4.1 基因指导蛋白质的合成教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学教学设计聚焦“基因指导蛋白质的合成”，涵盖转录、翻译过程及中心法则。以新疆棉事件导入抗虫棉基因表达实例，衔接DNA结构前概念，通过问题链引导RNA信使作用，构建从DNA到蛋白质的信息流学习支架。 特色在于融合生命观念与科学思维，用3D视频直观呈现转录翻译微观过程，资料分析（如布拉切特实验）推导RNA功能，密码子通用性讨论渗透进化观。任务单引导探究，即时训练强化理解，助力学生形成结构与功能观，提升教师教学效率与重点落实。

课题名称 4.1 基因指导蛋白质的合成 课堂类型：R新课 □复习课□习题课□实验课□试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 前概念认知特点：高一学生已经初步具备了DNA的结构的基础知识。可能存在的问题：本节内容属于分子遗传学，其过程复杂、抽象、微观，对学生来说有一定理解难度。教学中可以利用模型构建的方式将抽象问题转化为图像等具体过程。最近发展区：学生有一定逻辑思考和实验分析能力，但是表述并不够准确，实验结论后难以总结概括，根据实验结果进行分析解释的能力相对较弱，所以本节课可以通过任务单形式引导学生有思路地进行分析。 教学目标 1.概述遗传信息的转录和翻译过程。 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。 3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的。 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。 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。 落实教学重点的方法： 运用3D视频，让学生直观的观察微观世界的生化过程。教学过程重强调物质和信息的区别和联系。 教学难点 遗传信息的转录和翻译过程。 突破教学难点的方法： 运用3D视频，让学生直观的观察微观世界的生化过程。 教学资源 选择 导学案、ppt 技术手段的使用： 多媒体 课时： 2课时 核心问题 ●基因如何指导蛋白质的合成？ ●中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？ ●几乎所有生物公用一套密码子的基本事实，给我们什么启示？ 教学过程设计 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 创设情境，导入新课 不知道大家还记得2021年瑞典服装品牌HM抵触新疆棉的事件吗？这个事件以HM抵触新疆棉为导火索，当时还有欧洲联盟的一些国家其实也对中国新疆棉实施了制裁。但实际上中国早已不再是以前的中国，如今的新疆棉也是转基因工程非常成功的实例之一，科学家将苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白进而得到抗虫棉花，大大提高了棉花的产量和质量。 由此可知，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。为什么一种生物的基因能够在另一种生物中表达呢？基因的表达过程是怎样的？各种生物的基因表达过程有什么共同点呢？ 通过真实发生的社会性事件导入新疆棉，从而引入抗虫棉的产生和基因表达的概念。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 遗传信息的转录过程 在前面的学习中我们已经知道，基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA主要位于细胞核中，而蛋白质的合成场所在细胞质的核糖体中，DNA是通过核孔出来指导蛋白质的合成的嘛？DNA并不能通过核孔，那就说明存在某种物质将DNA 中的信息传递给蛋白质，我们可以将其看成是一种信使。 资料1: 1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。 资料2：1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。 通过这两个实验可知RNA充当了DNA的信使。为什么RNA适于作DNA的信使？请大家阅读教材64-65页回答。 1、 RNA的结构和功能 （1） RNA的结构 简单回顾一下必修一对RNA的学习，元素？彻底水解产物？基本单位？单链还是双链结构？ （2） RNA与DNA的区别 教师列表，提问学生比较DNA和RNA （3） RNA的功能 1、作为某些病毒的遗传物质（烟草花叶病毒、新冠病毒） 2、必修一学习酶的时候已经知道某些RNA具有催化作用（酶） （四）RNA的种类 （五）为什么RNA适于作DNA的信使？ (1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。 (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。 (3)在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。 【及时训练】 2、 转录的过程 请同学们结合教材P64的文字和图4-4，思考并回答问题,概述转录的基本过程。 1、 转录的概念及场所？ 2、 阐述转录的基本过程？ 3、 RNA合成的场所、模板、原料和酶分别是什么? 由图可知，转录的过程首先也是解旋：DNA双链解开，碱基暴露出来，但是不需要解旋酶，RNA聚合酶具有解旋功能（空间结构很大可以将DNA双链靠物理作用挤压打开），下一步游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，仔细看图，①模板链是DNA的两条链还是一条链？1条。②DNA和RNA的碱基如何配对？A-U,T-A,G-C,C-G（前面的碱基表示DNA的碱基，后面表示RNA的碱基），一样的，单个单个的核糖核苷酸需要连接起来，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RNA分子上，形成的化学键是？磷酸二酯键。最后，合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 转录方向：子链的5´→3´ 教师播放视频加深学生对转录过程的掌握。 最后对转录的过程进行小结： 我们已经知道一个DNA分子上有许多个基因。假如基因A和基因H转录得到的mRNA碱基顺序如图，由此可知：哪条链是模板链？ 因此要注意的是： ①转录的基本单位是基因，而非整个DNA分子。 ②同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不完全相同，但tRNA和rRNA的一般没有差异。 ③转录产生的RNA穿过核孔进入细胞质，穿过0层膜，要消耗能量。 【即时检测】 完成教材66页思考讨论 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、 比较转录和DNA复制 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？ ——RNA与模板链互补；与非模板链相比碱基U被替换为T 简单回顾RNA的结构，加深学生对两种核酸的理解，并且从RNA的结构认知到其为什么可以作为信使将DNA的信息传递给蛋白质？ 学生阅读教材图形，结合相关视频加深对转录过程的理解。 结合具体转录过程引导学生认知到基因选择性表达因此转录也并不是整个DNA分子都需要转录。 即时训练及时评价。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 RNA中的遗传信息怎么指导蛋白质的合成的呢？ 我们已经知道DNA中的遗传信息通过RNA传递给蛋白质，遗传信息从DNA到RNA这个过程叫转录，那么从RNA到蛋白质这个过程又是怎样进行的呢？翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一个过程叫作翻译。像这样把mRNA中的信息转换成氨基酸，就好像把藏在mRNA中的话读出来，读成氨基酸，这个过程叫作翻译。我们平常把英文翻译成中文的时候就是借助“字典”，字典中有中英文之间的对应的关系，那么我们只需要找到mRNA中的碱基序列与氨基酸之间的对应关系就可以进行翻译。这本字典怎么读呢？ （一）碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？ 我们知道mRNA中只含有四种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎样决定蛋白质的21种氨基酸呢？如果一个碱基决定一个氨基酸，那么四种碱基就只能决定四种氨基酸，这种组合显然不够；如果是两个碱基决定一个氨基酸，那么四种碱基就只能决定4*4=16种氨基酸，同样这种组合也不够；那么一个氨基酸的编码至少需要几个碱基才能构成21种氨基酸？至少三种，可以形成64种，有富余的。 mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。 比如苯丙氨酸对应的密码子为UUC，赖氨酸对应的密码子为AAG。在这个表中还可以看到起始密码子和终止密码子，总的来看64种密码子，其中终止密码子有三种，注意的是一般终止密码子不编码氨基酸，但是UGA在特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸，起始密码子有两种，所以编码氨基酸的密码子总的有61种或62种（如果UGA作为终止密码子不编码氨基酸时，则总的编码氨基酸的密码子有61种。） 【67页思考·讨论】 1．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。②保证翻译速度。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。 2.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？——说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 因此，密码子的特点： A.专一性：一种密码子只决定一种氨基酸 B.简并性：一种氨基酸可以由几种密码子决定 C.通用性：生物界共用一套遗传密码 现在已经知道怎么查字典，我们来尝试简单翻译一下，遗传密码的阅读：从特定的位置开始，连续不间断的方式阅读，直到读到终止密码子停止阅读。 例：已知一段mRNA的碱基序列是-CCCAUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCGUAA-，用密码子表字典将它翻译一下，看一下对应的氨基酸序列是什么样的？ ——甲硫氨酸-谷氨酸-丙氨酸-半胱氨酸-脯氨酸-丝氨酸-赖氨酸-脯氨酸—— 知道碱基和氨基酸的对应关系后，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?——需要靠搬运工tRNA。 tRNA呈三叶草结构，可以看到虽然是单链结构，但是仍然有弯曲折叠进行碱基配对的部分，因此tRNA中是存在氢键的。3’端结合氨基酸，5’端仍然是游离的磷酸基团端，在底部有三个碱基，这三个碱基刚好可以跟mRNA上的密码子进行碱基互补配对，因此称为反密码子。 1、反密码子：tRNA上可以与mRNA上的密码子配对的3个碱基。总的有61/62种。 2、功能：识别和转运氨基酸 3、特点：1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸，1种氨基酸可能由1种或多种tRNA识别并转运。 现在解决了氨基酸和碱基联系起来的问题，那么翻译的过程具体是怎样的？阅读教材68页了解翻译的过程。 ①mRNA进入细胞质，与核糖体结合。（形成两个位点），携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。 ②携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 ③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。 ④核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点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。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止 提醒：肽链合成后，通常经过盘曲折叠，才能形成特定空间结构和功能的蛋白质分子。 小结： 在细胞质中，翻译是一个快速的过程。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出大量的蛋白质。我们把这个结构称为多聚核糖体。 ①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 由肽链短→肽链长的方向进行（从左到右） ②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。 【及时练习】 借住字典的比喻引导学生理解翻译的过程。 引导学生阅读“字典”中的信息，尝试进行翻译。 播放视频加深对翻译这一抽象过程的理解。 即时训练及时评价。 列表比较加深理解，强化基础知识的夯实。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 遗传信息的流动过程？ 1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——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。 随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充： 资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶能催化RNA的复制。 2.1970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。 各种生物的遗传信息传递过程 请同学思考并写出以下细胞或生物遗传信息的传递方向。 通过对不同生物的遗传信息传递过程的书写，加深学生对中心法则的理解。 板书设计 学科网（北京）股份有限公司 $