《基因指导蛋白质合成》的教学设计
一、教学目标
1．知识与能力
（1）概述转录和翻译的过程和意义。
（2）分析噬菌体侵染细菌过程中的遗传信息流动方向。 2．过程与方法
（1）举例说明同位素示踪法和密度梯度离心技术如何使用。 （2）通过再现科学史，培养实验设计与科学探究能力。 3．情感态度与价值观
（1）通过再现科学史，体验科学探究的方法和态度，感受科学知识发现过程的艰辛和漫长，理解科学的本质。
（2）通过对基因指导蛋白质合成过程中各阶段严格遵循的碱基配对原则，明确细胞中生命物质的合成是一个准确的变化过程，体会生命的美和神奇。
二、教学内容和教学重难点分析
1．教材分析
“基因指导蛋白质的合成”是人教版高中生物学教材《遗传与进化》第四章第1节的教学内容。基因是生命活动的控制者，蛋白质是生命活动的主要承担者，基因的核苷酸序列中含有遗传信息，这些信息要通过合成蛋白质才能发挥作用。本节内容紧密联系生命活动的两大物质来探索遗传的发生机理，在明确了“基因是什么”、“基因在哪里”后，了解“基因是如何起作用”，并为后面教学“生物的变异”和“基因工程”埋下了伏笔。本节课是高三第一轮复习课，需要学生理解的知识点较多，微观抽象，掌握的难度较大，是重点和难点。 2．教学重难点
（1）教学重点：概述转录和翻译的过程和意义；掌握科学探究的实验原则和方法。 （2）教学难点：概述转录和翻译的过程，密码子和氨基酸的编码关系。
三．教学对象分析
本节课的对象是高三学生。教学中我们发现学生存在以下理解误区：对翻译过程中密码子的位置、种类，与氨基酸的对应关系等会产生曲解；对tRNA的种类、与mRNA的关系、与其所运输氨基酸的判定会产生错误；对翻译动态过程，如核糖体如何以mRNA
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为模板指导蛋白质合成的；等。
四、教学过程与策略分析
教学环节 教师的组织和引导 展示果蝇染色体图，提问“基因在哪复习引入 里”、“基因是什么”。介绍当时的历史背学生活动 基因在染色体教学意图 上，果蝇的染色体， 展现问题，引入新课。 景，众多科学家针对“遗传的分子基础”基因成线性排列。这个课题做出的贡献，提出一个尚未解决的问题“基因是如何起作用的”。 染色体是由DNA和蛋白质共同组成，而基因在DNA上，是具有遗传效应的DNA片段。 资料1 1955年，Zamecnik做了一系列实验 ，用放射性同位素 14C标记的氨思考： 1.氨基酸是组成什么的基本单位？ 2.14C标记的氨基酸的意义？ 3.实验结论。 确定蛋白质合成的场所是核糖体。 环节一 蛋白质合成的场所 基酸，注射进老鼠体内。然后掉老鼠，捣碎其肝脏，寻找标记过的氨基酸的去向。他们发现放射性碳原子先出现在核糖体部位。 提出问题“位于细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成呢？” 资料2：1955年，Brachet（布拉舍）思考： 用洋葱根尖进行了实验。如果在细胞中加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成环节二 信使RNA假说 就停止；若再加入从酵母中提取出来的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。 资料3：拉斯特等的变形虫放射性标记实验 1.实验的变量是什么？ 2.实验结论。 思考： 确定蛋白质的合成与RNA有关。 掌握“同位素标记法” 实验： A组：把变形虫培养在同位素标记1.为什么用尿嘧的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中，现象：标记的U集中出现在细胞核中； B组：变
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啶做标记？ 2．实验结论
形虫培养在未标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中， 实验：在适当的时候，用前面 提出“信使RNA假说”。 两组变形虫进行核移植实验。将A组变形RNA在基因表达过虫的细胞核移植到B组变形虫的细胞质中进行培养观察。 现象：大部分标记的U相继从细胞核中移入细胞质中。 资料4：已知，几乎所有动植物细胞都发现具有核糖体。同时也发现核糖体是富含RNA的粒子。 环节三 RNA如何获得DNA上的信息? 程中是传递DNA信息的信使。 通过课本图解及flash动画转录，分析转录的场所、模版、原料、酶及其他条件。 实验技能训练1 为了探究合成蛋白质的模板是核糖体RNA，还是另有其他种类的RNA。 Brenner、Jacob和Meselson（布拉纳，15 了解转录的过程 思考： 1.15N同位素可以标记什么物质？它们和14N12C 通过多媒体演示，突破难点。 通过提示，让学生了解当时的知识背景和已有的技术手段；通过问题串，引导学生理解设计意图。 体会科学家在探索前进的过标记的差雅各布，梅索森），先使用N标记细菌，异性体现在哪里？ 环节四 验证信使RNA假说 然后，在T4噬菌体感染细菌后，将细菌转142. 14C的尿嘧啶核移到N培养基上培养，同时，将放射性糖核苷酸可以标记标记的尿嘧啶核糖核苷酸加到培养基上。什么物质？它的作按照上述程序，病毒指导的合成进行一段时间以后，裂解细菌，对核糖体进行CsCl密度梯度离心分析。 1）已知噬菌体侵染细菌后，细菌的蛋白质合成立即停止，转而合成噬菌体的蛋白质。噬菌体蛋白质合成的原料是 ，场所是 ，来自 （病毒或大肠杆用是什么？ 3.如何检测核糖体的轻重差异呢？密度梯度离心。 4.如何检测哪种RNA带有放射性标记呢？ 3
菌）。 （2）预测实验结果和结论：提取裂解细菌溶液的核糖体，使用密度梯度离心方法进行观察，如果核糖体RNA是信使，那么离心的结果将出现轻的核糖体区带；如果核糖体RNA不是信使，那么离心的结果将是 。 （3）提取到的RNA与细菌DNA或噬菌体的DNA杂交，用到的实验方法是 ，发现带有放射性的RNA只能与 配 程中面临困难时，如何摸索、如何解决，提高实验探究的能力。 对形成杂交带，说明该RNA是由 DNA转录而来。 （4）通过实验能得出的结论是 。 环节五 碱基与氨基酸之间的对应关系 实验技能训练2科学家已经证明密码子是 锻炼学生的小组合作能力，培养学生运用正确的科学思维、方法及态度来思考解决问题， mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。1．可能观察到什么以下是遗传密码破译过程的几个阶段。 (1)根据理论推测，mRNA上的3个相邻的碱基可以构成 种排列方式，实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有 种。 (2)1961年，尼伦伯格和马太成功建立了体外蛋白质合成系统，破译了第一个密码子。具体的做法是在代表“体外蛋白质合成系统”的20支试管中各加入多聚尿嘧啶核苷酸，再向20支试管中分别加入20种氨基酸中的1种，结果只有加入苯丙氨现象，得出什么结论？ 2．除了添加的氨基酸和多聚尿嘧啶核苷酸外，无细胞系统为合成多肽链提供了哪些条件？ 认真观察密码子表，请分析密码子酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸肽链。其的特点。简并性，中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是 ，与苯丙氨酸对应的密码子是 。 分析密码子表。
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终止密码,起始密码子。
环节六 翻译的过程 资料5 1955年zamecnik（扎美尼克）用14思考实验结论。 氨基酸和模板mrna之间还有一个 突破难点，明确翻译的过程。 C标记的氨基酸与可溶性部分（无细胞系统，破碎细胞去除细胞和线粒体等较大的14细胞器、去除内质网、微粒体），发现C衔接子“tRNA”。 氨基酸标记了可溶性部分里的小分子RNA。 通过flash演示，展示翻译的过程。 在基因指导蛋白质合成的发现过程中，翻译是怎样进行？需要什么条件？ 体会探索过程中科体验科学方法与科学态度，感受科学知识发现过程的艰辛。 总结 需要多位科学家共同参与，总结噬菌体、学家的大胆尝试、同位素示踪法和密度梯度离心技术等特殊的实验材料和方法。 方法改进、思路更新。 五、板书设计
第一节 基因指导蛋白质合成
环节一：蛋白质合成的场所
环节二：信使RNA假说 转录
环节三：RNA如何获得DNA上的信息 环节四：验证信使RNA假说
环节五：碱基与氨基酸之间的对应关系 翻译 环节六：翻译的过程
六、教后反思
基因是生命活动的控制者，蛋白质是生命活动的主要承担者，基因的核苷酸序列中含有遗传信息，这些信息要通过合成蛋白质才能发挥作用，而mRNA在其中发挥着举足轻重的作用。然而课本中仅在RNA种类中提及，后直接介绍转录过程。实际上，在mRNA发现的历史上，参与其中的科学家以及涉及的技术手段（如同位素示踪法、噬菌体侵染细菌等）都是分子生物学发展过程中具有重要意义的。因此，本节课虽然是高三复习课，以科学发现史为背景，希望学生不仅掌握其实验方法，对转录和翻译的意义有更为深入的理解，更重要的是体会科学家们创造性的思维方式和乐于探索的科学精神。
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《基因指导蛋白质合成》教学设计
