高中生物第三节基因控制蛋白质的合成第2课示范教案 苏教版Word文件下载.docx

高中生物第三节基因控制蛋白质的合成第2课示范教案 苏教版Word文件下载.docx

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积极思维：

遗传密码是怎样破译的？

1960年，一些青年科学家来到美国国立卫生研究院，和那里从事体外蛋白质人工合成研究的尼论贝格一起开始了破译遗传密码的研究。

研究的核心是哪种RNA可以促进多肽的合成。

他们创造性地设计并实施了相关实验。

实验步骤：

（1）把大量的大肠杆菌细胞磨碎，制成无细胞提取液，用DNA酶处理这种提取液使细菌的DNA降解，然后通过离心沉淀，除去细胞壁和质膜。

剩下的上清液中含有蛋白质合成所必需的核糖体、tRNA、蛋白质因子和酶系统，这时细菌的mRNA由于寿命很短早就降解了。

（2）采用了蛋白质的体外合成技术，在每支试管中分别加入一种氨基酸，再加入上述制成的细菌无细胞提取液，加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，观察结果。

（1）为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA?

（2）上述科学家的实验能够说明什么问题？

（3）如果加入的是只含两个碱基UC合成的多聚核苷酸链，又会出现了什么结果呢？

学生活动：

学生分组讨论，代表回答。

生甲:

因为实验中要以人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸作模板，除去细胞提取液中的DNA和mRNA是为了消除干扰。

生乙:

实验结果是加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。

说明了苯丙氨酸的RNA的密码子之一是UUU。

生丙:

如果加入的是只含两个碱基UC合成的多聚核苷酸链，并用它们作模板进行大量的离体情况下的蛋白质合成的实验。

结果发现合成的蛋白质中有苯丙氨酸，再次证明了苯丙氨酸的密码子是UUU。

另外还有赖氨酸、亮氨酸、酪氨酸、异亮氨酸。

由于U和A是随机排列的，所以会出现密码子UUU、AAA、UUA、UAU、AUU。

怎么知道赖氨酸的密码子是AAA的呢？

生在蛋白质的体外合成技术中，在每支试管中分别加入一种氨基酸，再加入上述制成的细菌无细胞提取液，加入人工合成的RNA多聚腺嘌呤核苷酸，观察结果，则发现加入了赖氨酸的试管中出现了多聚赖氨酸的肽链。

亮氨酸、酪氨酸、异亮氨酸的密码子能确定吗？

生无法确定。

（1）上述困难很快就被科学家解决了，他成功地合成了具有规则重复碱基序列的多聚核苷酸链，其中有用两种核苷酸聚合而成的，也有用三种或四种核苷酸聚合而成的。

例如：

用尿嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸组成的具有规则重复碱基序列的多核苷酸链，它的碱基序列是：

……UCUCUCUCUCUCUCUCUCUC……简写为（UC）n，上述序列按三个碱基一组应读成……UCU、CUC、UCU……从而形成具有规则重复的（交替）UCU和CUC密码子。

用这种多聚核苷酸链作模板，在离体情况下进行蛋白质的合成，他发现合成的蛋白质中只有两种氨基酸，即丝氨酸和亮氨酸。

这说明UCU和CUC两个密码子中的一个可能是丝氨酸或亮氨酸的密码子。

（2）规则碱基序列多核苷酸合成实验结果

多聚核苷酸链mRNA

交替的阅读密码组

合成的多肽

（AC）n

ACACACACACACACA…

苏—组—苏—组—……

（AG）n

AGAGAGAGAGAGAGA…

精—谷—精—谷—……

（AAG）n

AAGAAGAAGAAGAAG…

AGAAGAAGAAGAAGA…

赖—赖—赖—赖—……

精—精—精—精—……

（GUA）n

GUAGUAGUAGUAGUA…

AGUAGUAGUAGUAGU…

缬—缬—缬—缬—……

丝—丝—丝—丝—……

（UAUC）n

UAUCUAUCUAUCUAU…

酪—亮—丝—异亮—……

（3）从上表中可以看出，赖氨酸的密码子为AAG；

精氨酸的为AGA；

谷氨酸的为GAA；

缬氨酸的为GUA等。

（4）由于这一基本方法的应用，破译遗传密码的研究进展很快，到了1967年就确定了全部密码。

遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个“遗传密码子”。

20种氨基酸的遗传密码子表

从密码子表中，你可以看出有哪些特点？

学生小组讨论，回答。

除蛋氨酸和色氨酸外，其他氨基酸都有两种以上的密码子。

如CUU、CUC、CUA都是亮氨酸的密码子。

对应于一种氨基酸的密码子不止一种时，常常只是密码子中和第三个碱基发生变化。

蛋氨酸为起始密码子，蛋白质多肽链的起始端都是从蛋氨酸开始的。

表中UAA、UAG、UGA这三个密码子没有对应的氨基酸，叫做终止密码。

在蛋白质合成中，当正在增长的多肽链遇到其中任何一个时，即停止增长，蛋白质合成到此完成。

生丁:

在全部64个密码子中，61个密码子负责20种氨基酸的翻译，1个是起始密码，3个是终止密码。

上述密码表主要是用大肠杆菌做实验得到的，后来用家兔、两栖类、植物组织和人类的细胞做实验也得到同样的结果，由于在所有的生物里DNA的四种碱基和蛋白质中的20种氨基酸都是相同的，所以，很可能整个生物界存在着同样的遗传密码，也就是说，上述的密码表适用于所有的生物。

同学们知道，我国科学家已经破译哪些生物的遗传密码？

生:

我国科学家首次破译了一种嗜热菌的遗传密码；

黑猩猩的第22号染色体被破译；

成功破译了水稻的遗传密码。

遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。

因此在遗传密码破译后仅2～3年的时间这项工作就获得了诺贝尔奖。

二、遗传密码的破译

1．积极思维　遗传密码是怎样破译的？

2．20种氨基酸的密码子表

1．分子生物学的黄金时代

随着DNA分子结构的解开，人们清楚地了解了复制的机制，并且明白了遗传信息的保存方式。

事实上，DNA就像一本只由四个遗传字母A、C、T、G写成的书。

这四个字母的不同排列次序就寓含了遗传信息。

紧接着就产生了一个问题：

这本书应该如何读呢？

如下：

ATCGGTCATGCA……这一串由遗传字母构成的序列应该两个两个，还是三个三个，还是四个四个，还是……读下去？

换句话说，如果遗传字母A、C、G、T，在功能上被读成字。

那么究竟几个字母恰好对应一个字（或者说叫密码子）呢？

人们知道在生命活动中起到重要作用的蛋白质是由20种氨基酸构成的。

而人们又容易推测出遗传信息事实上是通过决定蛋白质的结构来间接地控制细胞的化学过程。

于是，如果一个密码子可对应于一个氨基酸的话，我们的问题就是密码子由几个字母构成才能形成所有的氨基酸呢？

如果密码子由一个字母构成，那么只能得到四种氨基酸；

如果密码子由两个字母构成，那么可得到16种氨基酸，仍然不够。

如果密码子由三个字母构成，那么可得到64种氨基酸。

看来由三个遗传字母构成一个密码子就足够了。

因此，通过数学知识得到的结论是，蛋白质中的氨基酸是由三个一组连续排列的碱基编码的，这种编码方式被称为三联体密码子。

克里克和布伦纳进行的一系列巧妙的遗传学实验证实了这一点。

这样，我们就知道了密码子是由三个遗传字母构成的。

DNA中某一具体的核苷酸三联体被探明是与蛋白质中某一具体的氨基酸相对应的。

或者说，遗传密码是按三联体形式阅读的。

第一个被破译的密码子是：

UUU，苯丙氨酸。

随后不久，通过构思巧妙的实验，在短短时间中，人们就完全破译了遗传密码。

还有一个容易想到的问题：

由T、A、C、G四种遗传字母构成三联体密码子，一共有64种情况。

但氨基酸却只有20种。

那么一定会出现多个密码子对应同一个氨基酸的情况出现。

事实正是如此。

这种现象被称为遗传密码子的兼并。

而编码同一个氨基酸的密码子被称为同义密码子。

遗传密码的解开是分子生物学中的重大突破。

人们一旦搞清楚了DNA中核苷酸的次序对应于蛋白质中氨基酸的次序，那么就可以回答蛋白质是如何按照DNA的信息制造出来的了，此过程称基因表达。

2．基因工程与医药创新

自20世纪40～50年代间相继发现青霉素等系列抗生素，甾体激素和维生素等生物合成药物已形成了生物医药新领域。

由于它们卓越的疗效和巨大的经济效益，兴起了现代新生物技术的大发展，特别是70年代基因的发现，重组DNA的获得成功，震动了医学、农业、畜牧业等整个生命学科，开创了人为地控制生命和育种新领域——基因工程，在生命学科总领域中成为最活跃，进展最快的学科。

到80年代，已有以基因工程合成首个人体活性蛋白的多肽重组胰岛素，并很快地投向市场应用。

自1993年以来至今仅十年内，仅以美国、日本和中国三个国家为例，已研制成功约300多项新的基因工程药物，有的已投向市场，有的已被批准分别进入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床试验；

发展之神速不仅为医药开发空前未有，在整个科学发展史上来说也是罕见的。

揭开生命的奥秘，掌握了基因重组的秘密。

人类基因组蕴藏有人类生、老、病、死的遗传密码；

破译这些信息将为诊断各种疾病、研制新药和新的有效疗法带来一场大革命，破译人类遗传密码和掌握基因重组不亚于人类登上月球的“阿波罗计划”。

2019-2020年高中生物第三节染色体变异及其应用第1课时示范教案苏教版

本节内容主要介绍了染色体变异的类型和染色体变异的意义两部分内容。

通过本节内容的学习，使学生简述染色体的结构变异和染色体的数目变异，收集染色体变异在育种上应用的事例。

染色体变异的类型包括结构的变异和数目的变异，属于微观生物学知识。

通过“边做边学”“模拟染色体的结构变异”，变微观为直观，使学生对结构变异的方式有所了解。

通过“课题研究：

环境中化学物质对染色体结构变异的影响”，学生能认识到生物受到化学物质或电离辐射、病毒感染时，染色体结构变异的概率会增大，染色体数目变异的内容通过表格列举出多种生物正常染色体数目，使学生了解正常生物的染色体数目是恒定的，为理解染色体数目变异打好基础。

整倍性变异中介绍了单倍性变异、一倍性变异和多倍性变异。

“染色体变异在育种上的应用”这部分内容则和生产、生活联系密切。

对于“模拟染色体的结构变异”的“边做边学”活动的教学，教师应注意在教学过程中启发学生发散思维，选用多种材料来作实验的材料，如用不同颜色的橡皮泥捏成不同的染色体，然后，尝试着模拟染色体断裂和断裂后片段的不正常重新连接，同时要鼓励学生积极思考各种变异的可能，并用材料来模拟，从而使学生获得一定的感性认识。

对“课题研究”：

环境中化学物质对染色体结构变异的影响的教学，教师可指导学生仔细阅读背景资料，组织学生分组讨论如何结合背景资料和当地情况，找到检测某地某处环境污染状况的问题、假设和研究计划，启发学生思考设计研究计划时应注意设置纯净水作对照组，分别用纯净水、背景资料中列出的300mg/L的硫酸铜溶液等分别培养蚕豆，比较污染状况，得出结论。

教师可以鼓励学生用污染程度不一样的水去培养蚕豆，再通过制作蚕豆根尖临时装片，观察蚕豆根尖细胞染色体结构发生变异的情况，启发学生通过在显微镜下移动临时玻片标本仔细寻找，找全出现微核的细胞，比较微核率的差别，从而更进一步深入研究水质污染程度和生物细胞微核率高低的关系。

组织学生通过讨论得出“细胞受到一些化学物质诱导或受到电离辐射、病毒感染时，染色体结构变异概率会增加”的结论，而染色体结构的变异，会引起遗传物质发生改变，从而产生严重遗传疾病或胎儿早期流产。

教师也可以向学生举些由染色体结构变异引起的一些遗传疾病的症状。

对于染色体数目的变异知识的教学，教师可指导学生先通过阅读课本P42表33：

一些生物的染色体数目，从而熟悉一些常见生物的染色体数，并使学生明确每种生物染色体数目是恒定的。

同时，为了使学生理解“细胞中染色体一般是成对存在的”，教师可以利用人的染色体图或雌雄果蝇的细胞中染色体图，引导学生通过仔细观察，从而认识细胞中存在着一对对同源染色体。

染色体数目变异的非整倍性、单倍性和多倍性变异的区别是本节教学的重点，染色体数目变异中单倍性、多倍性变异的区别以及无子西瓜产生的原因是本节教学的难点。

因此，在染色体数目变异的非整倍性、单倍性和多倍性变异教学中，举出整倍性变异和非整倍性变异的具体实例，让学生对染色体的数目变异有感性认识，从而更好地理解染色体的非整倍性变异、单倍性变异和多倍性变异的概念。

对于一倍性变异和单倍性变异，可以通过雌雄果蝇的体细胞中染色体图及其精子和卵细胞中染色体图解，给学生补充介绍染色体组的概念，然后，还要将这两个并不完全等同的概念区分开来：

一倍性变异可以看成是一种特殊的单倍性变异，还可以通过举出多倍体生物的单倍性变异的实例来强调单倍性变异实际是和单个配子发育成个体有关。

对于多倍性变异，可以根据学生的情况，决定是否补充介绍异源多倍体和同源多倍体。

单倍体可以缩短育种年限的原因，可以结合杂交育种的知识，通过举出具体的实例作比较得出结论。

对于染色体变异在育种上的应用的教学，可以先指导学生阅读三倍体无子西瓜的培育过程，找出其中的关键步骤，进一步组织学生讨论四倍体植株上结出的西瓜果肉和种子的染色体组数。

三倍体西瓜无子的原因则可以结合减数分裂的知识，使学生了解三倍体西瓜在减数第一次分裂后期，染色体无法等分到两个子细胞中，从而不能顺利完成减数分裂，无法产生正常的生殖细胞，也就无法形成有胚的正常种子。

教学中注意引导学生回顾无子蕃茄的产生原因，并加以比较，从而加深对无子西瓜形成原因的认识。

教师还可以进一步让学生思考香蕉无子的原因，检验学生是否真正理解三倍体西瓜无子的原因。

另外，教师对秋水仙素的作用机理应作适当补充。

本节内容中共设置了1个“边做边学”、1个“课题研究”、1个“积极思维”、1个“评价指南”、1个“继续探究”、1个“拓展视野”和1个“走进职业”。

“模拟染色体的结构变异”的“边做边学”活动，让学生通过观察染色体结构的变异示意图，化微观为直观，从而对染色体结构的变异获得更直观的认识。

围绕“环境中化学物质对染色体结构变异的影响”的“课题研究”学习栏目，从阅读背景资料、问题与假设、设计与实验、交流与合作、结论与反思、深入研究等几方面，引导学生结合背景资料，学会就检测某地某处环境污染状况而提出问题、作出假设，制定研究计划，通过设置对照，比较污染状况，得出结论。

无子西瓜为什么会无子是学生十分感兴趣的问题，学生会主动“积极思维”，指导学生阅读三倍体无子西瓜的培育过程，找出其中的关键步骤，进一步组织学生讨论四倍体植株上结出的西瓜果肉和种子的染色体组数。

对于三倍体西瓜无子产生的原因，可以利用多媒体结合减数分裂过程，使学生了解三倍体西瓜在减数第一次分裂后期，染色体无法等分到两个子细胞中，从而不能顺利完成减数分裂，无法产生生殖细胞，也就无法形成有胚的正常种子。

在“设计实验，连续培养几代果蝇并观察它们的性状遗传”的“继续探究”学习活动中，教师可以先向学生补充果蝇的培养方法，补充果蝇的几对相对性状，以及研究相对性状遗传规律的方法。

然后组织学生讨论选择何种明显的相对性状，如何设计研究方案，如何分工，并预测实验结果，分析实验结果验证了何种遗传规律。

通过“继续探究”学习活动，不仅能让学生更深刻地理解生物性状遗传的规律，还能提高学生进行科学探究的意识与能力，锻炼学生进行科学探究的基本技能。

教学重点1.染色体结构变异的过程。

2．染色体数目变异的非整倍性、单倍性和多倍性变异的区别。

3．收集并理解染色体变异在育种上应用的资料。

教学难点1.染色体数目变异中单倍性、多倍性变异的区别。

2．无子西瓜产生的原因。

教具准备模拟染色体的结构变异的材料、“环境中化学物质对染色体结构变异的影响”的“课题研究”活动所需材料、“猫叫综合征”的图片资料、果蝇的体细胞中染色体图及其精子和卵细胞中染色体图片资料、三倍体无子西瓜的培育过程的多媒体课件等。

课时安排3课时。

1．阐明染色体的结构变异和染色体的数目变异。

2．收集染色体变异在育种上应用的事例。

3．通过“模拟染色体的结构变异”的“边做边学”教学活动，让学生观察染色体结构的变异示意图，从而培养学生的观察能力以及从中提取信息、分析信息、处理信息的能力。

4．结合“三倍体西瓜为什么无子？

”的“积极思维”教学活动，引导学生通过阅读三倍体无子西瓜的培育过程，围绕“三倍体西瓜为什么无子？

”的分析、讨论、交流，培养学生的科学思维能力。

5．结合“环境中化学物质对染色体结构变异的影响”的“课题研究”活动以及“设计实验，连续培养几代果蝇并观察它们的性状遗传”的“继续探究”学习活动，提高学生科学探究的意识与能力，锻炼学生进行科学探究的基本技能。

6．结合染色体变异在育种上的应用的教学，使学生认识学习生物科学知识在生产生活中的应用价值。

7．通过“边做边学”“课题研究”“继续探究”等教学活动，在进行小组合作探究学习等活动过程中培养学生的合作学习与交流的态度。

第一课时　染色体结构的变异

湖南发现世界首报基因核型变异染色体结构异常。

来自沅陵的陈某终于松了一口气，女儿小蓉的病因终于查出来了。

湖南省儿童医院湖南省儿科医学研究所的医务人员经过检查，发现小蓉的染色体结构异常，系新的“特纳氏综合征”核型，经中南大学湘雅医学院医学遗传学国家重点实验室夏家辉院士、戴和平教授鉴定，确认为世界首报基因核型变异。

13岁零8个月大的小蓉身高只有1.1米，和三四岁的儿童身高差不多，特别是近4年来，没有增高一点，且智力低下。

陈某为此多方求医，均没有查到病因，心中非常焦虑。

5月6日，陈某带着女儿来到省儿童医院。

经遗传工作室人员检查发现，这是一个伴有X与其他染色体易位的、复杂的、罕见的、嵌和型的遗传病。

导致小蓉身材矮小，双侧卵巢未探及（影响性发育）。

湖南省儿科医学研究所所长贺新玉博士称，正常人染色体为46条，男性为46，XY，女性为46，XX，当其染色体数目或结构发生了异常改变所致的疾病称之为染色体病。

小蓉这种特殊的遗传病，因其X染色体与其他染色体易位，产生了一条衍生的11号染色体。

在这种平衡易位当中，还可能发生了染色体遗传物质的改变，致使孩子出现了智力低下和生长发育迟缓的临床表现。

人一旦患上了染色体病，在目前除辅助性治疗外，尚无有效的治疗方法。

当患有这种染色体病的孩子长大到婚育期时，一定要到医院和妇幼保健部门进行婚前咨询和育前指导，产前诊断，杜绝遗传病的发生，以达到优生优育的目的。

上述材料中的小蓉的病因是什么呢？

讨论、分析、交流。

染色体变异。

师我们通过《分子与细胞》的第五章“细胞有丝分裂”的学习，以及《遗传与进化》第二章“减数分裂和有性生殖”的学习，认识到每种生物都含有一定数目的染色体，染色体是生物体中遗传物质DNA的载体。

在正常情况下，细胞中的染色体能保持相对的稳定。

但是，在一定的自然条件和人为因素影响下，染色体数目和结构也可能发生改变，从而引起生物性状发生改变，我们把这种变异叫做染色体变异。

染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数目的变异。

一、染色体结构的变异

在一定的自然条件和人为因素影响下，染色体结构会发生怎样的变异呢？

阅读教材P40“模拟染色体的结构变异”的“边做边学”活动内容，特别注意观察染色体结构的变异示意图。

染色体结构的变异示意图中线条表示染色体，小写的a、b、c、d、e、f字母表示染色体上的基因。

染色体结构的变异示意图中表示的第一个染色体的结构变异的原因是什么？

:

染色体中的c基因丢失。

染色体先断裂，在连接时少了一个基因c。

……

染色体结构的变异示意图中，表示的第一个染色体的结构变异的现象是原有的一条染色体在一定的因素影响下，染色体的中间的一个片段丢失，这是该染色体发生变异的原因。

这种染色体结构的变异称为染色体的缺失。

缺失是指染色体上某一区段及其带有的基因一起丢失，从而引起变异的现象。

如果缺失的区段发生在染色体两臂的内部，称为中间缺失。

如果缺失的区段在染色体的一端，则称为顶端缺失。

在缺失杂合子中，由于缺失的染色体不能和它的正常同源染色体完全相应地配对，所以当同源染色体联会时，可以看到正常的一条染色体多出了一段（顶端缺失），或者形成一个拱形的结构（中间缺失），这条正常染色体上多出的一段或者一个结，正是缺失染色体上相应失去的部分。

缺失引起的遗传效应随着缺失片段大小和细胞所处发育时期的不同而不同。

在个体发育中，缺失发生得越早影响越大，缺失的片段越大，对个体的影响也越严重，重则引起个体死亡，轻则影响个体的生活力。

教师活动：

利用多媒体动画演示染色体缺失的产生过程。

在发生染色体缺失变异的过程中，染色体上的基因数目有没有发生变化？

学生讨论、交流后回答：

染色体上的基因数目减少了。

染色体结构的变异示意图中表示的第二个染色体的结构变异的原因是什么？

观察、讨论、分析、交流。

一条染色体中的某一片段移到了另一条染色体上。

染色体结构的变异示意图中，表示的第二个染色体的结构变异的现象是两条染色体在一定的因素影响下，其中一条染色体中间的一个片段移到另一条同源染色体上，使一条同源染色体变短，而另一条同源染色体变长。

这种染色体结构的变异称为染色体的易位。

易位是指一条染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上，从而引起变异的现象。

如果两条非同源染色体之间相互交换片段，叫做相互易位，这种易位比较常见。

相互易位的遗传效应主要是产生部分异常的配子，使配子的育性降低或产生有遗传病的后代。

例如，慢性粒细胞白血病，就是由人的第22号染色体和第14号染色体易位造成的。

易位在生物进化中具有重要作用。

例如，在17个科的29个属的种子植物中，都有易位产生的变异类型，直果曼陀罗的近100个变种，就是不同染色体易位的结果。

染色体结构的变异示意图中最后一种染色体结构的变异与上述染色体结构的易位有什么异同？

观察、比较、讨论、交流。

两者都发生染色体片段的转移，不同的是最后一种染色体结构的变异是某染色体的片段从一条染色体上转移到另一条非同源染色体上，而第二条染色体的结构变异是两条染色体在一定的因素影响下，其中一条染色体中间的一个片段移到另一条同源染色体上，使一条同源染色体