1、第4章 基因的表达（兰州二中 季学明、高瑜婷）一、 核心素养侧重点：1. 生命观念教材前三章按照科学史的顺序一步步揭示了遗传物质的化学组成和结构，渗透了生命的物质观，本章凸显的则是生命的信息观。细胞内时刻进行着遗传信息的转录和翻译，在生命活动的舞台上，活跃的是DNA、RNA、蛋白质等物质，但传递的是信息；生物体从亲代继承的是染色体和DNA，但DNA上储存的是遗传信息；生命活动需要物质和能量的持续输入，也离不开信息的传递、表达和调控。因此，本章引导学生建立生命的信息观，使学生形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，使学生进一步认识生物界的统
2、一性，认同当今生物可能有着共同的起源，有利于学生建立生物进化观。2. 科学思维本章从多方面训练学生的科学思维。基因的选择性表达、表观遗传等内容，体现了基因与性状之间关系的复杂性，使学生认同生物学中因果关系的复杂性，同时提升多角度、多因素分析复杂事件的方法和能力。对于几个碱基决定21种氨基酸的推测，体现了演绎推理的过程；分别选自植物柳川鱼和动物小鼠的表观遗传实例，引导学生归纳DNA甲基化这种经典的表观遗传现象，是归纳法的再次应用。提出假说是科学研究中一种重要方法。假说往往是人们从经验到形成理论的桥梁，引导着人们开展新实验，获得新理论。人们在实践中发现了新的自然现象，又没有现成的理论可以解释，只好
3、独辟蹊径，提出一种全新的解释，这就是假说。本章的“思维训练”以我国遗传学家李汝祺教授的实验成果为素材，训练学生提出假说的能力。3. 科学探究 本章设计了多个“思考讨论”和一个“思维训练”活动，旨在提高学生的科学探究能力。例如，“遗传信息的转录”中的“思考讨论”活动，通过问题引导学生观察比较转录出的RNA与DNA碱基序列的异同，“表观遗传”中的“思考讨论”活动，引导学生分析实验现象。课后习题还针对查阅资料、设计实验等能力的提高进行设计。例如，引导学生探究黑黄相间的雌猫毛色形成的原因；设置磁蛋白基因的情境，引导学生进行实验设计。合理引导学生开展这些活动或练习，可以提高学生观察、分析、提问、讨论和交
4、流的能力与团队合作意识。4. 社会责任基因与性状之间的关系往往比较复杂，环境和不良的生活方式可能会通过表观遗传机制影响基因的表达，因此，本章通过“与社会的联系”帮助学生认识吸烟的危害，从而选择健康的生活方式。“复习与提高”关注苯丙酮尿症的发病机制和我国的应对措施，体现了我国政府对特殊人群的关爱，反映了社会主义制度的优越性。在“科学技术社会”栏目中，充分体现了基因工程的合理应用能够造福于社会，引导学生关注生物科学技术在生产生活中的应用。通过了解中心法则的提出和修正过程，以及表观遗传的发现等，认同科学是不断发展的，人类对自然界的探究永无止境。二、课标要求概念3遗传信息控制生物性状，并代代相传3.1
5、亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上3.1.4概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现3.1.5概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象授课章节第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成教学目标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。教学
6、难点遗传信息的转录和翻译过程教学方法任务引领，问题驱动学生学习法课时安排2课时装订线教 学 过 程教学实例补充与更新第1节 基因指导蛋白质的合成提问引入：基因的实质是什么？（是具有遗传效应的DNA片段）问题：什么是遗传效应？（基因控制的性状）学生活动：阅读P63章首页内容，通过抗虫棉的实例认识基因的控制性状的过程就是表达。教师：结合学生阅读中的问题，激发学生思考：基因如何控制合成蛋白质？结合章首页的背景图讲解基因控制蛋白质的合成过程，宏观理解基因的表达。板书（第4章 基因的表达）任务1：通过RNA的结构组成理解RNA作为基因的信使，将遗传信息传递到蛋白质学生活动：阅读P64正文最后一段和P65
7、一、二段，结合图4-1、2、3。认识RNA的组成和种类，区分RNA与DNA的异同，学习RNA的相关知识。教师：请阅读课文认识RNA，理解RNA为什么能将基因的遗传信息传递给蛋白质？问题驱动，培养学生科学思维。问题1.1：1.RNA的全称是什么？RNA的基本单位是什么？RNA与DNA的主要区别是什么？RNA有哪些种类？问题1.2：为什么RNA适于作DNA的信使呢 ？教师：板书（第1节 基因指导蛋白质的合成一、RNA的组成和种类（一）组成：4种核糖核苷酸构成的核糖核酸（与DNA的不同是核糖和有U无T）（二）结构：一般是单链（三）种类：mRNA、tRNA、rRNA）任务2：遗传信息的转录过程学生活动
8、：结合教材P65图4-4和图中的文字，思考下列问题，理解转录过程。问题2.1：什么是转录？转录的场所在哪？问题2.2：转录的具体过程（结合图4-4中的4个步骤提炼关键词）？转录的结果？转录过程中碱基如何配对？问题2.3：转录需要的原料是？转录过程中的模板？教师：引导学生认识转录过程。(1)概念:以DNA的一条链为模板,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。(2)场所:主要是细胞核,在细胞质(线粒体、叶绿体)中也能发生转录过程。(3)过程(见图)教师：整理板书（二、转录：DNA指导合成mRNA的过程（一）场所：主要在细胞核（二）过程：结合解旋、碱基互补配对、聚合、释放 1、酶： （三）条件 2、能
9、量： 3、模板： 4、原料：）学生活动：阅读P66“思考.讨论”中的3个问题，比较转录与DNA复制的异同。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？都需要模板,都遵循碱基互补配对原则; 碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性;讨论2.与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶问题3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区
10、别是RNA链上的碱基U。对应在非模板链上的碱基是T。教师：讲解引导学生比较图4-4中mRNA与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？任务3：遗传信息的翻译过程学生活动：阅读P66“相关信息”和正文翻译的概念，宏观认识翻译。问题3.1：理解翻译是什么过程？结合翻译的词义思考该过程的信息特点？翻译的信息流动方向是什么？问题3.2：翻译的实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列的过程。该过程中mRNA中什么信息流向蛋白质中的什么信息？教师：讲解mRNA携带的密码子，学生了解密码子的组成和种类。知道mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。问题3.3：4种碱
11、基如何决定蛋白质的21种氨基酸呢？如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定几种？如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定几种？如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定几种？学生活动：阅读P67“思考.讨论”，结合表4-1了解密码子。讨论1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，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一种氨基酸，可以保证翻译的速度。讨论2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么
12、？地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。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。学生活动：阅读P67图4-6，认识tRNA的结构，理解它在翻译中的作用。问题3.4：结合tRNA的结构，思考其在翻译中的作用？（识别密码子，转运氨基酸。（每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运）学生活动：阅读P68图4-7，学习翻译过程。教师：结合翻译中的信息的流动讲解翻译过程。(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)场所(或装配机器):核糖体。(3)过程：第一步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。 反密码
13、子为UAC的tRNA携带甲硫氨酸，与起始密码AUG互补配对，进入位点1。第二步：携带组氨酸的tRNA（反密码GUG）以同样的方式进入位点2。第三步：甲硫氨酸与组氨酸缩合成二肽，转移到占据位点2的tRNA上。第四步：核糖体读取下一个密码子， 原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点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。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。(4)条件(5) 产物:多肽蛋白质。教师：引导整理板书（三、翻译：mRNA指导合成蛋白质的过程（一）信息流动：1、mRNA：密码子2、tRNA:反密码子（二）场所：核糖体（三）过程：
14、结合、tRNA进入、形成肽键、移动 1、模板： （四）条件 2、能量： 3、原料： 4、tRNA的中心法则学生活动：转录、翻译与DNA复制的比较，理解遗传信息的流动方向。场所模板原料产物遗传信息传递方向DNA复制：转录：翻译：问题4.1：结合转录、翻译和DNA的复制过程中的遗传信息流动，试画出信息流动的图解？学生活动：阅读P69图4-8，补充中心法则内容。教师：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。板书（四、中心法则转录翻译复制蛋白质RNADNA）DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的
15、流动提供能量，可见：生命是物质、能量和信息的统一体。小结：回顾结束【板书设计】第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成一、RNA的组成和种类（一）组成：4种核糖核苷酸构成的核糖核酸（与DNA的不同是核糖和有U无T）（二）结构：一般是单链（三）种类：mRNA、tRNA、rRNA二、转录：DNA指导合成mRNA的过程（一）场所：主要在细胞核（二）过程：结合解旋、碱基互补配对、聚合、释放 1、酶： （三）条件 2、能量： 3、模板： 4、原料：三、翻译：mRNA指导合成蛋白质的过程（一）信息流动：1、mRNA：密码子2、tRNA:反密码子（二）场所：核糖体（三）过程：结合、tRNA进入、形成肽键、移动 1、模板： （四）条件 2、能量： 3、原料： 4、tRNA四、中心法则转录翻译复制蛋白质RNADNA【课后反思】
