人教版必修2生物：4.3遺傳密碼的破譯教案

高中生物必修2第四章第三節(jié)的教學(xué)設(shè)計遺傳密碼的破譯〔選學(xué)〕廣州市第九十七中學(xué) 沈顏英〔E-mail：yanyingshen@Tom〕課時課標解讀學(xué)問目標說出遺傳密碼的閱讀方式。說出遺傳密碼的破譯過程。教學(xué)重點和難點教學(xué)重點：遺傳密碼的破譯過程。教學(xué)難點：尼倫伯格和馬太設(shè)計的蛋白質(zhì)體外合成試驗。力氣目標培育學(xué)生整理、歸納信息的力氣。讓學(xué)生學(xué)會用已有學(xué)問和閱歷提出假說，運用類比推理的方法得出結(jié)論。情感、態(tài)度、價值觀目標了解生物學(xué)爭論史，感受科學(xué)爭論的艱辛歷程。培育學(xué)生的科學(xué)探究精神和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。課時安排 1課時一、教材分析本節(jié)的主要內(nèi)容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節(jié)的重要補充。本節(jié)內(nèi)容屬的作用，為學(xué)生學(xué)習(xí)探究方法供給了很好的材料。承接第1節(jié)介紹的理論推導(dǎo)，本節(jié)進一步探討遺傳密碼的閱讀方式，然后介紹克里同的爭論思路，即利用生物化學(xué)的手段，建立蛋白質(zhì)體外合成系統(tǒng)。學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的合成后，了解蛋白質(zhì)的體外合成系統(tǒng)相對簡潔較簡潔承受了。二、學(xué)生狀況分析的學(xué)習(xí)不夠X科班同學(xué)深入。本設(shè)計期望通過《遺傳密碼的破譯》的教學(xué)，激發(fā)他們的生好地把握本章內(nèi)容。三、教學(xué)策略本節(jié)的主要內(nèi)容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節(jié)的延長和補充。學(xué)生在第1的破譯過程，使學(xué)生通過這一爭論過程學(xué)習(xí)其中蘊含的科學(xué)爭論方法。承受類比的學(xué)習(xí)方法，使簡潔的問題更簡潔理解。體堿基數(shù)轉(zhuǎn)變對蛋白質(zhì)合成的影響的推理”類比的方法來幫助學(xué)生分析理解轉(zhuǎn)化為學(xué)生生疏的問題，也比教材上用英文單詞類比的方法來的自然、有用。以分析“尼倫伯格和馬太試驗”的設(shè)計思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。對尼倫伯格和馬太試驗的理解是本節(jié)教學(xué)難點。尼倫伯格和馬太設(shè)計試驗的思路與克體外蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，覺察了一個特定的遺傳密碼所對應(yīng)的特定的氨基酸。420在這20(polyU、polyA、polyC、polyG)作模板(mRNA)得到什么結(jié)果，假設(shè)以多核苷酸的重復(fù)序列作模板，又會有什么結(jié)果？教學(xué)設(shè)計思路練習(xí)練習(xí)完成完成遺傳信息、遺傳密碼、反密碼子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之間的連線?！沧寣W(xué)生復(fù)習(xí)舊學(xué)問，強化學(xué)生對遺傳密碼、反密碼子等相關(guān)概念內(nèi)涵的理解〕↓1、學(xué)生活動：翻譯莫爾斯密碼編寫的問題?！参龑W(xué)生興趣〕問題探討1、學(xué)生活動：翻譯莫爾斯密碼編寫的問題?！参龑W(xué)生興趣〕問題探討2、莫爾斯密碼簡介，讓學(xué)生答復(fù)莫爾斯密碼怎么代表不同的信息。3、導(dǎo)入問題：遺傳密碼又是如何代表遺傳信息的，遺傳密碼如何破譯？↓問題情境問題情境遺傳密碼的破譯過程相關(guān)試驗、推理及其結(jié)論：1、遺傳密碼的試拼。2、遺傳密碼的閱讀方式的探究。3、遺傳密碼的對應(yīng)規(guī)章及推理。讓學(xué)生體驗遺傳密碼的破譯歷程，熬煉分析推理力氣?！龑Ρ葰w納對比歸納小結(jié)遺傳密碼破譯的歷程及成果；比較克里克的試驗和尼倫伯格、馬太的試驗；遺傳密碼的特點。四、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容 學(xué)生活動

教師的組織和引導(dǎo)

教學(xué)意圖學(xué)問回憶

回憶前面所學(xué)學(xué)問，完成連線題

學(xué)問回憶練習(xí)：完成遺傳信息、遺傳密碼、反密碼子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之間的連線DNA遺傳信息基因

學(xué)問回憶引起學(xué)生思考密碼子反密碼反密碼子

mRNAtRNArRNA

子的問題指導(dǎo)學(xué)生翻譯莫爾斯密碼編寫的問題問題探討這是用莫爾斯·－－/ /·/·－·/·/·－/·－·/·/－－·/·/密碼編寫的問題－·/·/···/·－··/－－－/－·－·/·－/－/·/－··/ 吸引學(xué)生導(dǎo)入課 翻譯莫爾斯密碼編寫的問題

譯文： Wherearegeneslocated?

的思考請用莫爾斯密碼答復(fù)上面的問題－··/－·/· DNA引導(dǎo)學(xué)生分析莫爾斯密碼的設(shè)置，進而回憶遺簡潔介紹聯(lián)系舊學(xué)問

1同的信息。2代表遺傳信息的？

傳密碼子的相關(guān)學(xué)問。莫爾斯密碼怎么代表不同的信息？“·”和“－”的排列組合來儲存信息，可以表達出不同的英文句子、數(shù)字、標點符號遺傳密碼子又是如何代表遺傳信息的呢？在信使RNA分子上，打算一個氨基酸的3個相鄰的堿基?！埠鹗即a、終止碼〕

莫爾斯密生答復(fù)莫爾斯密碼與信息的對應(yīng)關(guān)系U U密碼子

A G A U A U 密碼子 密碼子

mRNA

激發(fā)學(xué)生?氨基酸?氨基酸 ?氨基酸

歷程的欲引導(dǎo)學(xué)生分析和回憶三聯(lián)體密碼子的推導(dǎo)過程，了解伽莫夫的奉獻。介紹遺傳密碼子的破譯歷程

回憶三聯(lián)體密碼子的相關(guān)學(xué)問

遺傳密碼的試拼遺傳1954年，美籍俄裔理論物理學(xué)家伽莫夫傳〔G·Gamow〕應(yīng)用排列組合計算來爭論密遺傳密碼碼推斷：的?1個堿基一種氨基酸，才有41=4種；?2個堿基打算一種氨基酸，有42=16種；?3個堿基打算一種氨基酸，有43=64種；〔?不行能是4個及以上的關(guān)系了Ⅰ伽莫夫認為遺傳密碼是三聯(lián)體密碼，后來被驗證是正確的。

介紹科學(xué)家們的艱辛爭論歷〕 U U密碼子

A G A U A U 密碼子 密碼子

mRNA

科學(xué)嚴謹?shù)臓幷搼B(tài)進一步設(shè)疑，三聯(lián)體密碼如何閱讀呢？帶著學(xué)生度，爭論從分析堿基缺失、增加的角度推論密碼閱讀方式。和分析實完成具體堿基數(shù)轉(zhuǎn)變對

歸納如以以下圖：遺克里克的試驗證據(jù)〔1961年〕

驗的科學(xué)學(xué)生的蛋白質(zhì)合成的影響的推理〔學(xué)案〕，理解密碼子的閱

傳試驗密碼方法碼

噬菌體試驗〔DNA脫落或增加堿基〕試驗結(jié)果

推理運用力氣。讀方式。

的某基因的

增加或刪除1個堿基 無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)破堿基序列中增加或刪除2個堿基譯 增加或刪除3個堿基〔試驗結(jié)論：

1、遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸〔三聯(lián)體密碼〕Ⅱ 2、遺傳密碼的閱讀方式：〕從一個固定的起點開頭；學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)試驗?zāi)康模涸囼灧椒ǎ涸囼炘恚旱鞍踪|(zhì)體外合成系統(tǒng)中以人工合成RNA作摸板合成多肽，確定氨基酸與密碼子的對應(yīng)關(guān)系。

師引導(dǎo)分析。遺傳密碼的對應(yīng)規(guī)章遺尼倫伯格和馬太的無細胞體系——蛋白質(zhì)體外合成的試驗碼傳密碼處理:去掉原DNA和mRNA的試驗步驟：1、提取大腸桿菌的裂開細胞液分于20支試管中〔P75

破提取細胞液目的：譯去除原DNA和譯mRNA目的：

獵取細胞中的核糖體、ATP以及各種酶防止細胞原有的DNA和mRNA作為模板干擾試驗結(jié)果

〔2、每支試管中參與人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸Ⅲ 多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU〕3、每支試管各參與1種氨基酸，共20種〕觀看哪一種氨基酸對應(yīng)人工合成的RNA合成多肽4、參與苯丙氨酸的試管消滅多肽－多聚苯丙氨酸肽鏈苯丙氨酸的密碼子——UUU比較克里克的試驗和尼試驗

比照學(xué)問聯(lián)系與區(qū)自主學(xué)習(xí) 指導(dǎo)學(xué)生比較克里克的試驗和尼倫伯格、馬太的試驗 別，提升學(xué)生分析力氣比較克里克的試驗和尼倫伯格、馬太的試驗比較克里克的試驗和尼倫伯格、馬太的試驗克里克的T4噬菌體試驗堿基的改主要思路 變對蛋白質(zhì)的合成的影響推斷遺傳密碼的性質(zhì)前提 找到使DNA脫落或插入單個堿基的方法尼倫伯格、馬太的體外蛋白質(zhì)合成試驗建立體外蛋白質(zhì)合成系的方法——獲得多核苷酸磷酸化酶優(yōu)勢不需知道蛋白質(zhì)合成的方式，直接推出遺傳密碼與氨基直接推出密碼的閱讀方式缺乏酸對應(yīng)的規(guī)章證據(jù)相對間接，工作量大 需要先了解蛋白質(zhì)合成所需的條件如何為尼倫伯格、馬太的試驗設(shè)計比照組的試驗？在比照試驗中的全部試管中參與成分均不變，但是不參與多聚尿嘧啶核苷酸。的特點。小結(jié)遺傳密碼的破譯1954年，伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷：3個堿基編碼1個氨基酸小結(jié)遺傳密碼破譯的歷程及成果答復(fù)教師的提問完成適當(dāng)?shù)木毩?xí)1961年，克里克第一個用T噬菌體試驗證明：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸,是非重疊式閱讀1961年，尼倫伯格和馬太利用無細胞系統(tǒng)體外合成蛋白質(zhì)試驗：破譯了第一個遺傳密碼1965年，破譯了全部的遺傳密碼形成簡潔的學(xué)問體系遺傳密碼的特點：不連續(xù)性、不重疊性、簡并性、通用性反響練習(xí)五、配套檢測或練習(xí)題《遺傳密碼的破譯》練習(xí)題在遺傳密碼子的閱讀方式驗證試驗中，克里克證明的是A．3個堿基打算一個氨基酸 B.遺傳密碼從一個固定起點開頭，無間隔C．遺傳密碼以非重疊的方式閱讀 D.遺傳密碼與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系以下各項中，的是克里克T4試驗不能證明苯丙氨酸的密碼子是UUU克里克T4試驗說明遺傳密碼的閱讀方式是非重疊的閱讀方式C．尼倫伯格和馬太的試驗可以說明三個堿基打算一個氨基酸D．以上兩個試驗對遺傳密碼的破譯都做出了奉獻，促進了科學(xué)的進展代表氨基酸的密碼子是A．UGA B.UAG C.UAA D.UGG關(guān)于蛋白質(zhì)合成的終止階段，的表達是終止密碼子有兩種 B.終止密碼子都是由U、G、A三種脫氧核苷酸構(gòu)成C．一種特異的tRNA可識別終止密碼子 D.tRNA不與終止密碼子對應(yīng)5.反密碼子是指A．DNA中遺傳信息 B．tRNA中的某些局部C．mRNA中除密碼子以外的其他局部 D．rRNA中的某些局部6.mRNA上密碼子如下特性A．方向性 B．間隔性 C．通用性 D．簡并性7．以下遺傳密碼子中屬于起始密碼子的是A．UGA B．UAG C．GAU D．AUG某RNA一端的三個堿基挨次是GAU，它所運轉(zhuǎn)的是亮氨酸，那么打算此氨基酸的密碼子是由以下哪個堿基序列轉(zhuǎn)錄而來？A．GAT B．GAU C．CUA D．CTA9、在以下基因的轉(zhuǎn)變中，合成出正常功能的蛋白質(zhì)的是在相關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對在相關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基對在相關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對在相關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對10、尼倫伯格和馬太承受蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)進展的試驗說明A.多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)致了多聚苯丙氨酸的合成B.尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈C.結(jié)合克里克的爭論成果，得出了與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子是UUUD.細胞提取液中的遺傳信息把握合成了多聚苯丙氨酸的肽鏈11、在以下試管中，能合成多肽鏈的是除去DNAmRNA的細胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和酪氨酸除去DNAmRNA的細胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和絲氨酸除去DNAmRNA的細胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和苯丙氨酸除去DNAmRNA的細胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和半胱氨酸六、教學(xué)反思雖然這局部是選學(xué)內(nèi)容，但是對學(xué)生力氣和生物學(xué)習(xí)興趣卻是一節(jié)很好的內(nèi)容，尤其是理科思維較強的同學(xué)會在本節(jié)學(xué)習(xí)中獲得極大的學(xué)習(xí)成就感和鼓舞，對本章乃至必修2學(xué)問的把握都有確定的促進作用。在教學(xué)過程中假設(shè)把握得好的話，確實是一個亮點。學(xué)習(xí)熱忱。對于教學(xué)難點“尼倫伯格和馬太設(shè)計的蛋白質(zhì)體外合成試驗”，應(yīng)設(shè)計一些有梯度的練習(xí)題，在練習(xí)中完善學(xué)生的理解，解決學(xué)問誤區(qū)。七、參考資料遺傳密碼的特點不連續(xù)性mRNA在某基因編碼區(qū)的DNA序列或其mRNA1～2不重疊性對于特定的三聯(lián)體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如，RNA分子UCAGACUGCUCA、GAC、UGC，則它不行以同時解讀為UCA、CAG、AGA、GAC……等。不重疊性使密碼解讀簡潔而準確無誤。并且，當(dāng)一個核苷酸被特別局部遺傳密碼是重疊使用的，這可以看做一種例外現(xiàn)象。2DNA堿基變化不會引起相應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列轉(zhuǎn)變，這對維持物種的穩(wěn)定性有重要意義。通用性除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細菌、動物和植物等不同物種之間，蛋白質(zhì)合成機制及其mRNA都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。起始碼與終止碼UAG、UAA、UGA質(zhì)翻譯的終止。AUG遺傳密碼的破譯早期有關(guān)基因功能的爭論工作，如“一個基因一個酶”的假說，明確了基因的堿基挨次DNA哪幾個堿基打算哪種氨基酸？要推斷哪個三聯(lián)體密碼打算哪種氨基酸，首先需要一種人工合成RNA分子的方法和一個能夠在體外合成蛋白質(zhì)的試驗系統(tǒng)，這樣，在試管中參與序列的RNA，再通過分析合成的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸排列挨次就可以推斷密碼子和氨基酸的對應(yīng)關(guān)系。1955年，科學(xué)家覺察一種被稱為多聚核苷酸磷酸化酶的生物大分子，它能在試管中催化合成RNA，而不需要DNA模板。1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的裂開細胞溶液，建立了一種利用人工合成的RNA，在試管里合成多肽鏈的試驗系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成RNA參與蛋白質(zhì)體外UUU是編碼苯丙氨酸的密碼子。這是第一個被破譯的三聯(lián)體密碼。1966年，又有科學(xué)家制造了一種的RNA合成方法，通過這種方法合成的RNA234AGUAGUAGUAGUAGUAGUAGU合成的蛋白質(zhì)的氨基酸序列同樣是有規(guī)律重復(fù)的。假設(shè)用UGUGUGUGUGUGUGUGUG作模板，得到的合成的蛋白質(zhì)是由半胱氨酸和纈氨酸交替連接而成UGU是半胱氨酸的密碼子，而GUG是纈氨酸的密碼子。利用這種方法破譯的密碼很多，其中包括終止密碼UGA、UAGUAA。1964年，尼倫伯格等找到了另外一種高效破譯遺傳密碼的方法。他們首先在體外合成64〔3RNAAGC、UCC、UGA〕，同時制備2014C作放射性標記的氨基酸和其他19種氨基酸。然后，向各混合溶液添加tRNA分子，使各種氨基酸分別與各自的tRNA結(jié)合，在溶液中形成各種氨酰tRNA，如甘氨酸－tRNA、賴氨酸－tRNA等。試驗時，取某一種