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(共53张PPT)
导引课+探究课：基因指导蛋白质的合成（第1课时）
2019人教版必修2 遗传与进化 第4章 第一节
项目：制作基因表达的过程模型
项目学习导引课 本节课学习目标：
01
02
03
通过比较DNA和RNA的结构，归纳RNA适于作DNA信使的原因。
通过分析相关资料，推测RNA是DNA和蛋白质之间的信使。
目标
通过观看视频和分析归纳图文资料，概括遗传信息的转录过程，并比较DNA复制与转录的异同点。
04
制作遗传信息转录的模型。
创设情境，明确项目
创设情境，明确项目
项目：
为了更深入理解基因表达的过程，我们将举行以小组为单位制作并展示基因表达的过程模型比赛。
基因
蛋白质
指导合成
基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
作品要求
使用材料要环保、易得。
01
讲解过程语言要精炼，表达通俗、易懂。
03
作品名称、团队简介、设计理念、材料介绍等。
02
核心任务
通过所学知识制作基因转录和翻译的模型。
如何构建基因转录和翻译的模型？
核心问题：
小组讨论，代表发言。
Q：制作基因转录和翻译模型的流程是怎样的？在导学案上完成项目规划。
问题转化，规划项目
课时 课型 驱动性问题 子项目 活动 项目评价
第一节 导引课 探究课 ①为什么RNA适于做DNA的信使？ ②DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？ ③转录与DNA复制的异同点？ 子项目1：制作遗传信息转录模型 活动1：第1、2、3小组课后制作转录模型，第4小组课后制定转录和转录模型评价标准。 ①过程性评价
多主体，多角度对学生在完成任务过程的表现进行评价（自评、师评、互评）
②总结性评价
根据评价量规项目作品完成情况，知识与概念的理解程度，学生学科核心素养达成情况。
第二节 探究课 ①mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？②游离在细胞质中的氨基酸是怎样被运送到合成蛋白质的生产线上的呢？③tRNA转运的氨基酸在核糖体上发生了什么反应？ ④翻译与DNA复制的异同点？ 活动2：第1、2、3小组课后制作翻译模型，第4小组课后制定翻译模型评价标准。
第三节 展示课 子项目3：模型评比
子项目2：制作遗传信息翻译模型
活动3：第1、2、3小组展示模型，第4小组对模型评价，教师颁奖。
①制作模型用了什么材料？②制作过程遇到什么问题？③如何解决问题？④评价模型用什么标准？
模型评价量规
评价标准 练习生 偶像 导师
模型科学性 结构多个缺失； 结构比例多处不协调； 结构选材与结构特点不匹配。 结构1处缺失； 结构比例1处不协调； 结构选材与结构特点基本匹配。 结构完整；
结构比例协调；
结构选材与结构特点匹配。
模型实用性 模型不利于组装、没有参与感；不可重复利用；没有配置说明书。 模型大部分可组装、有参与感；可重复利用；大部分有配置说明书。 模型利于组装、有参与感；可重复利用；配置完整的说明书。
模型创新性 作品无创意。 作品中有1处与众不同的创意。 作品中有2处以上与众不同的创意。
讲解情况 语言不够精炼；表达不够通俗、易懂。 语言较精炼；表达较通俗、易懂。 语言非常精炼；表达非常通俗、易懂。
项目学习探究课 遗传信息的转录
大家来说一说
S1:真核生物基因（DNA）主要位于哪里？
S2:蛋白质合成的场所在哪里？
S3:基因直接指导蛋白质的合成具有空间上的变化，如何解决这个问题？
细胞核
细胞质（核糖体）
存在某种物质在细胞核和细胞质之间充当信使。
Q1:阅读导学案的5个资料，说出你的观点和依据，小组讨论，代表发言。
任务一：
寻找充当遗传信息的信使物质。
资料1：1955年，比利时细胞生物学家Bracher用洋葱根尖细胞和变形虫进行实验，发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，再加入RNA，则又可以重新合成蛋白质。
蛋白质的合成与RNA有关。
资料2：1955年拉斯特(Laster Gold)等人用变形虫的换核实验。A组变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷酸培养液来培养，发现标记的RNA分子首先在细胞核中合成；B组变形虫用未标记的尿嘧啶核苷培养液培养，变形虫的细胞核和细胞质中均未发现有标记的RNA。将A组的有放射性的细胞核移植到B组的没有放射性的细胞质中，得到重组变形虫C组。将B组的没有放射性的细胞核移植到A组的没有放射性的细胞质中，得到重组变形虫D组，分别用未标记的尿嘧啶核苷酸培养液进行培养观察。结果显示，在C组变形虫的细胞质中检测到了放射性，而D组变形虫的细胞核和细胞质都未发现放射性。
RNA的合成场所在细胞核，并会移至细胞质。
资料3：1961年噬菌体侵染实验
Volkin、Astrachan等发现：大肠杆菌被T2噬菌体感染后，自身蛋白质合成立刻受到抑制，几分钟后开始合成噬菌体蛋白质，同时细胞中会出现少量新的RNA。
Brenner等：①用含15N的培养基培养大肠杆菌若干代，使其成为有重核糖体的重细菌。②将这些重细菌转移到含14N的培养基上培养，用噬菌体侵染这些细菌，该培养基中同时加入32P标记的尿嘧啶核糖核苷酸作为原料，以标记所有新合成的噬菌体RNA。③将上述被侵染后裂解的细菌进行密度梯度离心，并检测32P放射性的位置，结果如下图所示；④将新合成的噬菌体RNA与噬菌体DNA混合，出现DNA-RNA杂交链。
③的离心结果说明，噬菌体侵染后，细菌 (有/没有）合成新的核糖体。
32P位于离心管底部，说明新合成的噬菌体RNA是与 结合在一起的。
④的结果说明，DNA-RNA能形成杂交链，DNA上的碱基可与RNA进行碱基互补配对，DNA上的遗传信息可以传到RNA上。新合成的噬菌体RNA能以
为模板合成。
没有
细菌的核糖体
噬菌体DNA
资料4：1961年，霍尔等科学家用噬菌体SP8侵染枯草芽孢杆菌，研究噬菌体侵染后产生的RNA，与噬菌体DNA、枯草芽孢杆菌DNA的关系。
他们在SP8侵染细菌后，裂解枯草芽孢杆菌，分别提取枯草芽孢杆菌的DNA、SP8噬菌体的DNA和噬菌体侵染后产生的RNA。把RNA分别与加热分开的枯草芽孢杆菌DNA单链或噬菌体DNA单链混合在一起缓慢冷却，发现新产生的RNA只与噬菌体的DNA中固定的一条单链形成DNA-RNA杂交分子，而不与枯草芽孢杆菌的DNA相杂交。
斯皮尔曼把该中介物称为该信使RNA也叫mRNA。
新合成的噬菌体的RNA是以噬菌体的DNA一条链为模板合成的。
资料5：1961年，韦斯、赫维茨发现合成RNA的酶，命名为RNA聚合酶。
Q2:RNA与DNA的结构有什么区别呢？观察下图，阅读教材64页最后一段内容，完成导学案中比较DNA与RNA结构的表格。
胞嘧啶
鸟嘌呤
腺嘌呤
尿嘧啶
胞嘧啶
鸟嘌呤
腺嘌呤
胸腺嘧啶
碱基
碱基对
核糖
脱氧核糖
Q2:RNA与DNA的结构有什么区别呢？阅读教材64页最后一段内容，完成比较DNA与RNA结构的表格。
项目 DNA RNA
组成成分 碱基
磷酸
五碳糖
组成单位
结构
分布
A、G、C、T
A、G、C、U
相同
脱氧核糖
核糖
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
双链（双螺旋结构）
一般为单链
细胞核（线粒体、叶绿体）
细胞质
Q3:为什么RNA适于作DNA的信使呢？
RNA也是由基本单位——核苷酸组成的，由核糖、磷酸、含氮碱基：A、 G、C、U共同组成，也能储存遗传信息。
在RNA和DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则” A与U配对，T与A配对，G与C配对，C与G配对。
RNA一般是单链，而且比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
RNA不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
种类 mRNA tRNA rRNA
名称
功能
结构
示意图
共同点
RNA的种类
转运氨基酸的工具
遗传信息传递的媒介
单链
①基本单位相同②都是转录产物③都与翻译过程有关
信使RNA
转运RNA
核糖体RNA
单链
部分碱基配对形成三叶草型结构
组成核糖体
任务二：
学习DNA的遗传信息传给mRNA的过程
阅读教材65页图4-4，观看视频，尝试回答以下问题，小组讨论，代表发言。
Q1:RNA合成的场所在哪？
Q2:RNA合成需要什么条件？
Q3:RNA合成时DNA两条链是否完全打开？
Q4:RNA合成的过程是怎样的？
Q5:教材图4-4RNA合成的方向是什么？
Q6:如何保证RNA合成的准确进行？
Q7:合成的RNA碱基序列与DNA两条单链的碱基序列有何异同？
Q1:RNA合成的场所在哪？
DNA的一条链
四种游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
Q2:RNA合成需要什么条件？
Q3:RNA合成时DNA两条链是否完全打开？
不是，只有需要表达的基因片段才打开。
Q4:RNA合成的过程是怎样的？
主要在细胞核中，也存在于线粒体和叶绿体。
模板： 原料：
酶： 能量：
1. 解旋
RNA聚合酶与一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
2. 配对
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，两者以氢键连接。
3. 连接
在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
模板链
DNA
RNA
4. 释放
合成的mRNA从DNA链上释放。然后，DNA双螺旋恢复。
四种游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
Q5:教材图4-4RNA合成的方向是什么？
从右向左或从5’到3’
Q7:合成的RNA碱基序列与DNA两条单链的碱基序列有何异同？
该RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A与U配对而非T；该RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。
Q6:如何保证RNA合成的准确进行？
RNA合成过程中，DNA和RNA之间遵循碱基互补配对原则：A-U，T-A，G-C，C-G，这保证了遗传信息传递的准确性。
Q9:转录的特点是什么？
边解旋边转录。
转录是
Q8:转录过程是固定的一条链做模板，还是随机选择其中一条链作为模板？
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
固定的一条链做模板。
项目 转录 DNA的复制
场所
产物
条件
碱基配对方式
遗传信息的传递方向
意义
主要在细胞核
RNA
原料：4种游离核糖核苷酸；模板：DNA分子的一条链；
能量；RNA聚合酶
G-C、C-G、T-A、A-U
DNA→ mRNA
细胞内遗传信息的精确表达
主要在细胞核
DNA
原料：4种游离的脱氧核苷酸；
模板：DNA分子的两条链；
能量；解旋酶、DNA聚合酶
G-C、C-G、T-A、A-T
DNA→ DNA
亲子代细胞间遗传信息的精确传递
任务三：
比较DNA复制和转录的异同点。
大家来画一画
绘制遗传信息转录模型的示意图。
（要求：大小适中，要标出文字和步骤说明）
课堂小结
1.概念：
RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
2.场所：
主要在细胞核中，也存在于线粒体和叶绿体。
3.条件：
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
5.产物：
RNA（三种RNA）
6.特点：
边解旋边转录
遗传信息的转录
7.遗传信息传递的方向：
DNA→RNA
4.过程：
解旋；配对；连接；释放。
1.抗生素可以抑制原核生物RNA的合成，查阅相关资料，结合所学内容，分析抗生素在临床上有何应用？
2.请全体同学制作转录模型；第1、2、3小组找相关材料制作转录模型；第4小组制定转录模型的评价标准。
课后作业
子项目二：基因指导蛋白质的合成（第2课时）
项目：制作基因表达的过程模型
2019人教版必修2 遗传与进化 第4章 第一节
项目学习探究课 遗传信息的翻译
mRNA在细胞核中通过转录形成后，通过核孔到细胞质中与核糖体结合，直接控制蛋白质的合成。
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
遗传信息的翻译：
探究碱基与氨基酸之间的对应关系。
任务一：
请从排列组合的角度预测,至少需要多少个碱基才能够决定21种不同的氨基酸
如果mRNA上的1个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
如果mRNA上的2个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
如果mRNA上的3个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
后来，1961年克里克实验（教材70页）最终破解了遗传密码。
4
42（16）
43（64）
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基，叫做1个密码子。
根据资料（教材70页），设计实验探究非重复碱基的密码子编码何种氨基酸，例如UUC、UCU。
遗传密码子的破译：1961年蛋白质的体外合成实验
科学家：尼伦伯格、马太 实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸；②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
实验结论：与对应的密码子是UUU；在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
任务二：
Q1：加入细胞提取液的目的是什么？
Q2：为什么要将细胞提取液除去DNA，并耗尽mRNA
Q3：设计实验探究非重复碱基的密码子编码何种氨基酸，例如UUC、
UCU。
细胞提取液为该实验提供了能量、酶、核糖体、tRNA。
实验中所用的细胞提取液除去DNA和mRNA的目的是排除细胞中的DNA、mRNA对体外合成蛋白质的影响。
依次用不同种类多核苷酸重复序列如UUCUUCUUC...或UCUUCUUCU...替换上述实验中的多聚尿嘧啶核苷酸。
任务三：
阅读遗传密码子表，分析密码子的特点，回答下列问题。
Q1:起始密码子、终止密码子、普通密码子分别有多少种？
Q2:像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都对应多个密码子，这一现象称作密码子的简并性。密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
Q3:地球上几乎所有生物体共用一套密码子，即密码子还具有通用性。根据密码子通用性这一特点，你能想到什么？
Q1:起始密码子、终止密码子、普通密码子分别有多少种？
Q2:像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都对应多个密码子，这一现象称作密码子的简并性。密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
Q3:地球上几乎所有生物体共用一套密码子，即密码子还具有通用性。根据密码子通用性这一特点，你能想到什么？
2种、3种、59种。
当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸；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。
说明地球上生物有共同起源。
任务四：
探究游离在细胞质中的氨基酸是怎样被运送到合成蛋白的“生产线”上的。
Q1：将氨基酸运送到生产线的tRNA具有什么结构特点？
反密码子
形状：呈三叶草形
结构：一端是携带氨基酸的部位；
另一端是反密码子。
定义：tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。
作用：决定运载的氨基酸的种类；
通过与mRNA上的密码子互补配对，识别安放氨基酸的部位。
特性：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，即具有专一性。
Q2：以mRNA为模板，合成蛋白质的具体过程是怎样的？
第一步：mRNA在细胞质中与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
第二步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
第三步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。
第四步：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RNA进入位点2，继续肽链的合成。
翻译的场所： 原料： 模板：
酶： 能量：
核糖体
mRNA
21种氨基酸
ATP
多种酶
盘曲
折叠
盘绕
聚集
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，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
任务五：观看多聚核糖体的形成视频，小组讨论并派代表回答下列问题。
Q1.细胞内如何快速高效地进行翻译呢？
Q2.同时合成的多条肽链是否相同，为什么？
一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链。
相同，因为模板为同一条mRNA。
Q4:如合成由n个氨基酸组成的蛋白质，在不考虑终止密码子等情况下，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
说明
因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上DNA所含有的碱基数要大于6n，或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n：3n：n=6：3：1
图一
图二
Q3:如3．判断图一翻译的方向____________。
从左到右
任务六：阅读下列资料，对克里克1957年提出的中心法则进行补充。
1957年，克里克提出中心法则
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA 的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质， 即遗传信息的转录和翻译。
资料一:1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
资料二: 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。
中心法则的完善
任务七：根据中心法则，写出以下生物的遗传信息的传递过程。分小组完成任务，每组派代表到黑板上书写。
1．能分裂的细胞（如洋葱根尖分生区细胞）和DNA病毒（如噬菌体）
2．洋葱表皮细胞
转录
翻译
RNA
DNA
蛋白质
复制
转录
翻译
RNA
DNA
蛋白质
大家来画一画
绘制遗传信息翻译模型的示意图。
（要求：大小适中，要标出文字和步骤说明）
课堂小结
1.概念：
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2.时间：
个体生长发育的整个过程。
3.场所：
核糖体
4.条件：
模板：
原料：
能量：
酶：
mRNA
21种氨基酸
ATP
多种酶
5.产物：
具有一定氨基酸顺序的肽链（蛋白质）
遗传信息的翻译和中心法则
6.遗传信息传递的方向：
RNA→蛋白质
1.请全体同学制作转录模型；第1、2、3小组找相关材料制作翻译模型；第4小组制定翻译模型的评价标准。
课后作业
展示课：基因指导蛋白质的合成（第3课时）
项目：制作基因表达的过程模型
2019人教版必修2 遗传与进化 第4章 第一节
项目 转录 翻译
场所
产物
条件
碱基配对方式
遗传信息的传递方向
主要在细胞核
RNA
原料：4种游离核糖核苷酸；模板：DNA分子的一条链；
能量：ATP；
酶：RNA聚合酶。
G-C、C-G、T-A、A-U
DNA→ RNA
核糖体
蛋白质
原料：21中氨基酸；
模板：mRNA；
能量：ATP；
酶：多种酶。
G-C、C-G、U-A、A-U
mRNA→ 蛋白质
复习：
比较转录和翻译的异同点。
活动一：第4小组展示模型评价量规
模型科学性：
模型实用性:
模型创新性:
自评情况：
讲解情况:
结构1处缺失扣2分；结构比例1处不协调扣2分；
结构选材与结构特点不匹配扣1-10分。
模型不利于组装扣2分；没有参与感扣2分；不可重复利用扣2分；没有配置说明书扣2分。
作品无创意扣1-5分。
出现知识性错误扣1-5分；语言不够精炼扣1-5分。
偏离实际情况扣1-5分。
活动二：展示转录和翻译的模型
第1小组展示模型并自评，第4小组点评。
核苷酸
核糖体
氨基酸
DNA双链
mRNA单链
tRNA
活动二：展示转录和翻译的模型
第2小组展示模型并自评，第4小组点评。
RNA聚合酶
核糖体
tRNA
四种碱基和氨基酸
多肽
DNA双链
活动二：展示转录和翻译的模型
第3小组展示模型并自评，第4小组点评。
四种碱基
mRNA链
tRNA
氨基酸
DNA双螺旋
核糖体
RNA聚合酶
活动二：展示转录和翻译的模型
第4小组公布前三组的最后得分。
教师对前3组点评并对最高分小组进行颁奖。
请参与转录过程的同学进行角色扮演。
请参与翻译过程的同学进行角色扮演。
活动三：学生分享
请同学们分享这次项目式学习的感想。
请同学们应用项目式学习的方式尝试学习基因表达与性状的关系。
课后作业
谢谢！

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