4.1基因指导蛋白质的合成教学设计 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

课题 第4章 第1节 基因指导蛋白质的合成（2个课时） 时间 2025.3.24 教材分析 第1节“基因指导蛋白质的合成”首先采用图文结合的形式依次介绍遗传信息的转录和翻译,这种方式既利于呈现抽象的过程,又能有效避免枯燥的大段文字式介绍,提升教材的可读性,更有利于学生建立相关的概念模型。接着教材通过总结中心法则对本节内容进行了总结、提升,并突出了信息在生命活动中的重要作用。在介绍中心法则时,着重渗透了生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念,有助于学生深入理解生命的本质。同时“中心法则图解”以虚线的形式补充了少数生物的遗传信息的传递方式,使学生认识到科学是不断发展的。本节设计了两个“思考·讨论”活动。第一个“思考·讨论”的目的是让学生将转录过程和已学的 DNA的复制过程进行比较;第二个“思考·讨论”通过对密码子表进行分析,引导学生理解密码子的简并以及对生物体生存和发展的意义,同时让学生认识到所有的生物可能有着共同的起源，为形成生物进化观奠定基础。 学情分析 在了解了遗传物质与基因的概念后，我们要学习遗传物质发挥作用的方式，也就是基因如何指导蛋白质合成，本节内容可以与DNA的复制对比学习。 教学目标 1. 概述遗传信息的转录和翻译过程。（生命观念、科学思维） 2.计算 DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。（科学思维） 3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的。（科学思维、社会责任） 4.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。（社会责任） 教学重难点 1.教学重点 (1)遗传信息的转录和翻译过程。 (2)中心法则的具体内容 2.教学难点 遗传信息的转录和翻译过程。 教学内容及流程 学习任务 教学过程(第1课时) 备注 问题探讨 【思考讨论】从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使这些生物“复活”吗? 【思考讨论】将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）导入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。导入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？ 问题导入吸引学生兴趣，引出本节内容要研究的重点问题：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？ 遗传信息的转录 RNA的结构、种类和功能： 【教师讲述】科学家推测，在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。根据实验，RNA充当信使——结构与功能相对应。 【回顾旧知】RNA的名称、基本单位和组成，表格比较回顾DNA和RNA。 【教师讲述】RNA适于作DNA的信使的原因： ①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。 ②RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，因此以RNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。 ③RNA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。 ④拓展：RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速降解，保证生命活动的有序进行。 【教师讲述】表格例举RNA的种类（mRNA、tRNA、rRNA）及功能。思考RNA种是否存在氢键？存在，如tRNA。 遗传信息的转录： 【教师讲述】转录的过程是怎样的呢？ 转录：RNA在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的过程。 条件： 模板：DNA的一条链 原料：游离的四种核糖核苷酸 酶：RNA聚合酶 能量：ATP 原则：碱基互补配对原则 产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 步骤：①解旋：RNA聚合酶与编码蛋白质的一段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，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成；③连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（5’端 - 3’端延伸）（特点：边解旋边转录）；④释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 转录补充说明： ①转录以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段。 ②DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。 ③一个DNA转录出的mRNA不完全相同。 【比较归纳】表格比较归纳DNA的复制和转录。 【思考讨论】1.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？与模板连碱基互补配对，与非模板链碱基序列基本相同（T变成U） 2. 转录时，DNA链完全解开吗？边解旋边转录。 3. 转录是转录整个DNA吗？转录不是转录整个DNA，转录以基因为单位进行。 4.一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录；同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。 先引导学生回顾有关的概念,有助于学生在相关概念之间形成联系,再利用任务(归纳RNA 适于作 DNA的信使的条件)驱动,培养学生分析问题、获取信息、归纳概括的能力。 引导学生阅读教材,小组合作完成比较DNA和RNA的概念图,帮助学生建DNA和RNA的知识网络,并在此基础上引导学生思考RNA适于作为DNA的信使的特点。 充分利用图解和视频,将抽象知识形象化,以此来化解难点。先引导学生从各方面比较 DNA 复制和转录,再让学生以表格形式呈现,既巩固了知识,又使知识更全面系统。同时培养学生的比较、分析与综合的思维方法 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 4.1.1 基因指导蛋白质的合成 一、DNA和RNA的区别 二、RNA的结构、种类和功能 三、遗传信息的转录 1.概念 2.条件 3.原则 4.产物 5.步骤 四、DNA的复制和转录的区别 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 本节课通过教学中的对话,指导学生对事实性材料进行思维加工,建构 DNA 与 RNA 的异同点及转录等重要概念。通过分析、归纳教材中的图文资料,概述遗传信息的转录过程,理解转录的物质基础、结构基础,总结转录与 DNA 复制的内在联系和区别。 学习任务 教学过程(第1课时) 备注 遗传信息的翻译 【思考讨论】转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何要经历什么才能“变身” 成蛋白质？mRNA通过核孔进入细胞中，与核糖体结合，开始它新的历程—翻译。 【教师讲述】1.定义：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，称为遗传信息的翻译。 【思考讨论】我们知道mRNA上的碱基有4种，但氨基酸种类有21种，4种碱基是怎么决定21种氨基酸的呢？ 2. 密码子 （1） 定义：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。 （2） 方向：mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。 【教师讲述】出示21种氨基酸的密码子表： 4×4×4=64个氨基酸，能决定氨基酸的密码子有62个。①正常情况下UGA是终止密码子(不编码氨基酸)，特殊情况下编码硒代半胱氨酸。②原核生物可使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸，真核生物的起始密码子为AUG编码甲硫氨酸；GUG在原核生物、真核生物肽链中间时编码缬氨酸。 【教师讲述】密码子的特点： 连续性：一个起点开始连续不断的一个一个读到终止 简并性：一个氨基酸对应多个密码子 专一性：每种密码子只对应一种氨基酸 起始和终止密码子： AUG是甲硫氨酸的密码子，也是起始密码子；UAG、 UAA及UGA不编码任何氨基酸，是终止密码子 通用性：绝大多数生物共用密码子表 【思考讨论】1.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。 3. 根据密码子的通用性，你能想到什么？说明当今生物可能有着共同的起源。 【教师讲述】mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”— 核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“工人”，才能生产产品。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？ 【教师讲述】“搬运工”- tRNA ①形态：三叶草形 ②结构：单链，但局部存在氢键 ③功能：识别氨基酸、转运氨基酸（3’端结合氨基酸） ④功能特点：一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸、一种氨基酸可以由多种tRNA转运 ⑤反密码子：每个tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。（读反密码子的方向：tRNA 3'→ 5'） 【视频学习】观看视频，学习遗传信息翻译的过程。 【教师讲述】第一步：mRNA进入细胞质，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：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。 第三步：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，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tRNA进入位点2，继续肽链的合成。核糖体遇到mRNA终止密码子，翻译结束。终止密码子无tRNA与之匹配。肽链合成后，从核糖体与mRNA复合物上脱离 【教师讲述】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。 【总结归纳】从场所、模板、产物、原料、能量、酶、工具、原则等角度总结翻译的过程。 【思考讨论】1.如何快速高效地进行翻译呢？一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。2.多条肽链的氨基酸序列是否相同？相同，因为其模板相同。3.意义是什么呢？少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。4.翻译的方向？（核糖体移动方向）由肽链短 → 肽链长的方向进行 【表格总结】表格归纳总结DNA的复制、转录和翻译的区别。 【拓展】真核细胞与原核细胞转录和翻译的区别：真核生物先转录后翻译，原核生物边转录边翻译。 【思考讨论】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？ 6：3：1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，所以实际上基因（DNA）上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。 先引导学生分析密码子表的特点,培养学生分析问题的能力。再以tRNA模式图引导学生理解 tRNA的结构与功能,并结合密码子表和蛋白质合成示意图,让学生理解译的过程。 中心法则 【教师讲述】1957年，克里克提出：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。克里克提出的中心法则只适用于遗传物质为DNA的生物，如细胞生物和DNA病毒。 【教师讲述】1965年，科学家在某种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。 【教师讲述】1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 【总结归纳】表格总结各种生物的遗传信息传递过程。 让学生认同科学是不断发展的，科学概念可能随着研究的深入不断更新或修正，理解科学的本质。 引导学生阅读教材,对中心法则的内容及其发展变化有所了解,并在此基础上进行中心法则相关内容的知识迁移,从而提升学生通过阅读有效获取信息的能力、归纳总结的能力及知识迁移的能力。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 4.1.2 基因指导蛋白质的合成 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 提供翻译这一生命活动发现过程中的事实性材料,通过问题引导,指导学生对材料进行分析,建构翻译、密码子等重要概念。通过中心法则及其发展历程的学习,总结遗传信息传递的一般规律,使学生理解并形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念,从而更加深刻地理解生命的本质。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$