章 节 第五章第三节基因对性状的控制 关键词 遗传和变异/基因对性状的控制 内容
基因对性状的控制
教学目标
1．使学生了解基因对蛋白质合成的控制作用。了解基因与染色体、基因与性状的关系。了解基因与DNA、与遗传信息的关系。
2．通过介绍遗传密码的破译过程培养学生分析问题的能力。
3．通过介绍物理学家投身生物学研究的科学史实，开阔学生的眼界，对学生进行热爱科学、探求真理的教育。
重点、难点分析
这一课题的重点与难点都是基因如何控制蛋白质的合成过程。要处理好重、难点，事先把有关的知识、概念介绍清楚——做好铺垫。还要逐步深入，采用边介绍、边总结的教学方法使学生真正了解基础知识。
教学过程设计
一、本课题的参考课时为二课时。 二、第一课时：
1．首先从复习DNA的结构和复制入手，并进一步提出：从DNA的结构和复制来看，能说明DNA作为遗传物质具备哪些特点？经过学生回答后，引出“DNA能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状”的特点。在此时可让学生回忆第一章学习的有关蛋白质功能的知识，进一步明确蛋白质是生命活动的体现者。DNA如何控制蛋白质合成，如何控制性状呢？
2．提出“生物体细胞核中染色体和DNA分子数是相对恒定，而生物的性状却是多种多样的”这样一个矛盾，让学生思考、讨论，最后应该得出这样的结论：一条染色体上的一个DNA分子肯定会控制很多很多性状。由此引出基因的概念。
关于基因的概念要讲清以下几个关系：①基因与DNA的关系；②基因与性状的关系；③基因与蛋白质的关系；④基因与染色体的关系；＠基因与“遗传信息”的关系。上述第①个关系中，要让学生来分析、回答基因的分子结构是怎样的，进一步复习、巩固DNA的结构。第②、③个关系中，要让学生明确基因控制性状是通过控制蛋白质合成来实现的。第④个关系中，要让学生明确，染色体也是基因的主要载体，且基因在染色体上呈线性排列。第⑤个关系中，要让学生从DNA分子结构的特异性的角度，明确基因的脱氧核着酸排列顺序就代表遗传信息。接着即可以从第②、③个关系引出“基因如何控制蛋白质的合成”。
3．让学生回忆几个问题：①蛋白质合成的场所是什么？②蛋白质分子结构概况如何？③遗传信息主要存在于细胞的哪个部分？核糖体存在于细胞的哪个部分？通过解决这几个问题，教师可提出：遗传信息如何从细胞核传到核糖体，从而控制蛋白质合成的？接着教师要着重指出，基因控制蛋白质合成的过程，经过很多科学家的研究，已经基本上搞清楚了。科学家发现，基因中遗传信息由细胞核传到细胞质，再在核糖体表达出来的过程，都与RNA有关。因此，有必要了解RNA的分子结构和种类。此时，可利用教材中“DNA分子与RNA分子的比较”表，让学生明确二者的异同。最后小结有关RNA的一些知识：
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（l）组成：核糖、磷酸、碱基（C、G、A、U（尿嘌呤））共同组成核苷酸。
（2）结构：通常是由76～87个核苷酸的磷酸与核糖间隔相连形成单链，常常盘曲成特定的空间结构。如：转运RNA盘曲成三叶草的形状。通过三叶草的双链区说明RNA中的碱基也是可以互补配对的。
（3）主要种类：
①信使RNA——mRNA。顾名思义，这种RNA起的是信使——传递信息的作用。
②转运RNA——tRNA。这种RNA担负的是运输的任务。其三叶草型结构的一端可以连接特定的氨基酸。
（4）在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。这一点虽然还没有具体的内容，但事先明确后，对下一课时的学习有很大好处。
三、第二课时：
1．在复习上课时知识内容的基础之上，引出本课时的主要内容——基因中的遗传信息如何传递和表达。
2．首先介绍几个科学实验（见小资料）： ①证明“RNA与蛋白质合成有关”的实验； ②表明“RNA可以从细胞核内向细胞核外移动”的实验，说明RNA是在细胞核内合成的。提示可能与DNA有关。
综合这两个实验结果说明RNA与蛋白质的合成有关，也说明RNA可能也与DNA有关。 ③介绍SP8噬菌体侵染枯草杆菌、结合DNA－RNA杂合技术的实验证明了DNA－RNA的关系。
3．从科学家的实验可以清楚地看出，基因控制蛋白质合成的过程，可分为两个步骤。这两个步骤可以引导学生分析科学实验来进行小结，然后提出两个步骤的具体内容，让学生明确：第一步是基因的遗传信息传递给RNA，此步可称为“转录”；第二步是转录出的RNA在核糖体通过指导蛋白质合成来表达信息，此步可称为“翻译”。
4.接着可用活动挂图（或活动投影片）或录像直观地讲解转录和翻译的过程。在讲解翻译过程的时候，要强调信使RNA上每三个相邻的碱基是一个“密码子”，而转运RNA上有三个相邻的碱基称为“反密码子”。如有条件和时间，教学中可通过讲述遗传密码的破译过程（见小资料）来引起学生的兴趣和进行科学态度、科学精神的教育。
转录和翻译的过程，如果学生能够明确的话，则应该引导学生列表（见下表）比较两个步骤，以小结DNA（基因）、RNA与蛋白质合成的关系。 步骤 场 所 模 板 转录 细胞核 基因的一条链 条 件 原 料 产 物 其 他 信使RNA从核孔穿出，移到细胞质的核糖体上。 RNA聚合酶等 核苷酸 信使RNA 翻译 细胞质的核糖体 信使RNA 酶、转运RNA为运载工具 氨基酸 多肽链 一条或几条多肽链再进一步形成蛋白质的空间结构。
5．小结基因是如何通过控制蛋白质的合成，实现对性状的控制的。这里最好举出一些具体的例子加以说明。如：对白化病、镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症的病症、病因的介绍，都可以用来说明“基因与蛋白质、蛋白质与性状之间的关系”。
6.本课时的最后，要把DNA复制的过程与转录、翻译的过程综合起来，总结“中心法则”。让学生明确：①遗传信息通过复制可以由亲代（或亲代细胞）传递给子代（或子代细胞）；
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②遗传信息通过转录可以由细胞核传递给细胞质；③遗传信息通过翻译可以由蛋白质的氨基酸序列表达出来。关于中心法则的补充和发展，可在其表达式中写明即可。
7.本课时结束时，可提出一个问题引起学生思考并为第六章的学习做一铺垫。此问题是“遗传密码在生物界是通用的，这一现象说明了什么？”
四、本课题教学中应注意的问题：
1．本课题的教学内容是分子水平的知识，很抽象，学生接受起来有困难，因此一定要注意直观性，注意联系前面的知识，注意为主要内容做好铺垫。
2．本课题教学中还要注意对！田知识的复习和归纳。例如，复习归纳遗传物质必须具备的四个特点，复习归纳“碱基互补配对原则”的体现等。关于“碱基互补配对原则”可引导学生归纳出五个方面可以体现此原则，即①DNA的结构；②DNA的复制；③DNA的转录；④遗传密码的翻译；⑤逆转录时。
3．本课题第二课时结束时留给学生的思考题是为今后讲进化做准备的。如果时间允许，教师可把答案：“遗传密码在生物界的通用性表明了生物起源的同一性”告诉给学生。
小资料
一、证明RNA与蛋白质关系的两个实验：
1955年有人曾用洋葱很尖和变形虫进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止，而如果再加进了从酵母中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。实验结果表明蛋白质合成显然跟RNA有关。
1955年拉斯特（LasterGold）等人用变形虫的换核实验，证明RNA是在细胞核中合成的，然后再从细胞核中转移到细胞质中。
实验过程如下：A组变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷培养液来培养，发现标记的RNA分子首先在细胞核中合成；B组变形虫培养在本标记的尿嘧啶核苷培养液中，变形虫的细胞核和细胞质中均未发现有标记的RNA。在适当的时候，用这两组变形虫进行核移植实验。将A组变形虫的细胞核移植到B组变形虫的细胞质中，将B组变形虫的细胞核移植到A组变形虫的细胞质中，分别进行培养观察。发现大部分标记的RNA相继从细胞核中移入细胞质中。这样看来，把DNA中遗传信息从细胞核中转移到细胞质中控制蛋白质合成的物质，很可能就是RNA。
二、证明RNA是根据DNA的一条链转录的实验：
Marmur和Duty利用DNA－RNA杂合技术、采用侵染枯草杆菌的噬菌体SP8为材料进行实验。噬菌体SP8的DNA分子由两条碱基组成很不平均的链构成，其中一条链富含嘌呤，另一条互补链则富含嘧啶。因为嘌呤比嘧啶重，因此富含嘌呤的“重”链与富含嘧啶的“轻”链在加热变性后可用密度梯度离心分开。实验者在SP8侵染后，从枯草杆菌中分离出RNA，分别与DNA的重链和轻链混合并缓慢冷却。他们发现SP8侵染后形成的RNA只跟重链形成DNA—RNA的杂合分子。显然，RNA是杆菌DNA中的一条链转录产生的。 三、对遗传密码的破译工作：
1944年奥地利物理学家薛定谔就在他的《生命是什么》一书中，最早提出了遗传密码的设想。他猜想染色体中的有机分子单体严格、精确地排列，构成了遗传密码。遗传密码决定了生物的遗传性状。这个大胆的猜想，吸引了一批优秀的科学家投身到生命科学的研究中，去破译遗传密码。
1953年美国物理学家伽莫夫了解到了沃森和克里克提出的DNA双螺旋模型后，设想DNA的四种碱基可能就是薛定谔所说的遗传密码。他还通过排列组合计算，推断出一个遗传密码子可能是由三个碱基组成的——三联体密码，一种氨基酸可以用几种碱基密码来表达。
伽莫夫的三联体密码设想很好地解决了四种碱基与二十种氨基酸的对应关系，但遗传密
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码在DNA上，DNA在细胞核中，密码是怎样到细胞核外指挥蛋白质的合成的呢？哪一种密码子代表哪一个氨基酸呢？
1959年克里克在许多科学家工作的基础上提出了；遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的设想。遗传密码就不再是DNA中的碱基序列，而是mRNA中的碱基序列了。
1961年美国的生物化学家尼伦伯格首先用化学方法合成出尿嘧啶（U）多聚体。然后把尿嘧啶（U）多聚体放入一个含有核糖体和多种氨基酸的系统中，结果得到了完全由苯丙氨酸组成的蛋白质。从而破译了苯丙氨酸的一个密码子。
此后，各国科学家在此思路的基础上，通过化学合成含有不同碱基的RNA的方法，开展了破译密码子的工作。到1966年科学家们破译了全部密码子。
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