《遗传密码的破译》教学设计

1、4 . 3 遗 传 密 码 的 破 译 教 学 设 计一、教学分析1教材分析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，是对本章第一节基因指导蛋白质的合成的重要补 充，在教材中本来属于选学内容。该内容是理解基因突变和基因工 程的理论基础， 同时也蕴涵着丰富的科学史探究素材， 体现了实验 设计的许多科学方法，非常适合学生去了解和学习科学探究的过 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 科学达素养，是达成三维目标之一 “情感态度价值观“的难得载体。2学情分析（1）学生对基因指导蛋白质合成的具体过程有了一定的知识 准备，对遗传密码的特点、作用有了清楚的认识，为

2、进一步认识和 理解遗传密码的发现创造了条件。（2）高三的学生的学习兴趣浓厚、思维较活跃。通过高中阶 段生物课程的学习，具有较强的实验设计、分析能力。学生对科学 探究的一般过程的理解程度， 将影响其对于蛋白质体外合成实验的 设计的理解。因此学习科学家的实验设计的过程中应细化各步骤的 问题，适时引导和启发思考，加强对破译过程的理解与掌握。二、教学重难点（ 1）教学重点：通过遗传密码破译的过程，理解科学的本质 , 体验 科学探究的方法和态度。（2）教学难点：遗传密码阅读方式的实验证据，无细胞系统破译 遗传密码的实验设计。三、教学目标 1知识与能力（1）遗传密码的破译过程。（2）遗传密码的特点。2过程

3、与方法 （1）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。（2）通过再现科学史，培养实验设计与科学探究能力。（3）通过总结遗传密码的特点，提高对比分析、归纳总结能力。 3情感态度与价值观（ 1）感受和重温科学家的思维历程， 体验科学探究的方法和态度。（2）感受科学知识发现过程的艰辛和漫长，理解科学的本质。（3）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。（4）认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。四、教学策略和手段1、布置课前预学案（学生课前自主学习）和课后作业来提高学习 效率。2、授课中设置问题串来引导学生重温科学家破课遗传密码的思维 历程，理

4、解科学的本质和科学研究的态度。3、引导学生学会用数学的方法决解生物学中的问题4、展示近百年来生命科学的研究历史步伐（短视频） ，让学生感受 探索和揭示生命本质过程的艰辛和漫长。五、课前准备： 1. 相关图片和遗传密码破译史实的收集。2. 提前一天布置给学生完成下列内容， 自主学习。1、克里克的实验证据： 克里克以为实验材料， 研究其中某个基因的对的影响。 克里克 发现，在相关碱基序列中增加或者删除碱基，都不能产生正常功能 的蛋白质；而当增加或者删除 个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。克里克是第一个用实验证明遗传密码中 的科学家。其实验表明：遗传密码从 始，以的方式阅读，编码之间分隔符。2

5、、遗传密码对应规则的发现：尼伦伯格和马太采用了技术。他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入的细胞提取液，以及人工合成的，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了 。实验结果说明：导致了多聚苯丙氨酸的合成。结合克里克得出的勺实验结论，结果说明与苯丙氨酸对应的密码子应该是。'、我的疑惑:：（一课时）学环教师的组织和引导节我的收获：学生活动教学意图II新课引入让学生看段莫尔斯密码付 号，思考课本“问题探讨”的有 关问题，弓I入遗传密码的课题承上启下，细胞核内的DNA如 何指导细胞质中蛋白质的合成？ 依次展示四段历史资料：1. 薛定谔的观点2. 克里克和沃森的DNA双螺旋结 构模型、布3.拉什的实

6、验结论4.克里克的“中心法则）得出DNA 是通过RNAh的碱基来指编码氨 基本的。最后引出伽莫夫二个碱基编码 一个氨基酸的二联体假说。（用数思考和讨论“问题探讨”， 了解莫尔斯密 码 思考：细胞核 内的DNA如何 指导细胞质中 蛋白质的合 成？看资料边.随老师的介绍 历史资料，的， 最后用数学排 列组合的方 法，推导出了由莫尔斯 密码引入 遗传密码 通过类比、 展示让学 生确定“碱 基编码氨 基酸”,并 具体编码 提出问题， 引出遗传 密码的阅 读方式 引导学生学排列组合的方法去理解）三个碱基决定 一个氨基酸的 结论。学会用数 学的方法 决解生物 学中的问 题一、遗 传密码 的阅读 方式展示两

7、种阅读方式得到的氨基 酸序列不同。提示：生物总有保持自身稳定 的倾向， 举例说明在碱基序更改变的情况 下，非重叠式阅读方式对编码的 氨基酸序列影响更小 得出二联密码的碱基是以非重叠 式的阅读方式编码氨基酸的。 展示遗传密码是非重叠阅读，而 且编码之间没有分隔符的两个实 例1、Brenner.S发表论文：通过蛋 白质的氨基酸顺序分析，发现不 存在氨基酸的邻位限制作用，从 而否定了遗传密码重叠阅读。2. 英格兰姆（英）阐明了镰刀型 细胞贫血症的分子作用机理。用三联体的观 点写出同一段 碱基序列用不 同的阅读方式 编码氨基酸的 序列。总结：增加或 减少几个核苷 酸对编码的蛋 白质影响最 小。结合提供

8、的资 料，总结出三 联体密码的碱 基是以非重叠 式的阅读方式 编码氨基酸 的。引导学生 能通过亲 自用不同 的方式阅 碱基而得 出不同的 氨基酸系 列，并通过资 料提供的 信息，了解 三联体密 码子及它 正确的阅 读方式。二、克 里克的 实验证据针对上述“三联体”的假说是 否真实，引入克里克的实验证据： 展示克里克利用大肠杆菌的T4噬菌体做移码突变实验。 先让尝试解释为何会出现这样的尝试解释克里 克利的移码突 变实验。结果 分析个案例 中增加或减少引导学生 通过理解 移码突变 所引起的 蛋白质结实验结果？再展示一个例子：类比分析理解“二个碱基编码一 个氨基酸的结果”并展示克里克还通过改进这个实

9、 验，揭示遗传密码除了三联体之 外的其它性质：1、3个相邻的碱基成为一个密码 子2、遗传密码从一个固定的起点开 始，以非重叠的方式阅读3、编码间没有分隔符3个核苷酸对 编码的蛋白质 影响最小。认同三个碱基 编码一个氨基 酸学习遗传密码 的所有性质构差异，并 结合数学 的思想，从 实验角度 验证“密码 子的三联 体特性”。让学生了 解遗传密 码的所有 性质二、遗 传密码 对应规 则的发 现展示资料：尼伦伯格和马太利体个蛋白质 合成系统实验，破译了第一个遗 传密码。布置学生问读课本中的实验过程 并思考下列问题：1）、实验中多聚尿嘧啶核苷酸的 作用是什么？2）、为什么要除去细胞提取液中 的 DNA和

10、 mRNA3）、如果是你是尼伦伯格同期的 科学家，你觉得是否要设计对照 实验，如何设计？（4）、要想知道更多氨基酸的密 码子，你如何改变上述实验？根据资料的结 论阅读课本中 马太和尼伦伯 格的蛋白质体 外合成系统破 译遗传密码的 实验过程，结 合老师的问 题，学生小组 思考和讨论实 验材料和实验 设计思路。理 解该实验是怎 样来破译第一 个遗传密码通过提示， 让那个学 生了解当 时的知识 背景和已 有的技术 手段；让学 生感受敏 锐、大胆、 睿智和创 新的科研 精神体验科学 探究的方 法和态度介绍此后的六七年里，科学家正 是沿着体外合成蛋白质的思路， 不断地改进实验方法，破译出了 全部的密码子

11、，并编制出了密码 子表的。大胆尝试、方 法改进、思路 更新。了解遗传密码 全部破译的漫 长和最后的成 功。让学生感 受科学探 究的不易四、遗简单介绍科学家破译了全部的理解和掌握遗让学生知传密码遗传密码后，也弄清了遗传密码传密码有哪些道遗传密的特的特性：特性码的所有性：不间断性： 不重叠性： 简并性： 通用性： 有起始和终止密码：特性总结：介绍遗传密码的破译是：生通过学习，感让学生认遗传密物学史上一座伟大的里程碑，意受生命科学的同遗传密码破译味着人类探索和揭示生命本质的研究是个漫长码的破译的历程研究向前迈进一大步，为后面分而艰辛的历 程；是不分国对生物学和意义子遗传生物学的发展有着重要的发展的重

12、推动作用籍、不分学科要意义，感遗传密码的破译、测序方法的合作；要具受探索和的建立以及体外重组的实现是基备“敏锐、大揭示生命因工程的二大基石。胆、睿智和创本质过程总体展示遗传密码的程：新”的科学素和艰辛和1、1954年科普作家伽莫夫 用数学的方法推断3个碱基编码养。漫长一个氨基酸。2、1961年克里克第一个用 T4噬菌体实验证明了遗传密码中 3个碱基编码一个氨基酸。3、1961年尼伦伯格和马太 利用无细胞系统进行体外合成破 译了第一个遗传密码。4、1969年科学家们破译了 全部的密码。课堂练习课件展示题目（略）学生答题检查学习 效果观看视 频播放一段视频短片，让学生了解 下近百年来人类探索生命的

13、历史 步伐，感受探索和揭示生命本质 过程的艰辛和漫长。学生看视频， 了解近百年来 生命科学史上 的重要成果让学生了 解揭示生 命本质的 历史进程小结本 节知识 要点并 布置课 后作业展示课后作业（略）学生起回顾 本节知识要点帮学生构 建本节知 识要点，并 课后通过 作业能及 时理解和 巩固所学 知识七、板书设计:4.3遗传密码的破译一、遗传密码的解读方式S 1.非重叠式的阅读方式2. 重重叠式的阅读方式二、克里克的实验证据：屯噬菌体的移码突变实验1.3个相邻的碱基成为密码子遗传密码的性质：2.从一个固定的起点开始，以非3. 编码之间没有分隔符三、遗传密码对应规则的发现：蛋白质体外合成实验：第一

14、个遗传密码：UU 苯丙氨酸四、遗传密码的特性不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和 终止密码八、教学反思：本节通过多媒体设备的辅助教学，利用课件的幻灯片，为学 生提供丰富的历史素材，加深了学生的对遗传密码破译过程的认 同。又过过承上启下式的问题串，通过学生思考讨论和师生互动， 及视频短片的展示，来达到本节的教学目标。因本节是选学内容， 感觉学生不是很重视，加上条件所限，本学节的授课方法较为传统, 以老师讲授为主，学生主动参与较少，基本都是被动地接受。要是 有条件的话，最好把本节设计成科学的经典实验和学生的探究过程 相结合，让学生更好地沿着科学的逻辑思维路线，即发现问题，大 胆假设，实验探

15、究，最终得到符合逻辑的结论，才能体现了学生学 习的主体地位，课堂学效率更高。九、课后检测第3节遗传密码的破译一、单项选择题：1. 下列哪位科学家第一个用实验证明遗传密码中每相邻三个碱基 编码一个氨基酸（）A.伽莫夫B.克里克C.尼伦伯格D马太2. 在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则（）A.不能转录B.在转录时造成插入点以前的遗传密码改变C不能翻译D在转录时造成插入点以后的遗传密码改变3. A、C G各表示核酸的一个基本单位，则“ ACG表示的一定不是（）A.基因B.密码子C.反密码子D.遗传信息4. 如果DNA分子模板链上的TAA变成了 TAC那么相应的遗传密码 将会（）A.由AUl变

16、为AUGB由UUA变为UACC由AUG变为AUUD由 UAA变为UAC5. 已知某tRNA端的三个碱基序列是 GAU它转运的是亮氨酸，那 么决定此氨基酸的密码子是下面哪个碱基序列转录来的？（）A. GATB GAUC CUAD CTA二、非选择题：6. 继克里克的实验后，又有科学家用C U两种碱基相同排列的 mRN为模版，检验一个密码子是否含有三个碱基。如果密码子是 连续翻译的：（1）、假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该 RNA指导合成 的多肽中应由种氨基酸组成。（2）、假如一个密码子中含有三个碱基，则该 RNA指导合成的多 肽链中应由种氨基酸组成。7. 下表是Khorana为破译密码子

17、进行的实验结果。他用人工合成 的mRNA在细胞外的转译系统中合成多肽，然后分析合成的多肽 中氨基酸的组成。请分析后回答：说明：表中（UC n表示UCUCUCUCUCUCU（这样的重复 mRNA 顺序。（1） 、细胞外的转译系统中除加入全套必要的酶系统、tRNA人工 合成的mRNA口种氨基酸外，还需提供和。（2）通过分析实验中可能出现的密码子以及生成的多肽中氨基酸的组成的比较，得出下列氨基酸的密码子：亮氨酸、；丝氨酸；苯丙氨酸8浙江省农业科学院陈锦清教授发现了油菜产油机制：光合作用产生磷酸烯醇式丙酮酸(PEP运向种 子的两条途径，如甲 图所示。图乙是控制PEPCaS酶II合成的基因，其中a链是转录链，陈教授 及助手诱导b链也能转录，从而