三基因的表达（第二课时）

　　第六章 遗传和变异
　　第一节 遗传的物质基础
　　三、基因的表达（第二课时）教学目的
　　1．了解染色体、 dna和基因三者之间的关系以及基因的本质。
　　2．了解基因控制蛋白质合成的过程和原理。
　　3．了解基因控制性状的原理。
　　4．培养学生的逻辑思维能力，使学生掌握一定的科学研究方法。
　　5．理解结构与功能相适应的生物学原理。
　　6．通过指导学生设计并制作蛋白质合成过程的活动模具，培养学生的创新意识和实践能力。
　　教学重点
　　1．染色体、dna和基因三者之间的关系和基因的本质。
　　2．基因控制蛋白质合成的过程和原理。
　　教学难点
　　基因控制蛋白质合成的过程和原理。
　　教学用具
　　投影片。＂遗传工程初探＂录像片。果蝇某一条染色体上的几个基因图。dna转录rna过程的挂图。20种氨基酸的密码子表。蛋白质合成示意图。中心法则图解。白化症患儿图。
　　教学方法
　　教师讲述、启发与学生讨论探索相结合。
　　课时安排　二课时。第二课时　　复习提问：（见投影片iii)
　　启发：上节课我们讲到，由dna转录成rna之后，mrna就通过核孔到达细胞质的核糖体上，直接指导蛋白质的合成。但是组成蛋自质的氨基酸是20种，而组成mrna的碱基只有四种。那么，这四种碱基是如何决定20种氨基酸的呢？
　　讨论：教师首先可以引导学生了解电报密码用四个阿拉伯字母的排列顺序代表一个汉字的意义以及电话号码的位数与电话拥有数量的关系。然后转入正题——如果一个碱基决定一个氨基酸，则四种碱基只能决定四种氨基酸；如果两个碱基决定一个氨基酸，最多也只能决定16种氨基酸；如果由三个碱基决定一个氨基酸，这样的碱基组合可以达到64种，这对于决定20种氨基酸来说已经绰绰有余了。
　　讲述：按照这样的设想，科学家们在20世纪60年代初开始了对遗传密码的研究工作，几年后，终于弄清了是哪三个碱基决定哪种氨基酸的。
　　看图：20种氨基酸的密码子表
　　讲述：例如uuu可以决定苯丙氨酸，ccc可以决定脯氨酸，acg可以决定苏氨酸……在遗传学上把mrna上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个＂密码子＂。1967年科学家们破译了全部遗传密码子，并且编制出了我们现在看到的这张密码子表。
　　启发：请同学们仔细看这幅密码子表，其中的密码子具有怎样的特点呢？
　　讨论：从密码子表中可以发现：一种氨基酸可以只有一个密码子，如色氨酸只有ugg一个密码子；也可以有数个密码子，如精氨酸有6个密码子——cgu、cgc、cga、cgg、aga、
　　agg。这说明一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定。此外，还有两个密码子aug和gug除了分别决定甲硫氨酸和撷氨酸外，还是翻译的起始信号，遗传学上将其称之为起始密码子。另外，也有三个密码子uaa、uag、uga，它们并不决定任何氨基酸，但在蛋自质合成过程中，却是肽链增长的终止信号，所以又把这三个密码子叫做终止密码子。相当于标点符号中的句号。
　　提问：由于每一个mrna上都有特定的起始密码子和终止密码子，那么对于许多个相同的mrna来讲，由它控制合成的许多个蛋白质分子是否也相同呢？（讨论：略）
　　提问：mrna在细胞核中合成之后，从核孔进入到细胞质中，与核糖体结合起来。核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。那么氨基酸存在于细胞内的什么地方呢？
　　（回答：大量分散在细胞质中。）
　　启发：分散在细胞质中的氨基酸是怎样被运送到核糖体中的mrna上去的呢？
　　讲述：显然需要有运载工具。经科学研究表明，这种工具也是一种rna，叫做转运rna，简写为trna。trna与密码子一样种类很多，但是，每一种转运rna只能识别并转运一种氨基酸。
　　启发：trna具有怎样的结构才能担负起携带运输特定氨基酸的＂历史使命＂呢？
　　看图：蛋白质合成示意图。
　　讲述：科学研究表明，trna一般由75个核苷组成，其形态为三叶草形。它的一端是携带氨基酸的部位，另一端有三个碱基，都只能专一地与mrna上的特定的三个碱基配对。
　　由此看来，我们可以把trna比作翻译过程中的＂译员＂。＂译员＂必须＂认识＂两种文字。一方面它能够认识mrna上的密码子文字；另一方面它还要能够认识氨基酸文字。
　　观看：＂遗传工程初探＂录像片段的翻译过程。使学生明白:当转运rna运载着一个氨基酸进入到核糖体以后，就以信使rna为模板，按照碱基互补配对原则，把转运来的氨基酸放在相应的位置上。转运完毕以后，转运rna离开核糖体，又去转运下一个氨基酸。当核糖体接受两个氨基酸以后，第二个氨基酸就会被移至第一个氨基酸上，并通过肽链与第一个氨基酸连接起来，与此同时，核糖体在信使rna上也移动三个碱基的位置，为接受新运载来的氨基酸。上述过程如此往复地进行，肽链也就不断地延伸，直到信使rna上出现终止密码子为止。
　　讲述：肽链合成以后，从信使rna上脱离开来，再经过细胞质内的某些细胞器（如内质网、高尔基体等）的加工如盘曲折叠螺旋，最终合成一个具有一定氨基酸顺序的。有一定功能的蛋白质分子。
　　概括：讨论并完成左面板书表格内容。
　　小结：由上述过程可以看出：基因的表达过程本质上是基因、mrna、核糖体、trna协同作用的结果。dna分子上的基因，其脱氧核苷酸的排列顺序决定了mrna中核糖核苷酸的排列顺序， mrna中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。从另一角度讲，基因的表达过程也反映出了遗传信息的传递规律。
　　讲述：在遗传学上，把遗传信息的流动方向叫做信息流。信息流的方向可以用科学家克里克提出的＂中心法则＂来表示。
　　观图：教材16页中心法则图解（可制成投影片）
　　讲述：从中心法则图解中可以看出，遗传信息流可以从dna流向dna，即完成dna的自我复制过程，在传种接代过程中传递遗传信息；也可以从dna流向rna，进而流向蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译过程。表明了dna分子（基因）上的遗传特异性，通过mrna的媒介，决定了蛋白质的特异性。可以说，中心法则反映了整个生物界的蛋白质合成的一般规律。
　　讲述：在本世纪70年代初，切敏等一·些科学家研究发现，一些rna病毒在感染某些细胞时，在病毒蛋白质的合成过程中，rna也可以自我复制，并能在逆转录酶的作用下由rna合成dna。上述逆转录过程以及rna自我复制过程的发现，是对中心法则的补充和发展。
　　讲述：通过上面的学习我们知道，生物的一切遗传性状都是受基因控制的。但是在生物体内，基因控制性状是通过控制蛋白质分子的结构即结构蛋白，进而组成细胞结构成分来直接影响性状的。例如人的双眼皮和单眼皮，有耳垂和无耳垂等。又如教材48页中讲到的镰刀型细胞贫血症。我们知道人类的血红蛋白分子是由几百个氨基酸构成的，正是因为这类人的控制血红蛋白分子结构的结构基因不正常，因而使这类人体内合成了结构异常的血红蛋白而引起疾病。
　　讲述：在生物体内，基因对性状的控制往往要经过一系列的代谢过程，而代谢过程中的每一步化学反应都需要酶来催化和激素来调节。因此，还有一些基因就是通过控制酶和激素的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的。例如，正常人的皮肤、毛发等处的细胞中有一种酶，叫做酪氨酸酶，它能够将酪氨酸转变为黑色素。如果一个人由于基因不正常而缺少酪氨酸酶时，这个人的体内就不能合成黑色素，而表现出白化病。
　　看图：教材17页图6-11白化症患儿。
　　讲述：又如以前我们学习过的生长激素是一种多肽类激素，如果幼年时期缺乏这种激素时，就会患佛儒症。
　　小结：概括他讲，基因对生物性状遗传的控制作用，可分为直接控制作用和间接控制作用。这是因为基因可分为两大类；一类是蕴含选择性表达信息的调节基因，一类是蕴含编码蛋白质中氨基酸顺序的结构基因。结构基因直接控制性状，调节基因则间接控制性状。所以说，基因是遗传物质的结构单位和功能单位。
　　设置悬念：有关基因对生物性状的控制原理到此我们已经作了彻底的了解。是否问题已完全得到解决？且慢下结论！可能有的同学已经想到了这样一个问题：性状在遗传过程中会表现出怎样的特点？如双眼皮俗称＂花眼＂，人人都喜欢，可是，一对对夫妻怎样才能生出一个有＂花眼＂的小孩呢？这里有无规律可寻？关于这个问题我们将在下节课开始来讨论。投影片iii
　　1．什么是基因？
　　它的组成成分是什么？
　　2．什么叫转录？怎样进行？　3．翻译 碱基组成个数碱基组合数量141（a、u、g、c）242aa、au、ag、ac
　　ua、uu、ug、uc
　　ua、gu、gg、gc
　　ca、cu、cg、cc343（限于篇幅略）（1）密码子：
　　mrna上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫做一个＂密码子 起始密码子：
　　aug、gug终止密码子：
　　uaa、uag、uga （2）转运rna：简写为trna 作用：识别密码子；运载特定的氨基酸。(3)蛋白质的合成 起始—肽链增长—终止 小结：基因的表达是基因、mrna、核糖体、trna四者协同作用的结果。（三）中心法则及其发展 (4)基因对性状的控制