遗传密码的破译教学设计

1、遗传密码的破译教学设计绥中县第一高级中学 于绍俭一、教学目标 1、知识目标：a.说出遗传密码的阅读方式。b.说出遗传密码的破译过程。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 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 二、教学重点和难点1.教学重点遗传密码的破译过程。2.教学难点 尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验 运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系” 三、教

2、学策略本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。1.采用类比的学习方法，使复杂的问题更容易理解。2.以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。四、教学方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。五、教学过程师：请根据莫尔思电

3、码表，将书本中问题探讨中的那段电文译成英文。学生：where are genes located1 遗传密码的阅读方式的探索师：构成蛋白质的氨基酸有20种，而mRNA上的碱基只有4种，这就出现几个碱基决定一个氨基酸的问题，请大家探讨一下几个碱基决定一个氨基酸？学生：若一种碱基与一种氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知的天然氨基酸有20种，因此不可由一种碱基对应一种氨基酸若2个碱基与一种氨基酸对应的话4种碱基共有16种不同的排列组合，也不足以编码20种氨基酸3个碱基编码一种氨基酸4个碱基与一种氨基酸对应的话就会产生64种排列组合。相比较而言。只有三联体较为符合20种氨基酸师：人们不禁

4、要问在三联体中的每个碱基只读一次还是重复阅读呢？以重叠阅读和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同？学生探究下图1、当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？学生：密码是非重叠的：1个氨基酸，密码是重叠的： 3个氨基酸师：2、当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A，时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3个碱基呢？学生探究学生：密码是非重叠的1、2个：后面所有的氨基酸（无法产生正常功能的蛋白质） ，3个碱基将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸

5、。密码是重叠的：如果插入1个碱基，3个氨基酸，多肽比原正常多肽多1个氨基酸如果插入2个碱基：4个氨基酸，多肽比原正常多肽多2个氨基酸如果插入3个碱基：5个氨基酸，多肽比原正常多肽多3个氨基酸2 遗传密码的验证（克里克实验）师：大家通过数学运算、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？引入科学资料资料1：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

6、能的蛋白质。为什么会产生这样的现象呢？请分析找出原因 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，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？学生探究学生：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”。资料2：1961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

7、，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。师：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种氨基酸溶液学生探究学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。师：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。师：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，

8、所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。引入科学资料材料3：1966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。师：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学生小组讨论、大胆设想、制定方案、对比分析。 学生设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多

9、聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定方案：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。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。六、小结：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、U

10、UU 2.3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、通用性七、练习：1、组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子？（ ）A、16 B、32 C、46 D、64 2、比较本节中“问题探讨”中的莫尔斯密码与遗传密码的异同，总结遗传密码的特点项 目莫尔斯电码遗传密码密码间有无隔符 有间隔符“/” 无分隔长度是否固定 长度不固定，1到4隔符号不等 长度固定，3隔符号阅读方式是否重叠 非重叠方式阅读 非重读方式阅密码所采用的符号   AUGC3、比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种方法各有那些优势和不足。项 目克里克的T4噬菌体实验尼伦柏格体外蛋白质合成实验主要思路 通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质 建立体外蛋白质合成