分子遺傳學的中心法則范文

導語：如何才能寫好一篇分子遺傳學的中心法則，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞:分子生物學 遺傳中心法則 教學主線 挑戰與發展

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.008

遺傳中心法則是分子生物學教學的重點內容,其重要意義在于以簡明扼要的形式來表示生物的遺傳信息貯存、傳遞、表達的過程及方向。把DNA自我復制、DNA轉錄產生RNA、RNA翻譯產生蛋白質從而表現生物的遺傳性狀這種普遍的傳遞方式,以及逆轉錄、RNA復制等特殊的傳遞方式進行科學性的高度概括。因此遺傳中心法則應成為分子生物學教學的一條主線,來引導整個教學過程,對于克服解決分子生物學的教學難點可以產生事半功倍的效果。本人在教學中對此制定了若干教學策略,發掘利用一些相關的教學資源,并采取相應的措施加以實施。

1.教學時機的選擇

在各類教材中,關于遺傳中心法則的編排,有幾種不同的方式。有的排在DNA復制、逆轉錄、轉錄、翻譯等內容之前的導言部分,有的排在上述內容之后的總結部分,有的插在DNA復制的章節之中。這些不同的編排方式實際上體現了不同編者對遺傳中心法則教學時機選擇的不同看法。本人在教學中采用前后結合的方式,即在導言部分先展示遺傳中心法則的關系式,并簡要介紹其基本內容。在講解完DNA復制、轉錄、翻譯、反轉錄、RNA復制等過程之后,再次以遺傳中心法則來概括總結上述內容。并重點強調各種物質在遺傳信息傳遞過程中的作用及相互關系,使遺傳中心法則發揮了先頭引導和終末總結的雙重作用。

2.教學進程步驟的選擇

補充發展的遺傳中心法則包含了遺傳信息在DNA、RNA、蛋白質這三大類物質之間傳遞的五個過程:

這些過程的詳述內容多數教材是以三大類物質各自的生物合成方式編排的。按此編排順序講解,不利一點在于因為這過早涉及到逆轉錄和RNA復制這兩種主要存在于病毒的傳遞方式,會影響學生對生物界最普遍、最重要的三條“生產線”,即DNA復制、轉錄、翻譯過程認識的連貫性。本人選擇的教學步驟是先連貫起來講解這三條最重要的“生產線”,闡明其普遍性意義,然后補充介紹逆轉錄和RNA復制的特殊性。這樣一方面使重點內容更加突出,主次更加分明。另一方面也能體現出遺傳中心法則學說本身的歷史發展過程。

3.重點內容知識的理解鞏固措施

遺傳中心法則所包含的內容屬于分子生物學的范疇,抽象的名詞概念較多,往往使初學者在理解上有一定的難度。可以采取以下措施來克服解決:

3.1要求學生不僅能正確寫出遺傳中心法則的表示式,還幫助、要求學生能用簡要的文字說明來概括其內容要點:①DNA分子中貯存著生物的遺傳信息,并以親代DNA為模板,通過自我復制把遺傳信息傳遞給子代DNA②DNA遺傳信息表達的第一步是以DNA為模板通過轉錄指導合成RNA,把DNA的遺傳信息傳遞給RNA③遺傳信息表達的第二步是以mRNA為模板,通過翻譯指導合成蛋白質;④某些RNA病毒能通過逆轉錄過程,以RNA為模板指導合成DNA,把RNA病毒的遺傳信息傳遞給DNA⑤某些病毒的RNA也能進行自我復制。

3.2布置一些與遺傳中心法則有關的習題,有助于加強重點內容知識的理解鞏固:①設某一DNA分子有轉錄功能的模板鏈的堿基排列順序為:

寫出由它轉錄產生的RNA鏈的堿基排列順序。

②假設上題轉錄產生的是一條mRNA鏈,查閱遺傳密碼表,寫出由此mRNA翻譯產生的蛋白質的氨基酸排列順序。

③某一病毒的RNA的堿基順序為:

寫出由它逆轉錄產生的cDNA單鏈及DNA雙鏈。

4.介紹與遺傳中心法則有關的人物及成果

讓學生了解一些遺傳中心法則的歷史發展過程,有助于對其科學性和重要意義的認識。本人結合教材內容適當補充介紹一些與遺傳中心法則的建立有關的人物與成果:

(1)1958年克里克首先提出遺傳中心法則,認為DNA的遺傳信息先傳遞給一種中間模板(RNA),蛋白質是以中間模板進行生物合成的。

(2)1961年雅各布和莫諾等人發現并證明了克里克所說的中間模板就是mRNA。

(3)1968年在尼倫伯格等人的多年研究下,一套生物界通用的遺傳密碼表全部破譯了,證實了從mRNA到蛋白質的信息傳遞過程。

(4)1965年斯皮格爾曼在RNA病毒中發現了RNA復制酶,證明了RNA復制過程,使遺傳中心法則得到補充。

(5)1970年坦明和巴爾的摩發現了逆轉錄酶,證明了以RNA為模板指導DNA合成的逆轉錄過程,使遺傳中心法則又得到重要的補充和發展。

5.探索遺傳信息傳遞的其它可能性

目前的遺傳中心法則似乎還有幾筆沒有填寫的“空白”,這也是一些求知欲較強的學生往往會提出的問題。可借此引導學生運用科學思維對未知領域大膽猜想,古往今來很多重要的科學發現最初也是從猜想、假說引發的。

5.1 DNA能否直接決定蛋白質

這種猜想在遺傳中心法則提出之前就曾有過。在還未發現RNA是DNA到蛋白質的中間模板之前,曾經設想各種氨基酸是嵌入在DNA形成的“空洞”里,在DNA模板上連接成多肽鏈。后來有人在一些離體實驗中觀察到,一些抗生素,如新霉素、鏈霉素,能擾亂核糖體對mRNA的選擇和結合。受抗生素干擾的核糖體可以接受單鏈DNA分子代替mRNA分子,從而以單鏈DNA為模板翻譯出多肽鏈的氨基酸順序。另外還有人發現,細胞核里的DNA可以直接轉移到細胞質的核糖體上,由DNA直接決定蛋白質的合成。

5.2 蛋白質能否傳遞遺傳信息

克里克在提出中心法則時指出:信息從核酸到蛋白質的傳遞是可能的,但信息不能由蛋白質轉移到蛋白質或核酸中。也就是說,蛋白質是遺傳信息傳遞的終點。這一觀點現已面臨諸多方面的挑戰。

5.2.1蛋白質能否決定DNA

有人發現了一種被稱為Rev1DNA聚合酶的蛋白質,它可以為DNA復制提供編碼信息。研究者發現一些致癌物質能破壞DNA的鳥嘌呤(G),或者破壞鳥嘌呤與胞嘧啶(C)的配對。而Revl DNA聚合酶可以以自身為模板在DNA復制鏈上加一個胞嘧啶,這個胞嘧啶無論鳥嘌呤是否在DNA模板中存在,都會被Rev1加上去。這樣在DNA下一次復制時就可以利用這條單鏈復制出與它互補的DNA新鏈。.Rev1的發現有兩方面的意義,一方面它是在有致癌物質的情況下,對受損的DNA進行修復的一種新的機制。另一方面,這也許可以看作是蛋白質可以作為DNA合成模板的啟示。

5.2.2蛋白質能否決定RNA

RNA編輯是1986年Benne等人首先在原生動物布氏錐蟲線粒體內的發現的一種新的遺傳現象。后來相繼發現高等植物,哺乳動物和病毒也有RNA編輯作用。RNA編輯是指由基因轉錄產生的mRNA分子。在酶的催化作用下,發生核苷酸的刪除,插入或替換,使得轉錄產物的序列不與基因的序列互補。RNA編輯對于生物來說具有校正、擴充遺傳信息和調控翻譯等重要的生物學意義。此外由于參與RNA編輯的酶屬于蛋白質酶類,因此對于中心法則來說,也許可以在RNA蛋白質之間加上一個反向的箭頭符號,即RNA蛋白質。

5.2.3 蛋白質能否復制

1997年度諾貝爾醫學生理學獎授予美國的普魯辛納,以表彰他發現了一種可導致瘋牛病和人類罕見的克雅氏癥的蛋白質致病因子――普里昂蛋白。該致病因子只含蛋白質成分,不含核酸(DNA或RNA)成分。但卻有極強的侵染性。致病型普里昂蛋白(prpsc)可誘使正常型普里昂蛋白(prpc)轉化為致病型,兩種蛋白質的一級結構相同,但二級結構不同,正常型prpc二級結構中α一螺旋占40以上,幾乎不含β一折疊。而致病型prpsc含有高達50左右的β一折疊。目前對于prpsc擴增機制的研究有兩種模型學說,一種是重折疊模型,又稱模板輔助模型,另一種是晶種模型,又稱成核聚合模型,都能使prpsc以幾何級數擴增。由于prpsc擴增必須有致病型prpsc和正常型prpc的存在, 因此有人提出將這種擴增的方式稱為“自他復制”,以區別于DNA的自我復制。這一發現在生物科學界引起了極大的震動,其重大意義在于使人類對病原體的認識又前進了一步,認識到除了通常的細菌、病毒、霉菌、寄生蟲外,變異的蛋白質也可傳播疾病。此外,隨著對致病型普里昂蛋白復制原理及過程的進一步研究,也許在遺傳中心法則中,蛋白質復制這個“圈”可能得到補充。

參考文獻:

[1] 汪承潤,屈艾,蔣繼宏.中心法則的發展和面臨的挑戰[J]。生物學教學,2003,28(1)4-7.

[2] 李振剛.分子遺傳學:第2版[M].北京:科學出版社,2004.

[3]藥立波.醫學分子生物學:第3版[M].北京:人民衛生出版社,2008.

篇2

熱點問題是指社會關注度極高的問題。考綱中的熱點問題一般指的就是與高中生物知識點相關聯的問題。縱觀近幾年各地高考卷，熱點問題的身影無處不在，如埃博拉病毒、HIV、諾貝爾獎等等。作為一線教師，對這些熱點問題必須有足夠的敏感性，能夠在教學的過程中作為教學資料適時的穿去。這樣，既達到了考綱要求，又能將理論與實踐有機的聯系了起來，利于學生將書本知識內化為自身的知識，激起學生的學習興趣。

下面就對與高中生物相關的幾個熱點問題進行淺析。

1.埃博拉病毒等與人類疾病相關的病原體

埃博拉病毒是絲狀病毒科中的一種病毒，遺傳物質為單鏈RNA，可導致埃博拉病毒出血熱，罹患此病可致人于死，包含數種不同程度的癥狀（包括惡心、嘔吐、腹瀉、膚色改變、全身酸痛、體內出血、體外出血、發燒等），致死原因主要為中風、心肌梗塞、低血容量性休克或器官衰竭。其生物安全等級為4級（艾滋病為3級，SARS為3級，級數越大防護越嚴格）。病毒潛伏期可達2至21天，但通常只有5天至10天。埃博拉病毒主要是通過病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途徑傳播。2014年非洲爆發此病毒疫情為有記錄以來最嚴重的埃博拉疫情。

乙肝、艾滋、SARS、禽流感、手足口病、H1N1病毒、埃博拉等等，生物進化史上總少不了這些流行病的爆發。導致與之相關的習題層出不窮。

例題：（15年重慶卷）7、2014年埃博拉病在非洲蔓延，我國派出醫療隊首次在境外組建醫院，幫助治療埃博拉疫情。

（1）研究表明，埃博拉病毒侵入機體后，通過靶向感染、破壞吞噬細胞等，使其不能暴露病毒的__________，以致感染信息不能呈遞給__________，阻止正常激活細胞免疫和體液免疫應答過程，導致機體對該病毒的__________免疫功能下降。因此，病毒在體內快速增殖、致病。

（2）對志愿者接種埃博拉試驗疫苗后，機體免疫系統能產生相應抗體，還能產生的免疫細胞有______________________________。

（3）用埃博拉病毒的某種蛋白免疫小鼠，通過__________技術獲得雜交瘤細胞，用于生產單克隆抗體治療該病。

此題以埃博拉病毒為切入點，考察了必修3的免疫相關知識和選修3的單克隆抗體的制備。16年的北京卷29題依然考察了埃博拉病毒。此外，近3年如14年北京卷31題、15年北京卷第1題，15年天津卷第2題，15年浙江卷第1題等等，均涉及到了相關疾病的病原體的考察。

這些考察如果追根溯源，考察的是課本基礎知識。我們可以在講病毒這一章節時，介紹埃博拉病毒、艾滋病毒、流感病毒等熱點問題所涉及的病毒的相關知識，比如它們的遺傳物質是RNA，營寄生生活，組成成分均只有核酸和蛋白質；在中心法則這一章節，介紹這些病毒在宿主細胞內遺傳信息的流動過程；在免疫這一章節時，介紹病毒作為抗原，進入機體后的免疫過程，涉及到的免疫細胞等；在單克隆抗體的制備這一節，介紹制備對付相應病毒的單抗的方法。

2.諾貝爾獎

諾貝爾獎的頒發是國人以及全世界均很是關注的問題，特別是涉及一些基礎學科知識的時候，往往會成為考察的熱點。

諾貝爾獎官方網站消息，在斯德哥爾摩時間10月7日11時30分（北京時間10月7日17時30分）宣布，將2013年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家詹姆斯-E.羅斯曼和蘭迪-W.謝克曼、德國科學家托馬斯-C.蘇德霍夫，以表彰他們發現細胞內部囊泡運輸調控機制。

例題：（14年重慶卷）6、獲2013年諾貝爾獎的科學家發現了與囊泡運輸相關的基因及其表達蛋白的功能，揭示了信號如何引導囊泡精確釋放運輸物。突觸小泡屬于囊泡，以下相關敘述，錯誤的是（ ）。

A.神經元中的線粒體為突觸小泡的運輸提供了能量

B.神經元特有的基因決定了突觸小泡的運輸方式

C.突觸前膜的特定蛋白決定了神經遞質的釋放位置

D.突觸小泡中運輸物的釋放受到神經沖動的影響

這題的諾貝爾獎僅僅作為素材，解題需要學生用神經沖動的傳遞的基本知識去分析，去解決。囊泡運輸在高中生物的知識樹上，橫向聯系會比較多，物質運輸的方式這一章節，介紹囊泡（膜泡）運輸是耗能的，不穿膜；分泌蛋白的合成與分泌這一章節介紹囊泡的來源和去路，導致的相關膜面積的變化；激素調節和神經調節中總結哪些物質的運輸需要用到囊泡等等。

2015年的12月10日傍晚中國科學家屠呦呦在瑞典首都斯德哥爾摩音樂廳領取2015年諾貝爾生理學或醫學獎證書、獎章。以獎勵她在用于抗瘧疾治療的藥物青蒿素的提取上的重大貢獻。這必將成為新一輪的考察熱點。我們可以在生物多樣性這里介紹青蒿素的作用及其體現的生物多樣性的價值；講細胞結構這一章節時介紹瘧原蟲的相關知識；在基因表達這一章節可以以青蒿素的代謝途徑為素材挖掘相關基礎知識。

3.生物技術安全和倫理問題

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術或DNA重組技術，是以分子遺傳學為理論基礎，將外源基因（此種生物本身沒有的基因）與合適的載體在體外構建重組DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。

基因工程從誕生之日起，關于它的安全性問題的爭議從未停止過。除此之外的其它現代生物科技技術的迅猛發展也給人們的生活和倫理觀念帶來了不少的沖擊，比如設計試管嬰兒、克隆人以及2015年英國成立立法生效允許培育通過核移植技術培育“三親嬰兒”。

例題：（14年重慶卷）2、生物技術安全性和倫理問題是社會關注的熱點。下列敘述，錯誤的是（ ）。

A.應嚴格選擇轉基因植物的目的基因，避免產生對人類有害的物質

B.當今社會的普遍觀點是禁止克隆人的實驗，但不反對治療性克隆

C.反對設計試管嬰兒的原因之一是有人濫用此技術選擇性設計嬰兒