分子遗传学的中心法则范文

导语：如何才能写好一篇分子遗传学的中心法则，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词:分子生物学 遗传中心法则 教学主线 挑战与发展

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.008

遗传中心法则是分子生物学教学的重点内容,其重要意义在于以简明扼要的形式来表示生物的遗传信息贮存、传递、表达的过程及方向。把DNA自我复制、DNA转录产生RNA、RNA翻译产生蛋白质从而表现生物的遗传性状这种普遍的传递方式,以及逆转录、RNA复制等特殊的传递方式进行科学性的高度概括。因此遗传中心法则应成为分子生物学教学的一条主线,来引导整个教学过程,对于克服解决分子生物学的教学难点可以产生事半功倍的效果。本人在教学中对此制定了若干教学策略,发掘利用一些相关的教学资源,并采取相应的措施加以实施。

1.教学时机的选择

在各类教材中,关于遗传中心法则的编排,有几种不同的方式。有的排在DNA复制、逆转录、转录、翻译等内容之前的导言部分,有的排在上述内容之后的总结部分,有的插在DNA复制的章节之中。这些不同的编排方式实际上体现了不同编者对遗传中心法则教学时机选择的不同看法。本人在教学中采用前后结合的方式,即在导言部分先展示遗传中心法则的关系式,并简要介绍其基本内容。在讲解完DNA复制、转录、翻译、反转录、RNA复制等过程之后,再次以遗传中心法则来概括总结上述内容。并重点强调各种物质在遗传信息传递过程中的作用及相互关系,使遗传中心法则发挥了先头引导和终末总结的双重作用。

2.教学进程步骤的选择

补充发展的遗传中心法则包含了遗传信息在DNA、RNA、蛋白质这三大类物质之间传递的五个过程:

这些过程的详述内容多数教材是以三大类物质各自的生物合成方式编排的。按此编排顺序讲解,不利一点在于因为这过早涉及到逆转录和RNA复制这两种主要存在于病毒的传递方式,会影响学生对生物界最普遍、最重要的三条“生产线”,即DNA复制、转录、翻译过程认识的连贯性。本人选择的教学步骤是先连贯起来讲解这三条最重要的“生产线”,阐明其普遍性意义,然后补充介绍逆转录和RNA复制的特殊性。这样一方面使重点内容更加突出,主次更加分明。另一方面也能体现出遗传中心法则学说本身的历史发展过程。

3.重点内容知识的理解巩固措施

遗传中心法则所包含的内容属于分子生物学的范畴,抽象的名词概念较多,往往使初学者在理解上有一定的难度。可以采取以下措施来克服解决:

3.1要求学生不仅能正确写出遗传中心法则的表示式,还帮助、要求学生能用简要的文字说明来概括其内容要点:①DNA分子中贮存着生物的遗传信息,并以亲代DNA为模板,通过自我复制把遗传信息传递给子代DNA②DNA遗传信息表达的第一步是以DNA为模板通过转录指导合成RNA,把DNA的遗传信息传递给RNA③遗传信息表达的第二步是以mRNA为模板,通过翻译指导合成蛋白质;④某些RNA病毒能通过逆转录过程,以RNA为模板指导合成DNA,把RNA病毒的遗传信息传递给DNA⑤某些病毒的RNA也能进行自我复制。

3.2布置一些与遗传中心法则有关的习题,有助于加强重点内容知识的理解巩固:①设某一DNA分子有转录功能的模板链的碱基排列顺序为:

写出由它转录产生的RNA链的碱基排列顺序。

②假设上题转录产生的是一条mRNA链,查阅遗传密码表,写出由此mRNA翻译产生的蛋白质的氨基酸排列顺序。

③某一病毒的RNA的碱基顺序为:

写出由它逆转录产生的cDNA单链及DNA双链。

4.介绍与遗传中心法则有关的人物及成果

让学生了解一些遗传中心法则的历史发展过程,有助于对其科学性和重要意义的认识。本人结合教材内容适当补充介绍一些与遗传中心法则的建立有关的人物与成果:

(1)1958年克里克首先提出遗传中心法则,认为DNA的遗传信息先传递给一种中间模板(RNA),蛋白质是以中间模板进行生物合成的。

(2)1961年雅各布和莫诺等人发现并证明了克里克所说的中间模板就是mRNA。

(3)1968年在尼伦伯格等人的多年研究下,一套生物界通用的遗传密码表全部破译了,证实了从mRNA到蛋白质的信息传递过程。

(4)1965年斯皮格尔曼在RNA病毒中发现了RNA复制酶,证明了RNA复制过程,使遗传中心法则得到补充。

(5)1970年坦明和巴尔的摩发现了逆转录酶,证明了以RNA为模板指导DNA合成的逆转录过程,使遗传中心法则又得到重要的补充和发展。

5.探索遗传信息传递的其它可能性

目前的遗传中心法则似乎还有几笔没有填写的“空白”,这也是一些求知欲较强的学生往往会提出的问题。可借此引导学生运用科学思维对未知领域大胆猜想,古往今来很多重要的科学发现最初也是从猜想、假说引发的。

5.1 DNA能否直接决定蛋白质

这种猜想在遗传中心法则提出之前就曾有过。在还未发现RNA是DNA到蛋白质的中间模板之前,曾经设想各种氨基酸是嵌入在DNA形成的“空洞”里,在DNA模板上连接成多肽链。后来有人在一些离体实验中观察到,一些抗生素,如新霉素、链霉素,能扰乱核糖体对mRNA的选择和结合。受抗生素干扰的核糖体可以接受单链DNA分子代替mRNA分子,从而以单链DNA为模板翻译出多肽链的氨基酸顺序。另外还有人发现,细胞核里的DNA可以直接转移到细胞质的核糖体上,由DNA直接决定蛋白质的合成。

5.2 蛋白质能否传递遗传信息

克里克在提出中心法则时指出:信息从核酸到蛋白质的传递是可能的,但信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸中。也就是说,蛋白质是遗传信息传递的终点。这一观点现已面临诸多方面的挑战。

5.2.1蛋白质能否决定DNA

有人发现了一种被称为Rev1DNA聚合酶的蛋白质,它可以为DNA复制提供编码信息。研究者发现一些致癌物质能破坏DNA的鸟嘌呤(G),或者破坏鸟嘌呤与胞嘧啶(C)的配对。而Revl DNA聚合酶可以以自身为模板在DNA复制链上加一个胞嘧啶,这个胞嘧啶无论鸟嘌呤是否在DNA模板中存在,都会被Rev1加上去。这样在DNA下一次复制时就可以利用这条单链复制出与它互补的DNA新链。.Rev1的发现有两方面的意义,一方面它是在有致癌物质的情况下,对受损的DNA进行修复的一种新的机制。另一方面,这也许可以看作是蛋白质可以作为DNA合成模板的启示。

5.2.2蛋白质能否决定RNA

RNA编辑是1986年Benne等人首先在原生动物布氏锥虫线粒体内的发现的一种新的遗传现象。后来相继发现高等植物,哺乳动物和病毒也有RNA编辑作用。RNA编辑是指由基因转录产生的mRNA分子。在酶的催化作用下,发生核苷酸的删除,插入或替换,使得转录产物的序列不与基因的序列互补。RNA编辑对于生物来说具有校正、扩充遗传信息和调控翻译等重要的生物学意义。此外由于参与RNA编辑的酶属于蛋白质酶类,因此对于中心法则来说,也许可以在RNA蛋白质之间加上一个反向的箭头符号,即RNA蛋白质。

5.2.3 蛋白质能否复制

1997年度诺贝尔医学生理学奖授予美国的普鲁辛纳,以表彰他发现了一种可导致疯牛病和人类罕见的克雅氏症的蛋白质致病因子――普里昂蛋白。该致病因子只含蛋白质成分,不含核酸(DNA或RNA)成分。但却有极强的侵染性。致病型普里昂蛋白(prpsc)可诱使正常型普里昂蛋白(prpc)转化为致病型,两种蛋白质的一级结构相同,但二级结构不同,正常型prpc二级结构中α一螺旋占40以上,几乎不含β一折叠。而致病型prpsc含有高达50左右的β一折叠。目前对于prpsc扩增机制的研究有两种模型学说,一种是重折叠模型,又称模板辅助模型,另一种是晶种模型,又称成核聚合模型,都能使prpsc以几何级数扩增。由于prpsc扩增必须有致病型prpsc和正常型prpc的存在, 因此有人提出将这种扩增的方式称为“自他复制”,以区别于DNA的自我复制。这一发现在生物科学界引起了极大的震动,其重大意义在于使人类对病原体的认识又前进了一步,认识到除了通常的细菌、病毒、霉菌、寄生虫外,变异的蛋白质也可传播疾病。此外,随着对致病型普里昂蛋白复制原理及过程的进一步研究,也许在遗传中心法则中,蛋白质复制这个“圈”可能得到补充。

参考文献:

[1] 汪承润,屈艾,蒋继宏.中心法则的发展和面临的挑战[J]。生物学教学,2003,28(1)4-7.

[2] 李振刚.分子遗传学:第2版[M].北京:科学出版社,2004.

[3]药立波.医学分子生物学:第3版[M].北京:人民卫生出版社,2008.

篇2

热点问题是指社会关注度极高的问题。考纲中的热点问题一般指的就是与高中生物知识点相关联的问题。纵观近几年各地高考卷，热点问题的身影无处不在，如埃博拉病毒、HIV、诺贝尔奖等等。作为一线教师，对这些热点问题必须有足够的敏感性，能够在教学的过程中作为教学资料适时的穿去。这样，既达到了考纲要求，又能将理论与实践有机的联系了起来，利于学生将书本知识内化为自身的知识，激起学生的学习兴趣。

下面就对与高中生物相关的几个热点问题进行浅析。

1.埃博拉病毒等与人类疾病相关的病原体

埃博拉病毒是丝状病毒科中的一种病毒，遗传物质为单链RNA，可导致埃博拉病毒出血热，罹患此病可致人于死，包含数种不同程度的症状（包括恶心、呕吐、腹泻、肤色改变、全身酸痛、体内出血、体外出血、发烧等），致死原因主要为中风、心肌梗塞、低血容量性休克或器官衰竭。其生物安全等级为4级（艾滋病为3级，SARS为3级，级数越大防护越严格）。病毒潜伏期可达2至21天，但通常只有5天至10天。埃博拉病毒主要是通过病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途径传播。2014年非洲爆发此病毒疫情为有记录以来最严重的埃博拉疫情。

乙肝、艾滋、SARS、禽流感、手足口病、H1N1病毒、埃博拉等等，生物进化史上总少不了这些流行病的爆发。导致与之相关的习题层出不穷。

例题：（15年重庆卷）7、2014年埃博拉病在非洲蔓延，我国派出医疗队首次在境外组建医院，帮助治疗埃博拉疫情。

（1）研究表明，埃博拉病毒侵入机体后，通过靶向感染、破坏吞噬细胞等，使其不能暴露病毒的__________，以致感染信息不能呈递给__________，阻止正常激活细胞免疫和体液免疫应答过程，导致机体对该病毒的__________免疫功能下降。因此，病毒在体内快速增殖、致病。

（2）对志愿者接种埃博拉试验疫苗后，机体免疫系统能产生相应抗体，还能产生的免疫细胞有______________________________。

（3）用埃博拉病毒的某种蛋白免疫小鼠，通过__________技术获得杂交瘤细胞，用于生产单克隆抗体治疗该病。

此题以埃博拉病毒为切入点，考察了必修3的免疫相关知识和选修3的单克隆抗体的制备。16年的北京卷29题依然考察了埃博拉病毒。此外，近3年如14年北京卷31题、15年北京卷第1题，15年天津卷第2题，15年浙江卷第1题等等，均涉及到了相关疾病的病原体的考察。

这些考察如果追根溯源，考察的是课本基础知识。我们可以在讲病毒这一章节时，介绍埃博拉病毒、艾滋病毒、流感病毒等热点问题所涉及的病毒的相关知识，比如它们的遗传物质是RNA，营寄生生活，组成成分均只有核酸和蛋白质；在中心法则这一章节，介绍这些病毒在宿主细胞内遗传信息的流动过程；在免疫这一章节时，介绍病毒作为抗原，进入机体后的免疫过程，涉及到的免疫细胞等；在单克隆抗体的制备这一节，介绍制备对付相应病毒的单抗的方法。

2.诺贝尔奖

诺贝尔奖的颁发是国人以及全世界均很是关注的问题，特别是涉及一些基础学科知识的时候，往往会成为考察的热点。

诺贝尔奖官方网站消息，在斯德哥尔摩时间10月7日11时30分（北京时间10月7日17时30分）宣布，将2013年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家詹姆斯-E.罗斯曼和兰迪-W.谢克曼、德国科学家托马斯-C.苏德霍夫，以表彰他们发现细胞内部囊泡运输调控机制。

例题：（14年重庆卷）6、获2013年诺贝尔奖的科学家发现了与囊泡运输相关的基因及其表达蛋白的功能，揭示了信号如何引导囊泡精确释放运输物。突触小泡属于囊泡，以下相关叙述，错误的是（ ）。

A.神经元中的线粒体为突触小泡的运输提供了能量

B.神经元特有的基因决定了突触小泡的运输方式

C.突触前膜的特定蛋白决定了神经递质的释放位置

D.突触小泡中运输物的释放受到神经冲动的影响

这题的诺贝尔奖仅仅作为素材，解题需要学生用神经冲动的传递的基本知识去分析，去解决。囊泡运输在高中生物的知识树上，横向联系会比较多，物质运输的方式这一章节，介绍囊泡（膜泡）运输是耗能的，不穿膜；分泌蛋白的合成与分泌这一章节介绍囊泡的来源和去路，导致的相关膜面积的变化；激素调节和神经调节中总结哪些物质的运输需要用到囊泡等等。

2015年的12月10日傍晚中国科学家屠呦呦在瑞典首都斯德哥尔摩音乐厅领取2015年诺贝尔生理学或医学奖证书、奖章。以奖励她在用于抗疟疾治疗的药物青蒿素的提取上的重大贡献。这必将成为新一轮的考察热点。我们可以在生物多样性这里介绍青蒿素的作用及其体现的生物多样性的价值；讲细胞结构这一章节时介绍疟原虫的相关知识；在基因表达这一章节可以以青蒿素的代谢途径为素材挖掘相关基础知识。

3.生物技术安全和伦理问题

基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术或DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，将外源基因（此种生物本身没有的基因）与合适的载体在体外构建重组DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。

基因工程从诞生之日起，关于它的安全性问题的争议从未停止过。除此之外的其它现代生物科技技术的迅猛发展也给人们的生活和伦理观念带来了不少的冲击，比如设计试管婴儿、克隆人以及2015年英国成立立法生效允许培育通过核移植技术培育“三亲婴儿”。

例题：（14年重庆卷）2、生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。下列叙述，错误的是（ ）。

A.应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质

B.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆

C.反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿