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第四章基因的表达一、教学目的要求知识方面1.概述遗传信息的转录和翻译。
2.举例说明基因与性状的关系。
3.说出遗传密码的破译过程（选学）。
情感态度与价值观方面1. 体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。
2. 认同人类探索基因表达的奥秘的过程仍未终结。
能力方面1.运用已有的知识和经验提出假说。
2. 运用数学方法，分析碱基与氨基酸之间的对应关系。
3. 运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论有遗传效应控制 mRNA 蛋白质的DNA片段蛋白质结构性状影响环境是控制生物酶的合成控制代谢的基本单位中心法则一、基因指导蛋白质的合成1．转录（1）在细胞核中，以DNA双链中的一条为摸板合成mRNA的过程。
（2）①信使（mRN A），将基因中的遗传信息传递到蛋白质上，是链状的；RNA ②转运RNA（tRNA），三叶草结构，识别遗传密码和运载特定的氨基酸；（单链）③核糖体RNA（rRNA），是核糖体中的RNA。
（3）过程（场所、摸板、条件、原料、产物、去向等）2．翻译（1）在细胞质的核糖体上，氨基酸以mRNA为摸板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
（2）实质：将mRNA中的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列。
（3）（64个）密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。
其中AUG，这是起始密码；UAG、UAA、AGA为终止密码。
（4）遗传信息①狭：基因中控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序。
②广：子代从亲代获得的控制遗传性状的讯号，以染色体上DNA的脱氧核苷酸顺序为代表。
③ 中心法则：（5）翻译过程三、基因对性状的控制1．基因对性状的控制图解 DNA RNA蛋白质（性状）脱氧核苷酸序列 核糖核苷酸序列 氨基酸序列遗传信息 遗传密码2．基因、蛋白质和性状的关系（1）基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，如白化病等。
（2）基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如镰刀型细胞贫血等。
【2019统编版】部编人教版高中生物必修第二册《遗传与进化》第四章《基因的表达》全章节备课教案教学设计4.1《基因指导蛋白质的合成》教学设计教学目标1．概述遗传信息的转录和翻译2．理解密码子的概念3．能熟练地阅读密码子表4．能够运用教学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系5．理解中心法则教学重难点1．教学重点：遗传信息转录和翻译的过程2．教学难点：遗传信息转录和翻译的过程教学方法讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳课时安排2课时教学过程（一）遗传信息的转录思考：（1）DNA主要存在于哪里？DNA主要存在于细胞核（2）蛋白质是在哪里合成的？蛋白质是在细胞质的核糖体上合成的（3）那么细胞核中的DNA是如何控制细胞质中的蛋白质的合成的呢？科学家推测，在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使，后来发现细胞中确有这样的物质，它就是RNA。
1．关于RNA（1）RNA的全称：核糖核酸（2）RNA的基本单位：核糖核苷酸（3）细胞中的两种核酸的比较即时突破判断下列说法的正误①若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA。
对②若核酸中存在A、T、C、G四种碱基，其中A≠T、C≠G，则该核酸为单链DNA。
对③若核酸中出现碱基C，则必为RNA。
错（4）RNA的种类和功能信使RNA（mRNA）：遗传信息传递的媒介。
转运RNA（tRNA）：转运氨基酸的工具。
核糖体RNA（rRNA）：与蛋白质构成核糖体。
总结：为什么RNA适合做DNA的信使呢？①RNA是由基本单位-----核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。
②RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。
mRNA是DNA的信使，那么DNA在细胞核里，是通过怎样的过程把遗传信息传递给mRNA的呢？请同学们阅读课本P65的第三自然段和图4-4，完成下列填空。
2．转录（1）概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程（2）场所：细胞核（3）基本条件：①模板：DNA的一条链②原料：四种游离的核糖核苷酸③能量：ATP④酶：解旋酶、RNA聚合酶（4）原则：碱基互补配对原则（A=U，G=C）（5）产物：mRNA（6）遗传信息流动：DNA→mRNA当细胞开始合成某种蛋白质时，编码这个蛋白质的一段DNA在解旋酶的作用下，DNA双链解开，碱基暴露。
第1节基因指导蛋白质的合成课程标准要求核心素养对接学业质量水平概述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。
1.生命观念——结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子通过转录和翻译等过程表达遗传信息；理解多聚核糖体现象的本质，利用结构与功能观，认识到其对提高翻译效率的意义。
水平二2.科学思维——利用分析与综合的方法，比较归纳转录和翻译在时间、场所、模板、产物、原料、酶、能量、过程、碱基互补配对方式及特点等方面的相同与不同。
水平二3.科学思维——通过分析相关资料，利用物质与能量观，分析原核生物、真核生物、DNA病毒和RNA病毒遗传信息流动的规律，归纳出遗传信息流动的中心法则。
水平二4.社会责任——利用中心法则的原理，根据相关资料分析不同药物杀菌抗病毒的机理，科学选择药物，促进人体健康的恢复。
水平一RNA的组成及种类———————————————自主梳理———————————————1.RNA的基本单位及组成①磷酸②核糖③碱基：A、U、G、C ④核糖核苷酸2.RNA的种类及功能mRNA tRNA rRNA名称信使RNA 转运RNA 核糖体RNA 结构单链单链，呈三叶草形单链[典例1] (2019·长春九校联盟期中)下列叙述中，不属于RNA功能的是( )A.细胞质中的遗传物质B.作为某些病毒的遗传物质C.具有生物催化作用D.参与核糖体的组成解析真核生物、原核生物和DNA病毒的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质为RNA，A 错误、B正确；少数酶的化学本质为RNA，C正确；rRNA参与核糖体的组成，D正确。
答案 A[对点练1] 经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为：________、________、________。
解析根据碱基种类判断，甲、乙是DNA，丙是RNA，再根据碱基比例判定甲是单链DNA，乙是双链DNA。
第4章 基因的表达第2节 基因表达与性状的关系教案(一)教学目标1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。
2.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.概述生物体的表观遗传现象。
(二)教学重点和难点1.教学重点(1)基因表达与性状的关系。
(2)细胞分化的本质是基因的选择性表达。
(3)表观遗传现象。
2.教学难点表观遗传现象。
(三)教学过程一、创设情境,回顾已有知识，解决新问题。
展示“问题探讨”中的问题，提示学生联系有丝分裂的知识，组织讨论。
二、阐明基因表达产物与性状的关系提出问题:基因控制生物体的性状，基因又指导蛋白质的合成，那么基因、蛋白质与性状之间是什么关系呢?提供事实:皱粒豌豆的形成机制是淀粉分支酶异常;人的白化症状形成的原因是缺少酪氨酸酶。
①豌豆的圆粒与皱粒圆粒豌豆：淀粉含量高→成熟时吸水胀大；皱粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA 序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟时失水皱缩。
②人白化病的形成：控制酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。
总结在豌豆的圆粒与皱粒、白化病两个实例中，基因、蛋白质与性状三者之间的关系。
1．间接途径(1)途径：基因―→控制酶的合成―→控制细胞代谢―→控制生物体的性状。
提供事实:囊性纤维化的症状及其形成的原因:囊性纤维化：编码CFTR 蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR 蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR 蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。
回顾镰状细胞贫血的症状及其形成的原因。
组织小组讨论:这两种疾病形成的原因有什么共同点?分析、概括:共同点是基因结构改变导致所指导合成的蛋白质的结构异常，直接影响生物体的性状。
并用流程图表述：2．直接途径(1)途径：基因―→控制蛋白质的结构―→控制生物体的性状。
第4章基因的表达教学设计第1节基因知道蛋白质的合成教学目标的确定课程标准的要求是：概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，根据上述要求和建议，本节课教学目标确定如下：1. 概述遗传信息的转录和翻译2. 运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系3. 理解中心法则中遗传信息的传递方向教学实际思路以本节的“问题探讨”中《侏罗纪公园》中恐龙复活为切入，为DNA复制创设情境。
问题探讨：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使他们复活吗？通过小组合作，探讨基因是如何指导蛋白质的合成？通过视频或示意图，让学生直观感受基因指导蛋白质合成的过程，并让学生总结归纳，引出中心法则是如何描述遗传信息的传递规律，最后根据教材或上课时讲解的内容回顾本节课的重难点，加深对本节内容的理解。
板书设计第4章第1节基因指导蛋白质的合成一、遗传信息的转录二、遗传信息的翻译三、中心法则第2节基因表达与性状的关系教学目标的确定课程标准的要求是：概述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的表现，根据上述要求和建议，本节课教学目标确定如下：1.举例说明基因与性状的关系2.了解基因选择性表达与细胞分化的关系3.解释表观遗传教学实际思路以本节的“问题探讨”中“水毛茛”来引出本节课的内容，小组合作，探讨基因是如何控制生物体的性状的？通过资料分析，让学生小组合作共同探讨，让学生拥有合作探究的意识，教师在学生讨论中不断补充，帮助学生对问题的理解，最后，老师对学生的回答进行点评，并进行最后的总结板书设计第4章第2节基因表达与性状的关系一、基因表达产物与性状的关系二、基因的选择性表达与细胞分化三、表观遗传。
人教版高中生物学《遗传与进化》新旧两版教材中“基因的表达”章节变化的比较与解读作者：邓过房来源：《中学生物学》2020年第03期人教版新课标教材（简称旧教材）从2004年开始推广使用，至今有10多年，为了赶上新时代的发展，落实学科核心素养，部分省市开始于2019年秋季使用2019年人教版高中生物学教材（简称新教材）。
下面以人教版2019年版教材《遗传与进化》（以下简称新教材）中“基因的表达”章节变化为例，从新旧教材的内容呈现、课后习题设置2个方面将新旧教材进行对比分析，以便更好地了解新教材的特点，进而更好地在一线课堂教学过程中落实改进，有效地促进学科核心素养的培养。
1新旧教材内容呈现的比较分析1.1目录比较人教版新教材总体上继承了原有教材的目录编排，新教材既有一定的继承性又注重时代性，字体大小颜色和行间距的版面排版更加特色鲜明，标题更加简洁明了，增减内容也更加符合科技发展的需求。
新旧版高中生物教材目录比较见表1。
1.2内容比较1.2.1插图的比较教材插图是指插附在教材文字中间，或是教材知识的一种呈现形式，或是教材知识内容本身的一部分，或用以帮助说明文字内容的图画。
本专题新旧教材中插图的具体比较见表2。
从表2所统计的内容可以看出，新旧教材在本章的插图数量没有多大变化，但插图内容还是有些改变，新旧教材在插图方面的改变主要表现在以下几个方面。
（1）插图的内容没有改变，但插图的标题有微变。
如图4-1由原来的“核糖与脱氧核糖”变为“核糖与脱氧核糖的结构模式图”，图4-3由原来的“三种RNA示意图”变为“三种主要的RNA示意图”，图4-4由原来的“以DNA为模板转录RNA的图解”变为“以DNA为模板转录RNA的示意图”，表4-1有原来的“20种氨基酸的密码子表”变为“21种氨基酸的密码子表”。
通过这些微调间的比较，可以看出教材编者在细节上的追求，内容更加科学，语言更加严谨。
（2）插图内容与位置调整。
如旧教材的图4-7中心法则图解安排在第2节里面，新教材调整到了第1节中，且图解标题和内容都改变。
素能提升课基因表达过程中的相关计算
[核心精要]
1．依据：DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
(1)图示：
(2)规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。
(3)计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6基因中碱基数。
2．计算中“最多”和“最少”的分析
(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
(3)在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
[对点训练]
1．一个mRNA分子有m个碱基，其中(G＋C)有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。
则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的(A＋T)数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是( )
A．m、m/3－1
B．m、m/3－2
C．2(m－n)、m/3－1
D．2(m－n)、m/3－2
D[由题意可知，mRNA分子有m个碱基且(G＋C)的数目为n，则此mRNA分子中(A＋U)的数目为(m－n)，控制其合成的DNA分子模板链中(A＋T)的数目至少为(m－n)，整个双链DNA 分子中(A＋T)的数目至少为2(m－n)；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数最多应为m/3－2。
]
2．某DNA片段转录形成的mRNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的10%，尿嘧啶(U)占碱基总数的30%，则转录出该mRNA的DNA片段中，腺嘌呤(A)所占的比例为( ) A．10% B．20%
C．30% D．40%
B[由题意可知，在该mRNA中，A＋U＝40%，则DNA分子中模板链中A＋T＝40%，则在整个DNA分子中A＋T＝40%，又知双链DNA中A＝T，所以该DNA片段中，A＝20%。
] 3．某蛋白质分子由一条含176个氨基酸的肽链构成。
下列叙述正确的是( )
A．参与合成该多肽的tRNA最多有61种
B．与该多肽合成有关的细胞器只有核糖体
C．组成该多肽的氨基酸至少有21种
D．该多肽的模板mRNA上决定氨基酸的密码子最多有64种
A[mRNA中密码子数决定肽链中氨基酸的个数，肽链中含有176个氨基酸，因此决定氨基酸的密码子数为176个，64种密码子中决定氨基酸的密码子有61种，所以该多肽的模板mRNA上决定氨基酸的密码子最多有61种；由于密码子和反密码子之间碱基互补配对，故参与合成该多肽的tRNA最多有61种；参与合成该多肽的细胞器是核糖体和线粒体；组成该多肽的氨基酸最多有21种。
综上所述，A项正确。
]
4．已知一个蛋白质分子由4条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有396个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中的U和C共800个，则转录成mRNA的DNA分子中，G和A最少共有( )
A．600个B．1 200个
C．800个D．1 600个
B[4条肽链有396个肽键，说明共有400个氨基酸，则mRNA碱基数至少为400×3＝1 200(个)，DNA中碱基数至少为400×3×2＝2 400(个)，又知(G＋A)之和为DNA总碱基数的一半，则DNA分子中G和A最少共有1 200个。
]
5．现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。
现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有( )
A．130个B．260个
C．313个D．无法确定
B[由题意可知，此蛋白质由191个氨基酸脱水缩合而成，控制其合成的mRNA中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U为313个，所以mRNA中G＋C为573－313＝260(个)，故DNA 的两条链中G＋C共有520个，即该基因中G至少有260个。
]
6．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为( )
A．33 11 66 B．36 12 72
C．12 36 72 D．11 36 66
B[一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。
mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸需要一个tRNA来转运。
因此，mRNA中至少含有36个碱基，至少需要12个tRNA，DNA中至少含有72个碱基。
]
7．某DNA分子共有1 200对碱基，A＋T占46%，其中一条链中G和T分别占22%和28%，则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分别是( ) A．32% 400个B．32% 200个
C．18% 200个D．22% 400个
A[DNA分子中A＋T占46%，则每条链中A＋T占46%，G＋C占54%。
已知一条链中G和T分别为22%和28%，则该链中A和C分别为18%和32%。
则以此链为模板转录的mRNA中G占32%。
由DNA碱基数目∶RNA碱基数目∶氨基酸数目＝6∶3∶1可知，其翻译产物中含氨基酸的数目最多为1200×2÷6＝400(个)。
]
8．下图表示真核细胞内的三个重要生理过程，请据图回答下列问题：
甲乙丙
(1)图甲所示为________过程，从结果分析该过程的特点是________，在正常情况下，甲图中碱基的排列顺序相同的单链是________。
(2)在图甲所示的一个DNA分子片段中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的44%，其中一条链(a)上的鸟嘌呤占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的鸟嘌呤占b链碱基总数的比例是________。
(3)在玉米的叶肉细胞中能发生过程乙的场所有_____________；过程乙________(填“能”或“不能”)发生在哺乳动物成熟的红细胞中。
(4)图乙中f的碱基种类与图丙中的________相同，图乙中的RNA聚合酶结合位点位于分子________上，起始密码和终止密码位于图乙中的________分子上。
(填字母)。
(5)如果图丙中的k由351个基本单位构成，则对应合成完整的n链，最多需要脱掉
________个水分子。
[解析](1)DNA复制以DNA的两条链为模板，转录以DNA的一条链为模板，翻译以mRNA 为模板。
故甲、乙、丙分别表示DNA复制、转录、翻译过程。
a和d分别是亲代DNA分子的两条链，二者的碱基序列呈互补关系，因此a和c、b和d上的碱基序列相同。
(2)整个DNA分子中(A＋T)占44%，则(G＋C)占56%，其中一条链上(G＋C)也占该链碱基总数的56%，又因为其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，所以与a链对应的互补链(b)上的G占b链碱基总数的比例为56%－21%＝35%。
(3)玉米的叶肉细胞中能发生转录的场所包括细胞核、线粒体和叶绿体；哺乳动物成熟的红细胞内没有细胞核和细胞器，不会发生过程乙。
(4)图乙中f是
RNA，图丙中k是mRNA，二者碱基种类相同；转录时RNA聚合酶与DNA模板链上的特定位点结合启动转录过程，密码子位于mRNA上。
(5)k链由351个基本单位构成，则最多对应117个密码子，最多对应117个氨基酸，脱掉116个水分子。
[答案](1)DNA复制半保留复制a和c、b和d (2)35% (3)细胞核、线粒体、叶绿体不能(4)k e f (5)116。
