合成研 究的尼论贝格一起开始了破译遗传密码的研究。研究的核心是哪种 RNA 可以促进多肽的合成。 他们创造性地设计并实施了相关实验。 实验步骤: (1)把大量的大肠杆菌细胞磨碎,制成无细胞提取液,用 DNA 酶处理这种提取液使细菌的 DNA 降解,然后通过离心沉淀,除去细胞壁和质膜。剩下的上清液中含有蛋白质合成所必需的 核糖体、tRNA、蛋白质因子和酶系统,这时细菌的 mRNA 由于寿命很短早就降解了。

(2)采用了蛋白质的体外合成技术,在每支试管中分别加入一种氨基酸,再加入上述制成

的细菌无细胞提取液,加入人工合成的 RNA 多聚尿嘧啶核苷酸,观察结果。

师:(1)为什么要除去细胞提取液中的 DNA 和 mRNA?

(2)上述科学家的实验能够说明什么问题?

(3)如果加入的是只含两个碱基 UC 合成的多聚核苷酸链,又会出现了什么结果呢?

学生活动:学生分组讨论,代表回答。

生甲:因为实验中要以人工合成的 RNA 多聚尿嘧啶核苷酸作模板,除去细胞提取液中的 DNA

和 mRNA 是为了消除干扰。

生乙:实验结果是加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。说明了苯丙氨酸

的 RNA 的密码子之一是 UUU。

生丙:如果加入的是只含两个碱基 UC 合成的多聚核苷酸链,并用它们作模板进行大量的

离体情况下的蛋白质合成的实验。结果发现合成的蛋白质中有苯丙氨酸,再次证明了苯丙氨

酸的密码子是 UUU。另外还有赖氨酸、亮氨酸、酪氨酸、异亮氨酸。由于 U 和 A 是随机排列的,

所以会出现密码子 UUU、AAA、UUA、UAU、AUU。

师:怎么知道赖氨酸的密码子是 AAA 的呢?

生在蛋白质的体外合成技术中,在每支试管中分别加入一种氨基酸,再加入上述制成的

细菌无细胞提取液,加入人工合成的 RNA 多聚腺嘌呤核苷酸,观察结果,则发现加入了赖氨

酸的试管中出现了多聚赖氨酸的肽链。

师:亮氨酸、酪氨酸、异亮氨酸的密码子能确定吗?

生无法确定。

师:(1)上述困难很快就被科学家解决了,他成功地合成了具有规则重复碱基序列的多聚

核苷酸链,其中有用两种核苷酸聚合而成的,也有用三种或四种核苷酸聚合而成的。例如:

用尿嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸组成的具有规则重复碱基序列的多核苷酸链,它的碱基序列

是:……UCUCUCUCUCUCUCUCUCUC……简写为(UC)n,上述序列按三个碱基一组应读成……UCU、 CUC、UCU……从而形成具有规则重复的(交替)UCU 和 CUC 密码子。用这种多聚核苷酸链作模板,

在离体情况下进行蛋白质的合成,他发现合成的蛋白质中只有两种氨基酸,即丝氨酸和亮氨

酸。这说明 UCU 和 CUC 两个密码子中的一个可能是丝氨酸或亮氨酸的密码子。

(2)规则碱基序列多核苷酸合成实验结果

多聚核苷酸链 mRNA

交替的阅读密码组

合成的多肽

(AC)n

ACA CAC ACA CAC ACA…

苏—组—苏—组—……

(AG)n

AGA GAG AGA GAG AGA…

精—谷—精—谷—……

(AAG)n

AAG AAG AAG AAG AAG…

AGA AGA AGA AGA AGA…

赖—赖—赖—赖—……

精—精—精—精—……[来源:

学。科。网 Z。X。X。K]

(GUA)n

GUA GUA GUA GUA GUA…

AGU AGU AGU AGU AGU…

缬—缬—缬—缬—……

丝—丝—丝—丝—……

(UAUC)n

UAU CUA UCU AUC UAU…

酪—亮—丝—异亮—……

(3)从上表中可以看出,赖氨酸的密码子为 AAG;精氨酸的为 AGA;谷氨酸的为 GAA;缬

氨酸的为 GUA 等。

(4)由于这一基本方法的应用,破译遗传密码的研究进展很快,到了 1967 年就确定了全

部密码。遗传学上把 mRNA 上决定一个氨基酸的 3 个相邻的碱基,叫做一个“遗传密码子”。

板 书:

20 种氨基酸的遗传密码子表
师:从密码子表中,你可以看出有哪些特点? 学生活动:学生小组讨论,回答。 生甲:除蛋氨酸和色氨酸外,其他氨基酸都有两种以上的密码子。如 CUU、CUC、CUA 都是 亮氨酸的密码子。对应于一种氨基酸的密码子不止一种时,常常只是密码子中和第三个碱基 发生变化。 生乙:蛋氨酸为起始密码子,蛋白质多肽链的起始端都是从蛋氨酸开始的。 生丙:表中 UAA、UAG、UGA 这三个密码子没有对应的氨基酸,叫做终止密码。在蛋白质合 成中,当正在增长的多肽链遇到其中任何一个时,即停止增长,蛋白质合成到此完成。 生丁:在全部 64 个密码子中,61 个密码子负责 20 种氨基酸的翻译,1 个是起始密码,3 个是终止密码。
课堂小结 上述密码表主要是用大肠杆菌做实验得到的,后来用家兔、两栖类、植物组织和人类的 细胞做实验也得到同样的结果,由于在所有的生物里 DNA 的四种碱基和蛋白质中的 20 种氨基 酸都是相同的,所以,很可能整个生物界存在着同样的遗传密码,也就是说,上述的密码表 适用于所有的生物。 师:同学们知道,我国科学家已经破译哪些生物的遗传密码? 生:我国科学家首次破译了一种嗜热菌的遗传密码;黑猩猩的第 22 号染色体被破译;成 功破译了水稻的遗传密码。 师:遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。因此 在遗传密码破译后仅 2~3 年的时间这项工作就获得了诺贝尔奖。
二、遗传密码的破译 1.积极思维 遗传密码是怎样破译的? 2.20 种氨基酸的密码子表
1.分子生物学的黄金时代 随着 DNA 分子结构的解开,人们清楚地了解了复制的机制,并且明白了遗传信息的保存 方式。事实上,DNA 就像一本只由四个遗传字母 A、C、T、G 写成的书。这四个字母的不同排 列次序就寓含了遗传信息。紧接着就产生了一个问题:这本书应该如何读呢?如下: ATCGGTCATGCA……这一串由遗传字母构成的序列应该两个两个,还是三个三个,还是四个四 个,还是……读下去?换句话说,如果遗传字母 A、C、G、T,在功能上被读成字。那么究竟 几个字母恰好对应一个字(或者说叫密码子)呢? 人们知道在生命活动中起到重要作用的蛋白质是由 20 种氨基酸构成的。而人们又容易推 测出遗传信息事实上是通过决定蛋白质的结构来间接地控制细胞的化学过程。于是,如果一 个密码子可对应于一个氨基酸的话,我们的问题就是密码子由几个字母构成才能形成所有的 氨基酸呢? 如果密码子由一个字母构成,那么只能得到四种氨基酸;如果密码子由两个字母构成,

那么可得到 16 种氨基酸,仍然不够。如果密码子由三个字母构成,那么可得到 64 种氨基酸。 看来由三个遗传字母构成一个密码子就足够了。因此,通过数学知识得到的结论是,蛋白质 中的氨基酸是由三个一组连续排列的碱基编码的,这种编码方式被称为三联体密码子。克里 克和布伦纳进行的一系列巧妙的遗传学实验证实了这一点。
这样,我们就知道了密码子是由三个遗传字母构成的。DNA 中某一具体的核苷酸三联体被 探明是与蛋白质中某一具体的氨基酸相对应的。或者说,遗传密码是按三联体形式阅读的。
给出三个遗传字母,它所对应的氨基酸究竟是哪种呢?这就是遗传密码的破译问题。第 一个被破译的密码子是:UUU,苯丙氨酸。随后不久,通过构思巧妙的实验,在短短时间中, 人们就完全破译了遗传密码。
还有一个容易想到的问题:由 T、A、C、G 四种遗传字母构成三联体密码子,一共有 64 种情况。但氨基酸却只有 20 种。那么一定会出现多个密码子对应同一个氨基酸的情况出现。 事实正是如此。这种现象被称为遗传密码子的兼并。而编码同一个氨基酸的密码子被称为同 义密码子。
遗传密码的解开是分子生物学中的重大突破。人们一旦搞清楚了 DNA 中核苷酸的次序对 应于蛋白质中氨基酸的次序,那么就可以回答蛋白质是如何按照 DNA 的信息制造出来的了, 此过程称基因表达。
2.基因工程与医药创新 自 20 世纪 40~50 年代间相继发现青霉素等系列抗生素,甾体激素和维生素等生物合成 药物已形成了生物医药新领域。由于它们卓越的疗效和巨大的经济效益,兴起了现代新生物 技术的大发展,特别是 70 年代基因的发现,重组 DNA 的获得成功,震动了医学、农业、畜牧 业等整个生命学科,开创了人为地控制生命和育种新领域——基因工程,在生命学科总领域 中成为最活跃,进展最快的学科。到 80 年代,已有以基因工程合成首个人体活性蛋白的多肽 重组胰岛素,并很快地投向市场应用。自 1993 年以来至今仅十年内,仅以美国、日本和中国 三个国家为例,已研制成功约 300 多项新的基因工程药物,有的已投向市场,有的已被批准 分别进入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床试验;发展之神速不仅为医药开发空前未有,在整个科学发展史 上来说也是罕见的。揭开生命的奥秘,掌握了基因重组的秘密。人类基因组蕴藏有人类生、 老、病、死的遗传密码;破译这些信息将为诊断各种疾病、研制新药和新的有效疗法带来一 场大革命,破译人类遗传密码和掌握基因重组不亚于人类登上月球的“阿波罗计划”。
2019-2020 年高中生物 第三节基因治疗和人类基因组计划 第四节遗传病
与人类未来课堂导航 浙科版
探究 1:人类基因组计划的研究对象为什么是24条染色体?人类基因组计划的目标是
什么?
人类基因组一般是指核基因组,人类体细胞的细胞核中含有 46 条染色体(23 对同源染
色体)。人类属于 XY 型性别决定类型,X、Y 为异型的同源染色体,其上所含的遗传信息
有所不同,所以人类基因组计划研究的是 24 条染色体,即 22 条常染色体和 X、Y 性染色体。
人类基因组计划的目标就是绘制四张图:遗传图、物理图、序列图、转录图,每张图均

涉及人类的一套染色体。

探究 2.:基因组和人类基因组

人类体细胞的细胞核中含有 46 条染色体(23 对同源染色体)。但人类属于 XY 型性别

决定类型,而 X、Y 为异型的同源染色体,其上所含的遗传信息有所不同,所以人类基因组

计划研究的是 24 条染色体,即 22 条常染色体和 X、Y 性染色体,而不是 46 条或 23 条。

基因是 DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称,是具有

遗传效应的 DNA 分子片段。基因组是指生物体 DNA 分子所携带的全部遗传信息,它包括

核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组。而染色体是遗传物质(基因)的载体,基因在染

色体上呈线性排列。通常情况下,基因组一般是指核基因组。对二倍体生物来说,一个染色

体组所含有的基因就构成基因组,通常情况下,人类基因组一般是指核基因组,人类只有一

个基因组,大约有 3.0 万~3.5 万个基因,31.6 亿个碱基对的序列。对人类基因组的研究,

就是要发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置,破译人类全部遗传信息,使人类第一

次在分子水平上全面地认识自我。

题例领悟

【例题 1】纳米技术将激光束的宽度聚焦到纳米范围内,可对 DNA 分子进行超微型基

因修复,把至今尚令人类无奈的癌症、遗传病彻底根治。对 DNA 的修复属于( )

A.基因转换

B.基因重组

C.基因突变

D.染色体变异

解析:激光束属于诱发基因突变的物理因素,对 DNA 分子进行超微型基因修复,也就

是使癌基因、控制遗传病的基因突变,形成正常的基因。

答案:C

领悟

基因治疗是对基因进行改变或导入健康基因,基因改造属于基因突变,导入健康基因是

基因重组。

【例题 2】下列有关遗传病的叙述中,正确的是( )

A.仅基因异常而引起的疾病

B.仅染色体异常而引起的疾病

C.基因或染色体异常而引起的疾病

D.先天性疾病就是遗传病

解析:遗传病通常指由于遗传物质的改变而引起的疾病,包括单基因遗传病、多基因遗

传病和染色体异常遗传病,遗传病是先天性疾病,但先天性疾病并非都是遗传病,如某些个

体由于母亲怀孕期间服用某些药物,感染某些病原体导致生来就有一些疾病,但并未涉及遗

传物质的改变,就不能称为遗传病。

答案:C

领悟

遗传病是由遗传物质改变引起的疾病,不是遗传物质改变引起的疾病不是遗传病。

课堂反馈

1.根治血友病的措施正确的是( )

A.注射凝血因子

B.口服凝血因子

C.基因治疗

D.保护患者不受伤害

解析:血友病是遗传病,根治血友病的措施是基因治疗。

答案:C

2.人类基因组计划应有的价值是( )

①追踪疾病基因 ②估计遗传风险 ③用于优生优育④建立个体 DNA 档案 ⑤用于基

因治疗 ⑥治疗艾滋病

A.①②③④⑥

B.①②④⑤⑥

C.①②③⑤⑥

D.①②③④⑤

解析:艾滋病是传染病,不是遗传病,不能用基因治疗法。

答案:D

3.16 世纪末,张谦德在《朱砂鱼谱》中总结金鱼选种的经验时说:“蓄类贵广,而选择

贵精,须每年夏间市取数千头,分数缸饲养,逐日去其不佳者,百存一二,并作两三缸蓄之,

加意培养,自然奇品悉具。”其中“逐日去其不佳者”和“分数缸饲养”的作用分别是( )

A.自然选择,地理隔离

B.人工选择,地理隔离

C.自然选择,生殖隔离

D.人工选择,生殖隔离

解析:“逐日去其不佳者”是人工选择并去掉不好的个体;“分数缸饲养”是指利用地理上

的障碍使彼此间无法相遇而不能交配,属于地理隔离。

答案:B


相关文档

2019-2020年高中生物 癌细胞的形成 第1课时示范教案 苏教版
2019-2020年高中生物 第3节 生态系统的物质循环 第1课时示范教案 新人教版
2019-2020年高中生物 第3节 生态系统的物质循环 第2课时示范教案 新人教版
2019-2020年高中数学 第一章 三角函数 第四节 三角函数的图象与性质(第四课时)示范教案 新人教A版必修4
2019-2020年高中数学 第一章 三角函数 第四节 三角函数的图象与性质(第三课时)示范教案 新人教A版必修4
2019-2020年高中数学(1.2指数函数及其性质第1课时)示范教案新人教A版必修1
2019-2020年高中数学(1.2指数函数及其性质第3课时)示范教案新人教A版必修1
2019-2020年九年级化学全册 第四单元 我们周围的空气 第二节 物质组成的表示第一课时教学案 鲁教版
2019-2020年九年级化学 第三章 第四节 物质组成的表示方法(第二课时)教案 沪教版
2019-2020年九年级化学 第三章 第四节 物质组成的表示方法(第一课时)教案 沪教版
电脑版