生物：43《遺傳密碼的破譯(選學(xué))》課件(新人教版必修2).ppt

1、新課標(biāo)人教版課件系列,高中生物 必修2,第四章基因的表達(dá),第三節(jié) 遺傳密碼的破譯 （選學(xué)） ,教學(xué)目標(biāo),知識(shí)與技能： （1）說出遺傳密碼的閱讀方式。（2）說出遺傳密碼的破譯過程，包括伽莫夫的三聯(lián)體推 斷，克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，尼倫伯格和馬太的蛋白質(zhì)的體外合成實(shí)驗(yàn) 過程與方法： （1）感受和重溫科學(xué)家的思維歷程。（2）類比的學(xué)習(xí)方法。 情感態(tài)度與價(jià)值觀： （1）對(duì)科學(xué)家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構(gòu)思表達(dá)敬佩。 （2）認(rèn)同遺傳密碼的破譯對(duì)生物學(xué)發(fā)展的重要意義。,【教學(xué)重點(diǎn)】遺傳密碼的破譯過程，引導(dǎo)學(xué)生感受這種思維過程并產(chǎn)生與科學(xué)家的思維共鳴。 【教學(xué)難點(diǎn)】克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)；尼

2、倫伯格和馬太設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn) 【教具準(zhǔn)備】1、多媒體演示課件 【課時(shí)安排】1課時(shí),一、教材分析,遺傳密碼的破譯，就等于編著了一本生命科學(xué)的辭典，而這本辭典適應(yīng)于從細(xì)菌到人類的一切生物。這些生物都是按照這本辭典查閱和翻譯著自己的蛋白質(zhì)，又按照這本辭典營(yíng)造和傳遞著生命。這一發(fā)現(xiàn)是分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大里程碑，是20世紀(jì)生命科學(xué)中最令人激動(dòng)的巨大成就之一，也是后來蓬勃興起的基因工程和人類基因組計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 遺傳密碼的破譯是高中生物必修2第4章 “基因的表達(dá)”的一節(jié)內(nèi)容，在教材中本來屬于選學(xué)內(nèi)容，但考慮到該內(nèi)容蘊(yùn)涵有豐富的科學(xué)史探究素材，非常適合學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。

3、通過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，能使學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，體味科學(xué)的本質(zhì)，激發(fā)其學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，達(dá)到知識(shí)、能力、情感三者合一的教學(xué)目標(biāo)。,教 學(xué) 目 標(biāo),1、知識(shí)目標(biāo)： A、遺傳密碼是如何破譯的 B、遺傳密碼有哪些特點(diǎn),2、能力目標(biāo)： a.從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力 b.通過再現(xiàn)科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力 c.通過總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生對(duì)比分析、歸納總結(jié)能力,教 學(xué) 目 標(biāo),3、情感目標(biāo)： a.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度 b.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長(zhǎng),教 學(xué) 目 標(biāo),教學(xué)重點(diǎn),教學(xué)難

4、點(diǎn),遺傳密碼的破譯過程,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)方法探究“堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系”,二、教法學(xué)法,探究式教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)方法推理和猜想“堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系”；根據(jù)科學(xué)資料，運(yùn)用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系”；借鑒科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)方法，小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究與體驗(yàn)破譯遺傳密碼的方法和過程。,三、教學(xué)流程,1、導(dǎo)入新課,2、從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,3、科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程,4、遺傳密碼的特點(diǎn),5、課堂練習(xí),6、布置作業(yè),1、導(dǎo)入新課 （問題導(dǎo)入）,mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序的？mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對(duì)應(yīng)的？ 下面將通

5、過同學(xué)們的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，研究堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,資料1：mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？如果1個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，那么4種堿基只能決定4種氨基酸，顯然這種組合是不夠的。,想一想，如果2個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？如果3個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？由此分析你認(rèn)為應(yīng)該由多少個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，4種堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸？,2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,學(xué)生通過數(shù)學(xué)運(yùn)算、小組討論、推理猜想，即可確定“理論上應(yīng)該是三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸”。,上述結(jié)論

6、僅為數(shù)學(xué)推理，如何證明呢？,引入科學(xué)資料2,資料2：上世紀(jì)5060年代，DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在T4噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。,3.1 克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn),提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的單詞看作決定一個(gè)氨基酸的密碼子,為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？ 請(qǐng)分析找出原因,3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),3.1 克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn),THE FAT CAT ATE THE BIG RAT,試著插入或刪去其

7、中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)字母，看后面的語意會(huì)有什么變化？,通過小組推演討論，會(huì)發(fā)現(xiàn)只有插入或刪去其中的三個(gè)字母，后面的語意才不變。究其原因?yàn)槿齻€(gè)字母組成一個(gè)單詞。,類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，信使RNA上的每三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸”。,如何破譯遺傳密碼呢？,引入科學(xué)資料3,資料3：1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)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實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼，即UUU-苯丙氨酸。,如果是你，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)破譯遺傳密碼？,提示：實(shí)驗(yàn)提供有

8、多個(gè)試管和20種氨基酸溶液。,3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),學(xué)生根據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計(jì)方案。,實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過程面臨3個(gè)問題： 合成怎樣的RNA作為模板？ 需要一組還是多組實(shí)驗(yàn)？ 氨基酸怎樣加入？,教師引導(dǎo)鼓勵(lì)，學(xué)生思考探究、討論爭(zhēng)辯，達(dá)成共識(shí)：用單核苷酸人工合成RNA，分多個(gè)實(shí)驗(yàn)組，分別加入不同的氨基酸，即可破譯UUU-苯丙氨酸。,3.2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),上述方法只能破譯AAA是賴氨酸的密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子，GGG是甘氨酸的密碼子，UUU是苯丙氨酸的密碼子。只能確定4種

9、氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。,怎樣破譯其他的遺傳密碼呢？,引入科學(xué)資料4,材料4：1966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一種新的RNA合成方法，通過這種方法合成的RNA可以是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC長(zhǎng)鏈，以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說明蘇氨酸的密碼子可能是ACA，也可能是CAC；同樣，組氨酸的密碼子可能是CAC，也可能是ACA。,3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn),如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。,提示：參考霍拉納的設(shè)計(jì)方法。,

10、3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn),3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),學(xué)生小組討論、大膽設(shè)想、制定方案、 對(duì)比分析。,方案：如合成（CAA）n長(zhǎng)鏈，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。,將科學(xué)家和自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子，CAC是組氨酸的密碼子。,設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可確定。,3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn),3、科學(xué)實(shí)驗(yàn),運(yùn)用此類方法就可以破譯其他氨基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼破譯之后就等到了課本第65頁的密碼子表。,請(qǐng)認(rèn)真閱讀密碼子表，分析回答下列問題，總結(jié)遺傳密碼的

11、特點(diǎn)。,4、遺傳密碼的特點(diǎn),1、在mRNA上兩個(gè)密碼子之間有無核苷酸隔開？ 2、一個(gè)氨基酸具有1個(gè)、2個(gè)還是2個(gè)以上的密碼子？ 3、密碼子都決定氨基酸嗎？ 4、將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，控制合成了人的胰島素，說明什么？,分析歸納，表達(dá)交流。,4、遺傳密碼的特點(diǎn),密碼子具有連續(xù)性、簡(jiǎn)并性、通用性,今天，我們沿著科學(xué)家的足跡，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究了“氨基酸和堿基之間的數(shù)量關(guān)系”，獲取了破譯氨基酸密碼子的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，在今后的學(xué)習(xí)中我們要借鑒、創(chuàng)新及運(yùn)用這些方法來解決生物學(xué)問題。,小 結(jié),板書設(shè)計(jì),第3節(jié) 遺傳密碼的破譯 1、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系 理論上應(yīng)該是三個(gè)堿基決定一

12、個(gè)氨基酸 2、科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程 2.1克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn) 信使RNA上的每3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸 2.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn) 破譯了遺傳密碼AAA、GGG、CCC、UUU 3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn) 破譯了其他遺傳密碼 3、遺傳密碼的特點(diǎn) 連續(xù)性、簡(jiǎn)并性、通用性,6、作業(yè)布置,5、課堂練習(xí),（略）,假如，我們利用(ACU)n核苷酸長(zhǎng)鏈合成了含有蘇氨酸的多肽，那么蘇氨酸可能的密碼子有哪些？如何運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么？,四、教學(xué)反思,1、教材中豐富的科學(xué)史料，是我們?cè)谡n堂上進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的良好素材，教師要整理和運(yùn)用好。千萬不要低估學(xué)生的思維能力，當(dāng)學(xué)生的思維能力被你想方設(shè)法激發(fā)出來的時(shí)