生物：4.3《遗传密码的破译(选学)》PPT课件(新人教版-必修2).ppt

新课标人教版课件系列,高中生物 必修2,第四章基因的表达,第三节 遗传密码的破译 （选学） ,教学目标,知识与技能： （1）说出遗传密码的阅读方式。（2）说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推 断，克里克的实验证据，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验 过程与方法： （1）感受和重温科学家的思维历程。（2）类比的学习方法。 情感态度与价值观： （1）对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩。 （2）认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。,【教学重点】遗传密码的破译过程，引导学生感受这种思维过程并产生与科学家的思维共鸣。 【教学难点】克里克的T4噬菌体实验；尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验 【教具准备】1、多媒体演示课件 【课时安排】1课时,一、教材分析,遗传密码的破译，就等于编著了一本生命科学的辞典，而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物都是按照这本辞典查阅和翻译着自己的蛋白质，又按照这本辞典营造和传递着生命。这一发现是分子生物学和分子遗传学发展中的一个重大里程碑，是20世纪生命科学中最令人激动的巨大成就之一，也是后来蓬勃兴起的基因工程和人类基因组计划得以实现的基础。 遗传密码的破译是高中生物必修2第4章 “基因的表达”的一节内容，在教材中本来属于选学内容，但考虑到该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，非常适合学生进行探究性学习活动。通过探究性学习活动，能使学生经历和体验科学探究的过程，体味科学的本质，激发其学习生物学的兴趣，培养学生的生物科学素养，达到知识、能力、情感三者合一的教学目标。,教 学 目 标,1、知识目标： A、遗传密码是如何破译的 B、遗传密码有哪些特点,2、能力目标： a.从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系训练学生科学推理能力 b.通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力 c.通过总结遗传密码的特点训练学生对比分析、归纳总结能力,教 学 目 标,3、情感目标： a.通过再现科学史让学生体验科学方法与科学态度 b.通过再现科学史让学生感受科学知识发现过程的艰辛和漫长,教 学 目 标,教学重点,教学难点,遗传密码的破译过程,运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系”,二、教法学法,探究式教学,引导学生通过数学方法推理和猜想“碱基与氨基酸的对应关系”；根据科学资料，运用英语词句类比推理“碱基与氨基酸的对应关系”；借鉴科学家的实验方法，小组合作设计实验方案，探究与体验破译遗传密码的方法和过程。,三、教学流程,1、导入新课,2、从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系,3、科学家破译遗传密码的过程,4、遗传密码的特点,5、课堂练习,6、布置作业,1、导入新课 （问题导入）,mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？ 下面将通过同学们的探究性学习活动，研究碱基与氨基酸之间的对应关系。,2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系,资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。,想一想，如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？,2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系,学生通过数学运算、小组讨论、推理猜想，即可确定“理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸”。,上述结论仅为数学推理，如何证明呢？,引入科学资料2,资料2：上世纪5060年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。,3.1 克里克T4噬菌体实验,提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的单词看作决定一个氨基酸的密码子,为什么会产生这样的现象呢？ 请分析找出原因,3、科学实验,3、科学实验,3.1 克里克T4噬菌体实验,THE FAT CAT ATE THE BIG RAT,试着插入或删去其中的一个、两个、三个字母，看后面的语意会有什么变化？,通过小组推演讨论，会发现只有插入或删去其中的三个字母，后面的语意才不变。究其原因为三个字母组成一个单词。,类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个碱基决定一个氨基酸”。,如何破译遗传密码呢？,引入科学资料3,资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。,如果是你，如何设计实验破译遗传密码？,提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。,3、科学实验,3.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,3.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,3、科学实验,学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。,实验方案设计过程面临3个问题： 合成怎样的RNA作为模板？ 需要一组还是多组实验？ 氨基酸怎样加入？,教师引导鼓励，学生思考探究、讨论争辩，达成共识：用单核苷酸人工合成RNA，分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，即可破译UUU-苯丙氨酸。,3.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,3、科学实验,上述方法只能破译AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。只能确定4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。,怎样破译其他的遗传密码呢？,引入科学资料4,材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。,3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验,如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？请设计实验证明。,提示：参考霍拉纳的设计方法。,3、科学实验,3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验,3、科学实验,学生小组讨论、大胆设想、制定方案、 对比分析。,方案：如合成（CAA）n长链，重复上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天冬酰胺和苏氨酸的多聚体。,将科学家和自己的实验结果对比分析，即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC是组氨酸的密码子。,设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定。,3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验,3、科学实验,运用此类方法就可以破译其他氨基酸的遗传密码。所有遗传密码破译之后就等到了课本第65页的密码子表。,请认真阅读密码子表，分析回答下列问题，总结遗传密码的特点。,4、遗传密码的特点,1、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸隔开？ 2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以上的密码子？ 3、密码子都决定氨基酸吗？ 4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控制合成了人的胰岛素，说明什么？,分析归纳，表达交流。,4、遗传密码的特点,密码子具有连续性、简并性、通用性,今天，我们沿着科学家的足迹，运用数学方法和科学实验探究了“氨基酸和碱基之间的数量关系”，获取了破译氨基酸密码子的科学实验方法，在今后的学习中我们要借鉴、创新及运用这些方法来解决生物学问题。,小 结,板书设计,第3节 遗传密码的破译 1、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系 理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸 2、科学家破译遗传密码的过程 2.1克里克T4噬菌体实验 信使RNA上的每3个碱基决定一个氨基酸 2.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验 破译了遗传密码AAA、GGG、CCC、UUU 3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验 破译了其他遗传密码 3、遗传密码的特点 连续性、简并性、通用性,6、作业布置,5、课堂练习,（略）,假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏氨酸可能的密码子有哪些？如何运用实验方法确证苏氨酸的密码子究竟是什么？,四、教学反思,1、教材中丰富的科学史料，是我们在课堂上进行探究性学习活动的良好素材，教师要整理和运用好。千万不要低估学生的思维能力，当学生的思维能力被你想方设法激发出来的时