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第4章基因的表达
第1节基因指导蛋白质合成
(一)教学目标
1.能准确描述遗传信息的表达过程,理解并掌握RNA的结构特点即作用。
2.通过学习核糖核苷酸、mRNA、tRNA生物质的结构及功能特点,形成生物体的结构和功能相适应的基本科学理念。
3.运用数学方法分析DNA中碱基、RNA中碱基与氨基酸的对应关系。
(二)教学重难点
1.教学重点
(1)理解遗传信息、密码子与反密码的关系,理解密码子的简并性。
(2)遗传信息的转率和翻译过程。
2.教学难点
(1)遗传信息的转率和翻译过程。
(三)教学过程
一、创设情境、导入新课
将水母的绿色荧光蛋白基因转入老鼠体内,老鼠在紫外线的照射下发绿色荧光,研究发现小鼠体内产生了绿色荧光蛋白。
1.转入的是基因,得到的却是蛋白质!为什么会这样?小鼠能发绿色荧光的直接原因是合成了绿色荧光蛋白,基因和蛋白质之间存在着怎样的关系?
思考一:位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成?联系DNA和蛋白质之间的媒介是什么?
二、沟通DNA和蛋白质之间的信使——RNA
1.RNA能作为信使的原因
(1)它也是由基本单位——核苷酸连接而成,核苷酸也含有4种碱基,这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能
(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。
2.RNA的种类、结构及功能
三、转录
1.概念:在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫做转录。
2.时间:个体生长发育的整个过程(几乎所有活细胞中)
3.场所:主要在细胞核中,线粒体、叶绿体(真核)
原核:拟核、质粒
实际上,DNA在哪里,转录就在哪里发生。
4.产物:三种RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
5.原料
模板:DNA的一条链
原料:4种游离的核糖核苷酸
能量:ATP
酶:RNA聚合酶
6.产物:三种RNA(mRNA、tRNA、rRNA
7.过程(以mRNA的合成过程为例)
①解旋:第1步:DNA双链解开,碱基暴露出来。当细胞合成某种蛋白质时,RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合,使得DNA双链解开,双链碱基得以暴露
②游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对,在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
③第3步:新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上(RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键)
8.意义:遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上,为翻译做准备。
9.原则:碱基互补配对原则A-T;G-C;C-G;T-A。
10.特点:边解旋边转录
11.转录方向RNA新链的延伸也是从5’-端到3’-端;先合成再释放。
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)与DNA复制相比,转录所需要的原料和酶各有什么不同?
DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸,所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶;转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸,所需要的酶是RNA聚合酶。
(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?
转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的;
转录成的RNA的碱基序列与非模板链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U,对应在非模板链上的碱基是T。
四、翻译
1.定义:在细胞质中,游离的各种氨基酸,以信使RNA(mRNA)为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程——翻译。
2.场所:细胞质中的核糖体
3.条件
模板:mRNA
原料:21种氨基酸
转运工具:tRNA
产物:蛋白质
4.实质:mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
思考:mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸?
5.密码子:
(1)定义:mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)位置:密码子位于mRNA上
(3)识别:从mRNA上5’-端翻译至3’-端
(4)一共有多少个密码子?
共64种密码子
(5)终止密码子有多少个?终止密码子编码氨基酸吗?编码氨基酸的密码子有多少个?
一般情况下3个终止密码子(UAA、UAG、UGA)不决定氨基酸
特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下,决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。
(6)真核生物的起始密码子是哪一个?
真核生物只有1种—AUG,编码甲硫氨酸;
原核生物可以有2种—AUG(编码甲硫氨酸)和GUG(编码甲硫氨酸,如果该密码子不作为起始密码子时,其编码缬氨酸)
(7)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。当密码子中有一个碱基改
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