4.1《基因指导蛋白质合成，翻译及中心法则》（第二课时）教学设计-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

西安市车辆中学教师专用教案 年级 至 学年度 第 学期 科 第 周 教师 课题 4.1《基因指导蛋白质合成，翻译及中心法则》（第二课时） 教材 分析 本节内容选自人教版高中生物必修二第三章第一节《基因指导蛋白质的合成》。本节内容主要探讨基因如何通过转录和翻译过程指导蛋白质的合成。通过具体的实例和实验，帮助学生理解基因表达的机制，为后续学习遗传信息的传递和表达打下坚实的基础。本节内容包括遗传信息的翻译过程、密码子的特性、tRNA的功能以及翻译过程的详细步骤。 学情 分析 本节内容选自人教版高中生物必修二第三章第一节《基因指导蛋白质的合成》。本节内容主要探讨基因如何通过转录和翻译过程指导蛋白质的合成。通过具体的实例和实验，帮助学生理解基因表达的机制，为后续学习遗传信息的传递和表达打下坚实的基础。本节内容包括遗传信息的翻译过程、密码子的特性、tRNA的功能以及翻译过程的详细步骤。 教学 目标 与 核心 素养 1，阐述基因与遗传信息的关联，明晰遗传信息翻译的详细过程，了解翻译中碱基互补配对原则与DNA复制和转录RNA不同，并掌握密码子的特性和tRNA的功能。（生命观念）​ 2，通过对遗传信息转录和翻译的研习，培育学生的分析综合能力，借助课本插图和课件，提升学生的读图能力。（科学探究）​ 3，经由对照部分知识点，让学生掌握类比归纳的方法，增强学生运用已有知识和经验剖析实际问题的能力。​透过对翻译过程的学习，通过实例和实验，培养学生的逻辑推理能力和实验设计能力使学生掌握先逻辑推理再通过经验或实验验证的方法。（科学思维）​ 4，随着对中心法则的学习，助力学生树立信息意识，学会从信息视角认知事物，激发学生对生命科学的兴趣，培养严谨的科学态度。（社会责任） 教学重点 1. 遗传信息的翻译过程。 2. 密码子的特性和tRNA的功能。 3. 翻译过程的详细步骤。 教学难点 1. 遗传信息的翻译过程的理解。 2. 密码子的特性和tRNA的功能的理解。 3. 翻译过程中碱基互补配对原则的应用。 教法 讲授法、实验演示、模型展示、动画模拟 学法 多媒体课件、tRNA模型、实验器材 课时 1课时 教具准备 教 学 过 程 【情境导入】 展示图片 转录得到的是RNA，而不是蛋白质。那么，mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？ 总结导入 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。 【密码子的破译】 1961年，英国的克里克和同事用实验证明： mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸， 每3个这样的碱基称作一个密码子。 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。 教师讲解 教师讲解密码子表，并提出问题。 共有多少种密码子？ 起始密码子，终止密码子各是什么？它们分别编码什么氨基酸？ 【问题讨论】 1、密码子的特性有哪些？ ①专一性：一种密码子只决定一种氨基酸。 ②简并性：一种氨基酸可以由几种密码子决定。 ③通用性：生物界共用一套遗传密码 tRNA的特点 ①种类很多，61种（一般来说） ②每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸 ③分子结构特别：三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。 【遗传信息、密码子和反密码子的比较】 【遗传信息的翻译过程】 提出问题 通过课件演示翻译的动态过程： 细胞质中的mRNA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。 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。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。 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。 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。 翻译：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叫作翻译。 产物：多肽链 场所：核糖体 模板：mRNA 酶：肽酰转移酶 密码子阅读方向：5´→3´ 【翻译效率】 （1）数量关系 1个mRNA可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，称为多聚核糖体。 （2）方向 从短到长如图：从左到右）。 （3） 意义 少量的mRNA分子可以迅速合成出大量相同的蛋白质。 【RNA的种类和功能】 ( messenger RNA ) mRNA。以密码子的形式，携带来自DNA的遗传信息， 是蛋白质合成的直接模板。 tRNA。携带的反密码子能与mRNA上的密码子。互补配对，转运氨基酸。 rRNA。核糖体的组成成分，还能催化肽键的形成。 请你比较DNA复制，转录与翻译的异同。 基因表达过程中的数量计算？ DNA碱基数:mRNA碱基数:氨基酸＝6:3:1 ( DNA RNA 多肽链 转录 翻译 ) 4、 真核生物与原核生物基因的表达是否相同？ 真核生物：先转录，后翻译 原核生物：边转录边翻译 组织学生进行讨论交流： 1、中心法则是谁提出来的?他提出的中心法则中归纳出了遗传信息的哪些流向? 克里克提出来的。遗传信息从DNA流向DNA,即DNA的复制:从DNA流向RNA,进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。 2、随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了哪些补充? 少数生物(如--些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。 请用一个图解，归纳出中心法则中提到的遗传信息的流向。 列表分析各类生物遗传信息传递过程。 补充材料（或教后感） 讨论：至少需要多少个碱基才能够决定21种不同的氨基酸？ 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。 简并性能在一定程度上防止 由于碱基的改变而导致遗传信息的改变。 碱基互补配对和DNA复制不完全相同。 注意：是A-U，不是A-U。 特点： 快速高效 学生填表格 中心法则的意义： ①对遗传信息流动过程的概括。 ②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。 ③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。 板 书 设 计 第1节 基因指导蛋白质合成 1.密码子：位于mRNA 2.tRNA：有反密码子 3.翻译过程：读取下一个密码子是核糖体移动 4.中心法则 教 学 反 思 提问时应更多关注后排学生，增加随机抽查，避免“沉默学生”知识断层。 可引入即时检测工具（如答题小程序），实时统计错误率，针对性复盘。 教具与资源优化 现有工具：动画视频（如Khan Academy相关片段）直观性强，但语速较快，需暂停讲解。 补充建议： 开发互动课件（如拖拽式模拟翻译过程），让学生手动匹配tRNA与密码子。 引入真实科研案例（如新冠病毒mRNA疫苗的设计原理），体现知识应用价值。 后续改进方向 1. 分层作业：基础题巩固流程，拓展题要求绘制“基因表达调控思维导图”，兼顾不同水平学生。 2. 跨学科联系：结合化学知识（核苷酸结构）和数学概率（密码子组合计算），强化学科融合。 3. 长效评价：布置“一周后复述转录翻译过程”的任务，检测长期记忆保持效果。 本节课需在抽象概念具象化、逻辑链完整性及实际应用关联上持续优化，通过多元互动和分层设计，帮助学生构建系统的知识网络。 课后练习 题组一　遗传信息的翻译 1．(2024·黑龙江大庆中学高一期末)下列对遗传信息、密码子、反密码子的理解，错误的是(　　) A．遗传信息蕴藏在DNA或RNA分子的4种碱基的排列顺序中 B．mRNA分子中3个相邻的碱基决定1个氨基酸，这3个碱基就是1个密码子 C．tRNA的一端有3个相邻碱基可与密码子互补配对，这3个碱基就是反密码子 D．一种氨基酸可能由多种密码子决定，每种密码子也都能决定多种氨基酸 2．密码子的简并对生物体生存发展的意义是(　　) A．使少量的基因控制合成大量的蛋白质 B．以少量的mRNA分子为模板就可以合成大量的蛋白质 C．简并的密码子对应相同的反密码子 D．增强容错性，保证翻译速度 3．(2023·石家庄高一期中)如图为tRNA的结构示意图，下列有关叙述正确的是(　　) A．tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子 B．一种tRNA只可以转运一种氨基酸 C．图中b处上下链中间的结构为磷酸二酯键 D．图中c处表示密码子，可以与mRNA碱基互补配对 4．(2024·北京丰台区高一期中)如图是大肠杆菌中一条mRNA链的电镜照片，下列叙述正确的是(　　) A．图中展示的是细胞核DNA的翻译过程 B．该过程发生在细胞质的线粒体中 C．除mRNA外，该过程还涉及另两种RNA D．图中不同核糖体合成的蛋白质不同 5．(2023·南京高一检测)若细胞质中tRNA1(3′AUU 5′)、tRNA2(3′ACG 5′)、tRNA3(3′UAC 5′)分别转运氨基酸a、b、c。现以双链DNA中的一条链3′—ACGATTTAC—5′为模板，指导合成短肽。该短肽基本组成单位的排列是(　　) A．a—b—c B．c—b—a C．b—c—a D．b—a—c 6．如图表示动物细胞中遗传信息表达的某一过程，下列相关叙述正确的是(　　) A．结构②转运的氨基酸为赖氨酸 B．物质③以协助扩散的方式跨膜进入细胞质 C．结构④可存在于线粒体中 D．图中核糖体移动的方向为从右到左 题组二　中心法则 7．如图表示“中心法则”的内容，图中①～⑤分别表示相关过程。下列说法正确的是(　　) A．人体造血干细胞中可以进行过程①②③ B．人体口腔上皮细胞内只能进行过程①② C．乳酸菌可以发生过程①④ D．过程④和⑤需要的原料相同 8．(2024·西安高一期中)某冠状病毒是一种单股正链RNA病毒，其在宿主细胞内的增殖过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．由图示可知，＋RNA和－RNA上都含有决定氨基酸的密码子 B．过程②消耗的嘧啶核苷酸数等于过程④消耗的嘌呤核苷酸数 C．可利用抗生素类药物抑制该冠状病毒在宿主细胞内的增殖 D．该冠状病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用 9．(2023·邢台高一期末)结合图表进行分析，下列有关说法正确的是(　　) 抗菌药物 抗菌机理 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性(可促进DNA螺旋化) 红霉素 能与核糖体结合 利福平 抑制RNA聚合酶的活性 A.环丙沙星和红霉素可分别抑制细菌的①和③过程 B．青霉素和利福平都能抑制DNA的复制 C．结核杆菌的④和⑤过程都发生在细胞质中 D．①～⑤过程可发生在人体健康细胞中 10．如图1、2是两种细胞中遗传信息的主要表达过程。据图分析，下列叙述不正确的是(　　) A．图1细胞中可能没有以核膜为界限的细胞核，可以边转录边翻译 B．两细胞中基因表达过程均由线粒体提供能量 C.真核生物细胞核中转录出的mRNA必须通过核孔后才能翻译，翻译方向为5′端到3′端 D．图中所示的遗传信息的流动方向都是DNA→mRNA→蛋白质 11．生物体内的核酸常与蛋白质结合，以核酸—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是(　　) A．真核细胞染色体和染色质中都存在核酸—蛋白质复合物 B．原核细胞的拟核中没有核酸—蛋白质复合物 C．若复合物中的某蛋白质参与DNA复制，则该蛋白质可能是DNA聚合酶 D．若复合物中正在进行蛋白质的合成，则该复合物中含有核糖体 12．(2024·淄博高一期中)操纵组是原核细胞基因表达调控的一种结构形式，它由启动子(启动基因转录)、结构基因(编码蛋白基因)、终止子(终止转录)等组成。如图表示大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)的合成及调控过程，其中序号表示相关生理过程，mRNA上的RBS是核糖体结合位点。下列有关说法正确的是(　　) A．过程①中RNA聚合酶与启动子结合后相继驱动多个基因的转录 B．过程②中核糖体与mRNA结合后逐一阅读密码子，直至终止子结束 C．细胞中缺乏rRNA时，RP1与mRNA上的RBS位点结合阻止翻译的起始 D．该机制保证了rRNA与RP的数量平衡，同时也减少了物质与能量的浪费 13．(18分)(2024·咸阳高一质检)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的Fe3＋、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，如图所示。请回答下列问题： (1)图中铁蛋白基因片段的一条链序列是5′－AGTACG－3′，以该链为模板转录出的mRNA序列是5′－________－3′。转录过程中需要的原料和酶分别是__________和__________。 (2)图中一个铁蛋白mRNA上同时结合2个核糖体，其生理意义是_______________________ _______________________________________________________________________________。 2个核糖体上最终合成的两条肽链结构__________(填“相同”或“不相同”)。 (3)图中核糖体移动方向应是_______________________________________________(填“从左到右”或“从右到左”)。据图分析反密码子为5′－ACC－3′的tRNA运输的氨基酸是____________。 (4)据图分析Fe3＋浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了______________________，从而抑制了翻译的过程，阻遏铁蛋白合成。Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白的表达量__________，储存细胞内多余的Fe3＋。 14．(12分)肠道病毒EV71为单股正链RNA(＋RNA)病毒，是引起手足口病的主要病原体之一。如图为该病毒在宿主细胞内增殖的示意图。据图回答下列问题： (1)图中物质M的合成场所是____________。催化①②过程的物质N是_______________。 (2)假定病毒基因组＋RNA含有7 500个碱基，其中A和U占碱基总数的40%。以病毒基因组＋RNA为模板合成一条子代＋RNA的过程共需要碱基G和C____________个。 (3)图中＋RNA有三方面功能，分别是_____________、____________、______________。 参考答案 1．D 2．D　3．B 4．C　5．D　6．C 7．A　8．B　9．A　10．B　11．B　 12．B　13．(1)CGUACU　4种核糖核苷酸　RNA聚合酶　(2)提高翻译效率，短时间内合成多条肽链　相同　(3)从左到右　甘氨酸　(4)核糖体与铁蛋白mRNA一端结合与移动　升高 14．(1)宿主细胞的核糖体　RNA聚合酶　(2)9 000　(3)翻译的模板　复制的模板　病毒的重要组成成分 学科网（北京）股份有限公司 $$