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1、基因的表达 教学案例（一）一、素质教育目标(一)知识教学点1理解基因的概念。2了解基因控制蛋白质的合成。(二)能力训练点1通过学习基因概念的学习培养抽象思维能力。2通过基因控制蛋白质的合成培养学生分析综合能力。(三)德育渗透点1利用我国研究遗传基因所取得的成就进行爱国主义教育。2介绍遗传工程，进行科学价值观的教育。(四)学科方法训练点1通过DNA和RNA的对照掌握类比方法。2通过RNA的碱基决定氨基酸的学习，掌握先逻辑推理再经实验验证的方法。3物质、能量、信息是把握自然世界最基本的三个概念，通过遗传信息的传递与表达的学习，建立信息意识，学会从信息角度认识事物的方法。二、教学重点、难点及解决办法
2、1教学重点及解决办法(1)基因的概念。(2)基因的位置及化学结构。(3)基因不同的实质。解决办法(1)强调是重要的基本概念，引起学生重视；(2)加强概念的举例与概念解析；(3)配合图示说明；(4)重视学生阅读、理解、记忆；(5)及时抽问检测。2教学难点及解决办法基因控制蛋白质的合成转录与翻译。因较难故归属了解层次。但课堂内教师必须讲懂，学生必须把道理弄明白，只是不必利用更多的课时和课外精力去反复练习，更不宜加深练习。解决办法(1)应用挂图形象说明过程；(2)采用图示讲解；(3)用电报的信息转换类比说明转录、翻译的概念。3教学疑点及解决办法(1)蛋白质和性状的关系；(2)密码子；(3)DNA的两
3、条链都能转录吗？解决办法(1)蛋白质与性状举例说明不同的蛋白质结构就是不同的性状。基因控制蛋白质合成，就是控制性状。(2)密码子三个碱基决定某种氨基酸，密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。教学实践证明转运RNA的三个碱基引入反密码子概念，既不增加学生负担，又不易使密码子概念混淆，二者互补关系又易理解记忆。(3)DNA的两条链都能转录吗？否。对有疑问的学生用挂图或书中插图讲解说明两条链方向不同。(转录的只是其中一条链即35链。不讲)三、课时安排2课时。四、教法讲述与谈话法。五、教具准备1DNA结构图、DNA与RNA的比较表。2基因控制蛋白质合成活动过程图示(光盘)。3多媒体教学
4、器材。六、学生活动设计1学生复习DNA的结构。2讲解后学生阅读理解，记忆基因的概念；运用基因不同的实质来说明问题。3学生回忆思考蛋白质多样性的原因。4给学生时间思考，提出相关问题。七、教学步骤第一课时(一)明确目标银幕显示，让学生明确本堂课应达到的学习目标。理解基因的概念、基因的位置、它的化学结构及基因不同的实质；了解DNA的两个基本功能；了解DNA和RNA分子结构的异同。(二)重点、难点的学习与目标完成过程抽问：从分子的角度看为什么子女的性状像父母？学生答：(因为父母把自己的DNA分子复制了一份，通过精子和卵细胞，传给了子女。)引言：DNA分子怎样控制性状？现代遗传学的研究认为，生物的性状是
5、由基因控制的。那么，基因与DNA有什么关系呢？1基因是有遗传效应的DNA片段讲 述：每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多基因，基因是什么？基因的概念：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。此概念有三个要点：1基因是遗传效应的DNA片段。这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应，有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。2基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位举例：豌豆高茎基因控制高的性状，使豌豆长到大约2米高；豌豆矮茎基因控制矮的性状，使豌豆长到约30公分。紫茉莉红花的基因控制红花性状，开红花。豌豆白花
6、的基因控制白花性状，开白花。狗的直毛有直毛基因控制：人的黑发有黑发基因控制。3基因是控制性状的遗传物质结构单位控制某种性状的基因有特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是结构单位。比如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可生产胰岛素遗传工程。基因的位置：在染色体上呈线性排列。这就象音乐曲谱，一个曲谱分成许多小节，各个小节内排列着数目不等的音符，经演唱表达不同的音调。银幕图示：例如提 问：那么，构成DNA基本单位是什么？学生答：(脱氧核苷酸)进一步问：有几种脱氧核苷酸？答：4种：腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧
7、核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸。基因的化学结构：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。讲 述：基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息，例如：红花基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，这样特定的排列顺序就代表红花的遗传信息。上一代传给下一代的是遗传信息而不是红花的本身，在下一代就可以将红花遗传信息表达为红花。不同的基因，四种脱氧核苷酸的排列顺序不同，但是每个基因都有特定的排列顺序。学生活动：看书“基因是有遗传效应的DNA片段”一段。要 求：对基因的概念在理解的基础上记忆，这是一个很重要的基本概念。理解基因DNA染色体之间的关系。银幕显示试题：对一个基因的正确描述是 (1)基因是DNA分子特定的片段(2)它的分子结
8、构是由四种氨基酸构成(3)它是控制性状的结构单位和功能单位(4)基因存在于内质网上A(1)和(2) B(1)和(3) C(3)和(4) D(1)和(4)反馈评价：针对学生回答的问题讲评。答案：B。小结：基因在染色体上呈线性排列。每个染色体含一个DNA分子，染色体复制后在细胞分裂的间期、前期、中期，每个染色体包含两个姐妹染色单体，此时含有两个DNA分子。每个DNA分子有很多个基因。每个基因有成百上千个脱氧核苷酸。基因不同是由于脱氧核苷酸排列顺序不同。扩展：人体共有23对染色体，3.5万个基因，30亿个碱基对。1999年12月1日，由英、美、日等国216位科学家组成的人体基因组计划联合研究小组正式
9、向全世界宣布，他们已完整地破译出人体第22对染色体的遗传密码，确定出该对染色体上所有蛋白质编码基因所含的3340万个碱基对的确切位置。这一发现被认为是继原子弹爆炸和人类登月之后科学的重大突破。2000年5月10日报道，由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组近日宣布，他们已经基本完成了人体第21对染色体的基因测序工作。我国承担人类基因组计划1的任务，最新研究结果提示，人类基因总数将不超过8万个。我国科学家首次发现具有中国人特征的胸腺素原基因。讲 述：基因控制性状，实际上是通过控制蛋白质合成来实现的。那么，基因是怎么样控制蛋白质合成的呢？2基因控制蛋白质的合成生物的性状主要通过蛋白质来体现。比如
10、：鱼的肌肉由鱼的肌肉蛋白质来体现；牛的肌肉由牛的肌肉蛋白质来体现；鸡的肌肉由鸡的肌肉蛋白质来体现。我们能吃出鱼肉、牛肉、鸡肉味道的不同，就是因为它们的蛋白质结构不同。因而体现了各自不同的性状。基因控制性状就是通过控制蛋白质合成来实现的。基因可比喻为导演，蛋白质可比喻为演员。基因主要存在于细胞核的染色体上(细胞核基因)。合成蛋白质是在细胞质里进行的。遗传信息怎样由细胞核到细胞质呢？这需要通过另一种核酸RNA(核糖核酸)。银幕显示DNA和RNA的区别，让学生比较不同之处。RNA与DNA的区别有两点：嘧啶碱有一个不同：RNA是尿嘧啶，DNA则为胸腺嘧啶。五碳糖不同：RNA是核糖，DNA是脱氧核糖，这
11、样一来组成RNA的基本单位就是核糖核苷酸；DNA则为脱氧核苷酸。学生活动：测试题：构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位核苷酸有多少种？ A2种 B4种 C5种 D8种反馈讲评：答案：8种。(脱氧核苷酸A、G、C、T四种，核糖核苷酸A、G、C、U四种)(三)总结遗传的主要物质是DNA，基因是有遗传效应的DNA片段；基因在染色体上呈线性排列，基因的不同就是脱氧核苷酸排列顺序不同。基因控制性状就是通过控制蛋白质合成来实现的。DNA的遗传信息又是通过RNA来传递的。(时间充裕可由学生总结)(四)布置作业1细胞内与遗传有关的物质，从复杂到简单的结构层次是 ADNA染色体脱氧核苷酸基因 B染色体脱氧核
12、苷酸DNA基因CDNA染色体基因脱氧核苷酸 D染色体DNA基因脱氧核苷酸2下列哪一组物质是RNA的组成成分 A脱氧核糖核酸和磷酸 B脱氧核糖碱基和磷酸C核糖碱基和磷酸 D核糖嘧啶和核酸反馈评价：针对学生出现的问题讲评。答案：1D 2C(五)板书设计基因的表达1基因是有遗传效应的DNA片段(1)基因的概念：三个要点(2)基因的位置：在染色体上呈线性排列(3)基因的化学组成：成百上千个脱氧核苷酸(4)基因不同的实质：脱氧核苷酸排列顺序不同2基因控制蛋白质合成DNA和RNA的比较：TU；脱氧核糖核糖七、教学步骤第二课时(一)明确目标银幕显示：1电报人发报图像 接报电文人的图像2遗传信息表达的类比如下
13、：电报信息表达_。_。 01300117 你好(长、短声)遗传信息表达遗传信息 密码 表达引言：我们知道了发电报要经信息转换，再由密码翻译成中文。基因控制蛋白质合成也要经“转录”和“翻译”两个重要步骤，怎样“转录”和“翻译”就是本堂课同学们需要了解的内容。(二)重点、难点学习与目标完成过程讲 述：1转录：(1)概念：是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。(2)场所：细胞核。(3)信息传递方向：DNA信使RNA。(4)转录的过程：讲 解：2翻译(1)概念：是指以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。(2)场所：细胞质中的核糖体，信使RNA由细胞核进
14、入细胞质中与核糖体结合。(3)信息传递方向：信使RNA一定结构的蛋白质。(4)翻译过程：提 问：蛋白质多样性的原因？学生答：(组成蛋白质的氨基酸种类不同；氨基酸的数目不同；氨基酸的排列顺序不同；蛋白质的空间结构也各不相同。)提 问：组成蛋白质的氨基酸一般有多少种？(一般有20种。)思考题：氨基酸有20种，RNA有四种核苷酸，四种碱基AGCU如何决定20种氨基酸？逻辑推理：一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种，41=4不行二个碱基决定一个氨基酸只能决定14种，42=16不行三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种，43=64足够有余实验验证；1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使RN
15、A的三个碱基决定即三联体密码子。美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合成方式，首先阐明了遗传密码的第一个字UUU，即决定苯丙氨酸的密码子。1967年科学家已将20种氨基酸的密码全部破译。银幕出示密码表并解说。提 问：前面在细胞一章中讲过了，把氨基酸合成为蛋白质的场所在哪里？学生答：(核糖体)讲 述：核糖体里并没有现成的氨基酸，氨基酸存在于细胞质，人体氨基酸的来源的主要途径是食物消化、吸收、运输。细胞质中的氨基酸要进入核糖体需要经过搬运工搬运即另一种RNA，转运RNA。一种转运RNA只能转运一种特定的氨基酸。转运RNA的另一端有三个碱基，能与信使RNA碱基相配对。例如：信使RNA上的三个碱基
16、AUG就是一个三联体密码子，转运RNA中转运甲硫氨酸的转运RNA一端的三个碱基是UAC，只有它才能按碱基互补配对原则配对。因此，信使RNA中的AUG，叫做一个“密码子”，转运RNA的UAC叫做“反密码子”，转运氨基酸的RNA一端的三个碱基是CGA就不能去和信使RNA中的AUG配对。总之，核糖体中的信使RNA有许多“密码子”，每个“密码子”与转运特定氨基酸的RNA，能够碱基配对，才能对号入座。也就是说一种转运RNA在哪个位置上对号入座是靠转运RNA的反密码子去识别。而位置则是信使RNA按遗传信息预先定了的。应突出强调两点：1信使RNA的遗传信息即碱基排列顺序是由DNA决定的；2转运RNA携带的氨
17、基酸(如甲硫氨酸、谷氨酸)能在蛋白质的氨基酸顺序的哪一个位置上是由信使RNA决定的，归根结底是由DNA的特定片段(基因)决定的。小结：遗传信息的传递方向：这个过程叫“中心法则”逆转录酶的发现对中心法则补充：1970年美国的特敏和水谷聪证实在劳氏肉瘤病毒体内的颗粒(病毒粒子)中有一种逆转录酶能以RNA模板合成DNA。这是对“中心法则”的一个重要补充。综上所述，可总结为：总结：银幕显示一张比较表(见书提纲)(时间充裕可逐次比较提问，最后教师在银幕上用比较表总结。)(四)扩展、应用了解生物遗传物质及其作用原理，不仅具有重要的理论意义，而且对改造生物具有重大的实践意义。例如，1977年美国科学家第一次
18、用大肠杆菌产生人脑激素生长激素释放抑制素。他们用化学方法合成这种激素，再把它移植到大肠杆菌中获得基因表达，首次生产出有活性的激素。这个成功在世界范围内产生很大影响。它巨大的经济价值十分诱人，从羊脑提取1毫克这种激素，生产成本比阿波罗飞船从月球带回的一公斤岩石标本还高25倍，而用遗传工程生产1毫克，价格在300美元以下。我国用基因工程产生出人干扰素达世界领先水平，它具有抗病毒、抗肿瘤等方面的作用。(五)布置作业选做课本中填空题。(本课内容让学生听懂明白，一般可不布置作业)(六)板书设计2基因控制蛋白质合成；银幕显示一览表八、参考资料基因概念本世纪初(1909年)，丹麦学者约翰森(Johannse
19、n)用“基因”(gene)一词代替了孟德尔的遗传因子。从此，“基因”一词为遗传学界沿用至今，同时他还提出了“基因型”与“表现型”这两个含义不同的术语，初步阐明了基因与性状的关系。基因是DNA分子的一个区段 1944年，艾弗里(Avery)等人通过肺炎双球菌的转化试验，首次证明了生物的遗传物质是DNA，于是基因的化学本质得到了阐明。1953年，沃森(Watson)和克里克(Crick)又确定了DNA分子的双螺旋结构。进一步的研究证明，基因就是DNA分子的一个区段。每个基因平均由1000个左右的碱基对组成。一个DNA分子可以包含几个乃至几千个基因。基因的化学本质和分子结构的确定，具有划时代的意义，
20、它为基因的复制、转录、表达和调控等方面的研究奠定了基础，开创了分子遗传学的新纪元。基因的顺反子概念1955年，美国分子生物学家本泽(Benzer)通过对大肠杆菌的噬菌体T4的rII区基因的深入研究，揭示了基因内部的精细结构。提出了基因的顺反子(Cistron)概念。他发现，在一个基因内部，可以发生若干不同位点的突变，倘若在一个基因内部发生两个以上位点的突变，其顺式和反式结构的表型效应是不同的。如图1所示，顺式是野生型，反式却是突变型，所以，基因就是一个顺反子。基因内部这些不同位点之间还可以发生交换和重组。所以，一个基因不是一个突变单位，也不是一个重组单位。本泽分别把它们称为突变子(muton)
21、和重组子(recon)。显然，一个突变子或重组子可小到一个核苷酸对。基因的顺反子概念冲破了传统的“功能、交换、突变”三位一体的基因概念，纠正了长期以来认为基因是不能再分的最小单位的错误看法，使人们对基因的认识有了显著的提高。有结构基因与调控基因的划分，还有重迭基因和断裂基因的发现 过去人们曾经认为，基因像念珠一样，一个接一个地排列在染色体上，是互不重迭的；基因是一个连续的核苷酸序列，是不能间断的。重迭基因和断裂基因的发现，刷新了这些陈旧的看法，使人们对基因的结构与功能的认识又提高到一个新高度。我国基因工程产品 人干扰素原是通过人体白细胞培养制备而成的，具有抗病毒，抗肿瘤能力，并具有免疫调节作用和细胞生长调节作用。自然来源的干扰素十分稀少，价格昂贵，用基因工程技术产生干扰素，可以满足临床的需要。我国预防医学科学院病毒所，长春、上海生物制品所合作研究成功1干扰素，外用及针剂两个品种完成中试和临床试验，并已取得生产证书。r型干扰素是中国科学院生物化学研究所等单位联合研制的基因工程产品。现已由第二军医大学医学生物技术与分子遗传所与中科院生化所合作攻克发酵、纯化两大难关。纯品产率高出国外同类研究近一倍，达到世界领先水平。1克r干扰素，价值250万元，生物工程确实可带来巨大的经济和社会效益。自素质教育新教案