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第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质合成
（一）教学目标
1、能准确描述遗传信息的表达过程，理解并掌握RNA的结构特点即作用。
2、通过学习核糖核苷酸、mRNA、tRNA生物质的结构及功能特点，形成生物体的结构和功能相适应的基本科学理念。
3、运用数学方法分析DNA中碱基、RNA中碱基与氨基酸的对应关系。
（二）教学重难点
1、教学重点
（1）理解遗传信息、密码子与反密码的关系，理解密码子的简并性。
（2）遗传信息的转率和翻译过程。
2、教学难点
（1）遗传信息的转率和翻译过程。
（三）教学过程
一、创设情境、导入新课
将水母的绿色荧光蛋白基因转入老鼠体内，老鼠在紫外线的照射下发绿色荧光，研究发现小鼠体内产生了绿色荧光蛋白
1、转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？小鼠能发绿色荧光的直接原因是合成了绿色荧光蛋白，基因和蛋白质之间存在着怎样的关系？
思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？联系DNA和蛋白质之间的媒介是什么？
二、沟通DNA和蛋白质之间的信使——RNA
1、RNA能作为信使的原因
（1）它也是由基本单位——核苷酸连接而成，核苷酸也含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能
（2）RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
2、RNA的种类、结构及功能
三、转录
1、概念 ：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫做转录。
2.时间：个体生长发育的整个过程（几乎所有活细胞中）
3.场所：主要在细胞核中，线粒体、叶绿体（真核）
原核：拟核、质粒
实际上，DNA在哪里，转录就在哪里发生
4.产物：三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
5.原料
模板：DNA的一条链
原料：4种游离的核糖核苷酸
能量：ATP
酶：RNA聚合酶
6.产物：三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA
7、过程（以mRNA的合成过程为例）
①解旋：第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来。当细胞合成某种蛋白质时， RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链碱基得以暴露
②游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
③第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
8.意义：:遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。
9.原则：碱基互补配对原则A-T G-C C-G T-A
10.特点:边解旋边转录
11、10.转录方向RNA新链的延伸也是从5’-端到3’-端；先合成再释放
思考讨论：
（1）转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
转录与DNA复制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循碱基互补配对原则等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
（2）与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
（3）转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的；
转录成的RNA的碱基序列与非模板链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
四、翻译
1、定义：在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA（mRNA）为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 -----翻译。
2、场所：细胞质中的核糖体
3、条件
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
转运工具：tRNA
产物：蛋白质
4、实质：mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
思考：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸？
5、密码子：
（1）定义：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
（2）位置：密码子位于mRNA上
（3）识别：从mRNA上5’-端翻译至3’-端
（4）一共有多少个密码子？
共64种密码子
（5）终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？编码氨基酸的密码子有多少个？
一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸
特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。
（6）真核生物的起始密码子是哪一个？
真核生物只有1种—AUG，编码甲硫氨酸；
原核生物可以有2种—AUG（编码甲硫氨酸）和GUG（编码甲硫氨酸，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码缬氨酸）
（7）你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
①增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；
②密码子的使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
6、氨基酸的搬运工——tRNA
7、翻译过程
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。
第4步：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1, 一个新的携带氨基酸的tRNA 进入位点2，继续肽链的合成
第5步：就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨 基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止
第6步：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成(因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质）。
五、中心法则
1、提出者：克里克
2、内容：
3、中心法则的发展
（1）1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，RNA复制酶能对RNA进行复制。
（2）1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
（3）少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA（即RNA的复制）以及从RNA流向DNA（即逆转录）；
4、完整的中心法则图示
5、中心法则的意义
揭示了在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息表达的产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见：生命是物质、能量和信息的统一体。

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