破译高手教案

1、破译高教篇一：3 遗传密码的破译 教学设计 教案教学准备1.教学目标1.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。2.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。3.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。2.教学重点/难点教学重点遗传密码的破译过程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1.克里克的 T4 噬菌体实验。2.尼伦伯格和马太设计的蛋

2、白质体外合成实验。3.教学用具多媒体4.标签生物,教案教学过程情境创设在第 1 节我们学习了有关基因指导蛋白质合成的过程们知道了核酸中的 碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将 中的碱基序列翻译为蛋白质的1氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？就是通过密码子呈 现密码子表）现在大家已经十分清楚了这些遗传密码当时是经过许多科学家艰辛的思 考和探索最后被几个年轻人的富有创新的实验才破译的这个过程充满了思维 的智慧。那这些遗传密码是怎样被破译的呢？让我们重新重温一下这段科学史， 追寻科学家探索的足迹，对我们的思维会有好的启迪作用的。师生互动1.研究背景在孟德尔遗传规律于 年被再次证实之后

3、，许多科学家投入到遗传问题 的研究上来，试图揭示基因的本质和作用原理。1941 年比德尔（G.Beadle）和塔特姆E.Tatum的工作则强有力地证明了 基因突变引起了酶的改变而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成从而 提出了一个基因一种酶的假说。人们逐步地认识到基因和蛋白质的关系。 “中 心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从 DNARNA蛋白质 和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说 是如何决 定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极 大兴趣。1944 年，理论物理学家薛定谔发表的什么是生命一书中就大胆地预言， 染色体是由一些同分异构的单

4、体分子连续所组成种连续体的精确性组成了遗 传密码。他认为同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号： “”“”，通过排列组合来储存遗传信息。那什么是莫尔斯电码呢？我们来看下面的资料：莫尔斯电码，是由美国画家和电报发明人莫尔斯于 1838 年发明的一套有 “点”和“划”构成的系统过“点”和“划”间隔的不同排列顺序来表达不 同的英文字母、数字和标点符号。 1844 年在美国国会的财政支持下，莫尔斯开 设了从马里兰州的巴尔地摩到美国首都华盛顿的第一条使用“莫尔斯码”通信 的电报线路， 年，在欧洲国家有关方面的支持下，莫尔斯码经过简化，以 后就一直成为国际通用标准通信电码电报的发明莫尔斯码的使

5、用改变了人类 社会的面貌随着社会的进步科学的发展有更先进的通信方式在等待着我们2使用但电报“莫尔斯”码通信在业余无线电中占有重要的地位国际电信联盟 制定的“无线电规则”中明确指出任何人请求领取使用业余电台设备执照都 应该证明其能够准确地用手发和用耳接收“莫尔斯”电码信号组成的电文然 今天计算机技术给自动或半自动收发电报创造了条件，但每一位真正的爱好者仍必须并且也可以通过自我训练掌握人工收发报技术尔斯电码本身 并无机密可言，它仅仅只是一种工具。：短音念作“滴（）”：长音念作“答（）”请根据莫尔斯电码表，将书本中问题探讨中的那段电文译成英文。 （学生：翻译后是： are genes located

6、）你能用莫尔斯电码来回答这个问题吗？（学生：/基因位于 上）很好我们通过莫尔斯电码大致体验了“翻译”的过程无论从电文译成英 文还是从英文译成电文都离不开莫尔斯密码表我们知道后来被确认的蛋白质 的合成过程中也正是有类似这样的密码子。而当时遗传物质的化学本质是尚未明确的年后 双螺旋模型才得以建 立在这样的背景下能将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码形式实在是一 种超越时代的远见卓识。到 1953 年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的 激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。要破译一个未知的密码一般的思路就是比较编码的信息即密码和相应的 译文。对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将 序或 顺序

7、和多肽 相比较但和一般破译密码不同的是遗传信息的译文蛋白质的顺序是已知 的，未知的都是密码1954 年 Sanger 用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白 质的氨基酸序列了解得越来越多。但是直到 年前后经历了十年时间，多位 科学家的执著研究才破译了密码其中最为重要的几项工作其思路之新颖方法 之精巧都闪烁着科学的智慧之光。2.遗传密码的试拼与阅读方式的探索1954 年科普作家伽莫夫 G.Gamor 对破译密码首先提出了挑战以著奇 异王国的汤姆金斯等优秀的科学幻想作品而著称具有丰富的想象力但他不3是一位实验科学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。当年，他在自然 Nature杂志首次发表了遗传密码

8、的理论研究的文章，指出“氨基酸正好 DNA 的螺旋结构进入各自的洞穴”。他设想：若一种碱基与一种氨基酸对应的话那么只可能产生 4 种氨基酸而已知天 然的氨基酸约有 20 种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸。若 2 个碱基编码一种氨基酸的话， 种碱基共有 42=16 种不同的排列组合， 也不足以编码 20 种氨基酸。因此他认为 3 个碱基编码一种氨基酸的就可以解决问题然 个碱基组成 三联密码排列组合可产生 43=64 种不同形式比 20 种氨基酸大两倍多。 但 若是四联密码，就会产生 44=256 种排列组合。相比之下只有三联体（）较为符合 20 种氨基酸。伽莫夫是用数学的排列组合的方法在理论

9、上作出推测的来的实验证实这 一推测是完全正确的。接下来们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复 阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读 DNA 序列会有什么不同呢？呈现图片（课本 P74“以重叠和非重叠方式阅读 DNA 序列”思考：当图中的 DNA 的第三个碱基 发生改变时如果密码子是非重叠的这一改 变将影响多少个氨基酸？（学生：将可能影响 1 个氨基酸）如果密码子是重叠的，这一改变又将影响多少个氨基酸？（学生：将可能影响 3 个氨基酸）当图中的 DNA 的第三个碱基 后插入一个碱基 A 的话果密码子是非重叠 的，这一改变将影响多少个氨基酸？（学生：将会影响后面所有的氨基酸）如果插入两

10、个碱基呢？（学生：也会影响后面所有的氨基酸）如果插入 3 个碱基呢？（学生：将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸）当图中的 DNA 的第三个碱 T 插入一个碱基 A 的话密码子是重叠的，4这一改变将影响多少个氨基酸？插入 2 个、 个氨基酸呢？（学生如果插入 1 个碱基影响 3 个氨基酸多肽比原正常多肽多 个氨 基酸）（学生如果插入 2 个碱基影响 4 个氨基酸多肽比原正常多肽多 个氨 基酸）（学生如果插入 3 个碱基影响 5 个氨基酸多肽比原正常多肽多 个氨 基酸）如果从效率上来考虑，你觉得哪种阅读方式效率更高呢？伽莫夫也许是考虑到效率的问题认为一个碱基可能被重复读多次也就是 说遗传密码的阅读是

11、完全重叠的此氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一的 关系。这一假定非常简洁地解释了核苷酸间距和多肽链上邻接氨基酸的间距 （0.36 nm）之间显示了明显的相关性。若真如此重叠密码对多肽链上氨基酸的序列就形成了一种限制例如具 有完全重叠密码的密码子 ATC，后面接着的密码子一定是 开头，那么相应的 氨基酸的顺序也会受到限制再者若是重叠密码那么任何一个碱基的突变都会影响到相连的 3 个重叠密码子即三个氨基酸都会发生改变但事实并非如 此。 年 Brenner.S 发表了一篇令人兴奋的理论文章，他通过蛋白质的氨基 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 的可能性同时人们也发现

12、在镰刀型细胞贫血的例子中血红蛋白中仅有一个氨 基酸发生改变。说明伽莫夫的后一推论是错误的。这就是智者千虑，必有一失。 很多著名的科学家也有过类似的失误在资料较少的情况下对未知的真理作出 推断，难免会发生偏差，但瑕不掩瑜，人们对他们的那种敏锐、大胆、睿智和创 新的精神，巧妙的构思仍敬佩不已。3.遗传密码子的验证（克里克的实验）三联密码是否真实存在呢？如果真实存在，那么共有 个密码子，而氨基 酸只有 20 种，那么多余的 44 种有何用处呢？1957 年克里 Crick 等为了解释这个问题提出了一个设想先认为 AAA， GGG，CCC，TTT 这四个三联体分别由相同的碱基构成，解读的起始位置有可能

13、 发生差错，因此可能是“无义”密码子。这样余下的只有 个密码子。接着他5们又设想，例如 和 GCA 若分别编码氨基酸 a 和 b，若这两个密码子连续排列 成 ATTGCAATT?在起读时若发生错位就会产生 ，TGC，CAA 和 AAT 篇二：5.破译高手王家庄街道邢戈幼儿园教师备 课 卡篇三：3 遗传密码的破译 教学设计 教案教学准备1.教学目标遗传密码子的破译2.教学重点/难点1.教学重点：三个碱基决定一个氨基酸这一结论的探索过程。2.教学难点：重叠阅读方式和非重叠阅读方式3.教学用具教学课件4.标签教学过程一、课程的导入通过给同学几分钟时间让学生对应左图的莫尔斯密码表将书上给的那一段 密码

14、文字翻译出来然后问“学生如果没有这个密码表他们能译出来吗？再问 那么密码表重要吗？” “同学们那你们知道我们身体里也藏有一个密码表吗？ 知道它是什么吗？了解它吗？好节课我们就来学习这个我们身体里的密码子 -遗传密码子”二、新课的展开我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将 中的 碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的 呢？ “中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说 是从 DNARNA蛋白质。那 DNA 和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说 DNA 是 如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究 者的极大

15、兴趣。 1954 年科普作家伽莫夫 G.Gamor 破译密码首先提出了挑战。6当年，他在自然 Nature杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出 三个碱基编码一个氨基酸。（一）遗传密码子的阅读方式人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读 呢？以重叠和非重叠当图中 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 1 个氨基酸,如果是重叠的又将影响 3 个氨基酸。当图中 DNA 第三个碱基(T)后插入一个碱基 A,如果密码是非重叠的,这一 改变将影响 3 个氨基酸,如果密码是重叠的,将影响 3 个氨基酸。（二）遗传密码子的验证（克里克的实验）1

16、961 年,克里克对 T4 噬菌体 DNA 上的一个基因进行处理，使 DNA 增加或减 少碱基。 通过这样的方法他们发现加入或减少 个和 2 个碱基都会引起噬菌体 突变无法产生正常功能的蛋白质而加入或减少 个碱基时却可以合成正常功 能的蛋白质。为什么会这样呢？这只能解释为：遗传密码中 个碱基编码 1 个氨基酸。 请比较分析下图:插入 3 个碱基对原有氨基酸序列影响最小.克里克是第一个用实验证明遗传密码中 3 个碱基编码 1 个氨基酸的科学家。 这个实验还同时表明 :遗传码从一个固定的起点开始 ,以非重叠的方式阅读,编 码之间没有分隔符。（三）遗传密码对应规则的发现1961-1962 年，尼伦伯

17、格（M.W.Nirenberg，1927）和马太（H.Matthaei） 的实验这一结果不仅证实了无细胞系统的成功时还表明 是苯丙氨酸的密码 子。 这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞 系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！在接下来的六七年里科学家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并编制出了密码子表这项工作成为生物学史上 的一个伟大的里程碑为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步为7后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。（四）遗传密码子的性质1、不间断性mRNA 的三联体密码是连续排列的，相邻密

18、码之间无核苷酸间隔。所以若在 某基因编码区 (能指导蛋白合成的区域 )的 DNA 序列或 mRNA 中间插入或删除 12 个核苷酸,则其后的三联体组合方式都会改变不能合成正常的蛋白质.2、不重叠性对于特定的三联体密码而言其中的每个核苷酸都具有不重叠性例如如果 RNA 分子 UCAGACUGC 的密码解读顺序为 它不可以同时解读 为:UCA、CAG、AGA、GAC.不重叠性使密码解读简单而准确无误并且,当一 个核苷酸被异常核苷酸取代时,不会在肽链中影响到多个氨基酸.3、简并性绝大多数氨基酸具有 2 个以上不同的密码子这一现象称做简并性编玛相 同氨基酸的密码子称同义密码子。由于兼并性某些 DNA 碱基变化不会引起相应 蛋白质的氨基酸序列改变。4、通用性除线粒体的个别密码外生物界通用一套遗传密码细菌动物和植物等不 同物种之间， 蛋白质合成机制其 mRNA 都是可以互换的例如真核生物的基 因可以在原核生物中表达，反之亦然。5、起始码与终止码 UAG、UAA、UGA 终止码，它们不为任何氨基酸编码， 而代表蛋白质翻译的终止。AUG 是甲硫氨酸的密码，同时又是起始密码。课堂小结我们注意整个破译过程中科学家思维的变化莫夫通过数学的排列组合的 计算来推测密码子是由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使 DNA 增加或减少碱基