人教版必修二第4节《基因是有遗传效应的DNA片段》教案 第
4节 基因是有遗传效应的DNA片段
一、教学目标 1. 知识方面
⑴举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。 ⑵说明基因和遗传信息的关系。 2. 能力方面
运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。 二、教学重点和难点 1.教学重点
（1）基因是有遗传效应的DNA片段。 （2）DNA分子具有多样性和特异性。 2.教学难点
脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性。 三、教学方法
讨论法、 演示法、阅读指导法 四、教学课时 1
五、教学过程 教学内容 教师组织和引导 问题探讨 〖提示〗本节“问题探讨”的目的主要是让学生体会碱基n排列顺序的多样性。4。 引言 摩尔根将基因定位于染色体上，后来证明染色体中只有DNA是遗传物质。那么，基因与DNA有什么关系呢？ 一、说明引导学生阅读课文P55-56“资料分析”，看懂图A、基因与B、C，分析强调： DNA关系1、大肠杆菌的DNA与基因 的实例 2、海蛰的绿色荧光蛋白基因与转基因技术 3、人类基因组计划（HGP计划）：测定24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的碱基序列。 4、小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关 〖提示〗1.生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。 2.此题旨在引导学生理解遗传效应的含义，并不要求惟一答案。可以结合提供的资料来理解，如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦，等等。 3.基因是有遗传效应的DNA片段。 二、DNA〖讲述〗每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分片段中的子有很多基因，每个基因都是特定的DNA片段，有着特定遗传信息 的遗传效应，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。 DNA分子为什么能储存大量的遗传信息呢？ 引导学生“探究---脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样学生活动 阅读思考 思考 阅读思考讨论回答 教学意图 引入新课 引入新课 讨论合作能力 阅读思考讨论回答 1 / 8
三、基因的概念 小结 作业 【典型例题】
例1．白化症病人出现白化症状的根本原因（ ） A．病人体内缺乏黑色素
性” 然后设问：构成DNA的基本单位是什么？ 又问：有几种脱氧核苷酸？ 〖提示〗1.碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 2.在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。 3.可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。 1.基因的化学组成：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。 讲述：基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。例如：白花基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，这样特定的排列顺序就代表白花的遗传信息。上一代传给下一代的是遗传信息而不是白花的本身，在下一代就可以将白花遗传信息表达为白花。 2.基因不同的实质：不同的基因，四种脱氧核苷酸的排列顺序不同，但是每个基因都有特定的排列顺序（可举例说明） 3.基因的位置：染色体是基因的主要载体，每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子含有多个基因，基因在染色体上呈直线排列（银幕显示：果蝇某一条染色体上的几个基因）。 4.基因是有遗传效应的DNA片段 这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应（指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能）。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。 控制某种性状的基因有特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信息，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状的表达。例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。 〖归纳〗遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成DNA分子多样性，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性；DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA上分布着多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段。 基因的本质是有遗传效应的DNA片段。 练习一二 脱氧核苷酸。 4种 听讲 加深概念的理解 2 / 8
B．病人体内无酪氨酸
C．控制合成酪氨酸酶的基因不正常 D．常期见不到阳光所致
解析：白化症病人出现白化症状是因为缺乏酪氨酸酶。不能使酪氨酸转化成黑色素，而缺乏这种酶的根本原因是控制此酶合成的基因不正常造成的。即生物的一切性状都是受基因控制的。 答案：C
例2．青年科学家陈炬成功地把人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子上，使烟草具备了抗病毒的能力，试分析：
（1）人的基因所以能接到植物体内去，物质基础是__________________________。 （2）烟草具备抗病毒能力，表明烟草体内产生了_____________，这个事实说明：人和植物体内蛋白质的合成方式_____________。
解析：人和植物的DNA都是由脱氧核苷酸组成，都是规则的双螺旋结构，这是转基因技术的物质基础；同时所有生物合成蛋白质时都共用那20种氨基酸，因此将人的基因移植到植物体内后可以在植物体内合成相应的蛋白质。
答案：（1）DNA结构基本相同（2）干扰素 基本相同 例3．阅读下列报道，回答问题： 破译天书 生命昭然
2000年6月26日，科学家公布了人类基因工作草图，这是人类基因组研究的重大成果，这一成果被誉为是人类“生命天书”的破译，是人类科学史上的重要里程碑。继2000年6月26日公布“基因工作草图”以后，经过几个月的努力，科学家于2001年2月 12日宣布，人类基因组共有32亿对碱基。包含了3～4万个基因。这标志着人类基因组研究工作取得了实质进展，为破译生命之谜奠定了坚实的基础。
人类“生命天书”有一“套”，这套书有24“本”。组成这套书的“文学”有四种基本“笔画”，每两个笔画形成一个“偏旁部首”，每三个“偏旁部首”形成一个“文字”。
每本“生命天书”中含有几千个关于人类生命的结构、功能、生老病死的“信息”，每条信息由几千个“文字”组成。人类基因组计划就是首先要破译这套天书中所含有的10亿个文字中的30多亿个偏旁部首的排列顺序；然后再破译书中每条信息的具体含义即具体功能。
（l）人类“生命天书”有“24本”，每“本书”是指一个______________，这套书为什么是“24本”？
（2）“生命天书”中的“信息”是指一个_____________。
（3）“生命天书”中的四种“基本笔画”是指___________________。 （4）“生命天书”中的每个“偏旁部首”是指__________，它们是___________。
（5）“生命天书”中的每个“文字”是表示三个特定排列的_________，这个特定排列的物质为什么是三个？
【解析】通读上面的报道，报道中所说的“破译天书”实际上指对人类基因组进行了碱基对的测序工作。每本“天书”指一个染色体，因为人类体细胞中有22对常染色体，每对染色体中的两个DNA分子结构基本相同，又由于X和Y这两个性染色体中DNA分子结构有较大差异，需要各自单独测序；所以一套“生命天书”实际上是指人类体细胞中一套常染色体（22个）和X、Y这两个性染色体中共24个DNA分子。“生命天书”中的四种“基本笔画”是指含不同碱基的脱氧核苷酸，它们是A（T、C、G）碱基脱氧核苷酸，共四种。“生命天书”中的“偏旁部首”是DNA中的脱氧核苷酸对或碱基对，它们有四种，即A－T、T－A、C－G、G－C。每三个“偏旁部首”组成一个“文字”，即一个“文字”中有3个碱基对，因为DNA中含遗传信息的核苷酸链上的三个碱基可转录成信使RNA上的一个“密
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码子”，每个“密码子”在蛋白质合成过程中可决定一个氨基酸，以决定一个氨基酸所要求的碱基对为一个“文字”，即是DNA中的三个碱基对。“生命天书”中的“信息”是一个基因，一个基因控制一种蛋白质的生物合成，一般包括成千上万个碱基对。
【答案】（1）染色体 人类22个常染色体和一对性染色体（X、Y）中的DNA分子相互之间结构各不相同（2）基因（3）分别含A、T、C、G碱基的四种脱氧核苷酸 （4）碱基对 A－T、T－A、C－G、G－C（5）碱基对 DNA中转录一个“密码子”或控制一个氨基酸需要三个碱基对。
【评点】生命科学的发展日新月异，2000年 6月公布人类基因工作草图时，科学家估计，人类基因组可能有10万—14万个基因，这也写进了新教材。可只几个月时间，科学家发现，人类基因只有3－4万个，2001年2月公布的新发现就取代了几个月前的对人类基因数目的估计。本例题的功能有，引导学生关注生命科学的最新进展；用所学知识应用于解释“人类基因组”研究最新成果的报道；提高同学们接受信息，处理信息的能力。
【知识扩展】 基因概念之演变
基因（gene）是遗传学家约翰逊（W．Johannsen）在1909年提出来的。他用基因这一名词来表示遗传的独立单位，相当于孟德尔在豌豆试验中提出的遗传因子。
在遗传学发展的早期阶段，基因仅仅是1个逻辑推理的概念，而不是一种已经证实了的物质和结构。由于科学研究水平的不断提高，从浅入深，由宏观到微观，基因的概念也在不断的修正和发展。从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：孟德尔的遗传因子阶段；摩尔根的基因阶段；顺反子阶段和现代基因阶段。 一、孟德尔的遗传因子阶段
19世纪60年代初，孟德尔对具有不同形态的豌豆作杂交实验，在解释实验中每种性状的遗传行为时，用A代表红花，a代表白花，表明生物的某种性状是由遗传因子负责传递的，遗传下来的不是具体的性状，而是遗传因子。遗传因子是颗粒性的，在体细胞内成双存在，在生殖细胞内成单存在。孟德尔所说的“遗传因子”是代表决定某个性状遗传的抽象符号。
孟德尔在阐明遗传因子在世代中传递规律时，就已经认识到了基因的两个基本属性：基因是世代相传的，基因是决定遗传性表达的。现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信息的基本物质单位”，实际上就是孟德尔所阐明的基因观。 二、摩尔根的基因阶段
1909年，丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这一术语，用来表达孟德尔的遗传因子，但还只是提出了遗传因子的符号，没有提出基因的物质概念。摩尔根对果蝇的研究结果表明，1条染色体上有很多基因，一些性状的遗传行为之所以不符合孟德尔的独立分配定律，就是因为代表这些性状的基因位于同一条染色体上，彼此连锁而不易分离。这样，代表特定性状的特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来。基因不再是抽象的符号，而是在染色体上占有一定空间的实体，从而赋予基因以物质的内涵。 三、顺反子阶段
早期的基因概念是把基因作为决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位，后来，这种“三位一体”的概念不断受到新发现的挑战。
20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，1953年在沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构以后，人们普遍认为基因是DNA的片段，确定了基因的化学本质。
1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）概念。
顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1条多肽链。能产生1条多肽链的是1个顺反子，顺反子也就是基因的同义词。1个顺反子可以包含一系列突变单位——突变
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子。突变子是DNA中构成1个或若干个核苷酸。由于基因内的各个突变子之间有一定距离，所以彼此之间能发生重组，重组频率与突变子之间的距离成正比。重组子代表1个空间单位，有起点和终点，可以是若干个密码子的重组，也可以是单个核苷酸的互换。如果是后者，重组子也就是突变子。 四、现代基因阶段
1．操纵子 从分子水平来看，基因就是DNA分子上的一个个片段，经过转录和翻译能合成1条完整的多肽链。可是，通过近年来的研究，认为这个结论并不全面，因为有些基因，如rRNA和tRNA基因只有转录功能而没有翻译功能。另外，还有一类基因，其本身并不进行转录，但可以对邻近的结构基因的表达起控制作用，如启动基因和操纵基因。从功能上讲，能编码多肽链的基因称为结构基因；启动基因、操纵基因和编码阻遏蛋白、激活蛋白的调节基因属于调控基因。操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成1个功能单位，称为操纵子。
2．移动基因 移动基因指DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方，它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个位置。移动基因机构简单，由几个促进移位的基因组成。基因的跳动能够产生突变和染色体重排，进而影响其他基因的表达。
业已证明，相当一部分已知的自发突变是移动基因所致，而且，移动基因不仅能在个体的染色体组内移动，并能在个体间甚至种间移动，因此是1个重要的进化因素。移动基因的发现动摇了基因在染色体上有一固定位置的传统观念。
3．断裂基因 过去人们一直认为，基因的遗传密码子是连续不断地并列在一起，形成1条没有间隔的完整基因实体。但后来通过对真核蛋白质编码基因结构的分析发现，在它们的核苷酸序列中间插入有与编码无关的DNA间隔区，使1个基因分隔成不连续的若干区段。这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。
不连续的断裂基因的表达程序是：先转录为初级转录物，即核内不均一RNA，又叫前体RNA；然后经过删除和连接，除去无关的DNA间隔序列的转录物，便形成了成熟的mRNA分子，它从细胞核中输送到细胞质，再转译为相应的多肽链。
4．假基因 1977年，G．Jacp根据对非洲爪蟾5S rRNA基因簇的研究，提出了假基因的概念，现已在大多数真核生物中发现了假基因。这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。
5．重叠基因 长期以来，在人们的观念中一直认为同一段DNA序列内，是不可能存在重叠的读码结构的。但是，随着DNA核着酸序列测定技术的发展，人们已经在一些噬菌体和动物病毒中发现，不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的。也就是说，它们的核苷酸序列是彼此重叠的，这样的2个基因被称为重叠基因。它修正了关于各个基因的多核苷酸链是彼此分立、互不重叠的传统观念。
由此可见，随着生物科学的不断发展，人们对基因概念的理解也不断深入。在世界科学技术日新月异的今天，生物科学将会有更多新的突破性进展，基因的概念不可避免的将会被赋予新的内容。
对基因认识的进一步深化 （1）基因的顺反子概念
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人教版必修二第4节《基因是有遗传效应的DNA片段》教案
