人教版必修2生物：4.3遗传密码的破译教案

高中生物必修2第四章第三节的教学设计遗传密码的破译〔选学〕广州市第九十七中学 沈颜英〔E-mail：yanyingshen@Tom〕课时课标解读学问目标说出遗传密码的阅读方式。说出遗传密码的破译过程。教学重点和难点教学重点：遗传密码的破译过程。教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成试验。力气目标培育学生整理、归纳信息的力气。让学生学会用已有学问和阅历提出假说，运用类比推理的方法得出结论。情感、态度、价值观目标了解生物学争论史，感受科学争论的艰辛历程。培育学生的科学探究精神和严谨的科学态度。课时安排 1课时一、教材分析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。本节内容属的作用，为学生学习探究方法供给了很好的材料。承接第1节介绍的理论推导，本节进一步探讨遗传密码的阅读方式，然后介绍克里同的争论思路，即利用生物化学的手段，建立蛋白质体外合成系统。学习蛋白质的合成后，了解蛋白质的体外合成系统相对简洁较简洁承受了。二、学生状况分析的学习不够X科班同学深入。本设计期望通过《遗传密码的破译》的教学，激发他们的生好地把握本章内容。三、教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节的延长和补充。学生在第1的破译过程，使学生通过这一争论过程学习其中蕴含的科学争论方法。承受类比的学习方法，使简洁的问题更简洁理解。体碱基数转变对蛋白质合成的影响的推理”类比的方法来帮助学生分析理解转化为学生生疏的问题，也比教材上用英文单词类比的方法来的自然、有用。以分析“尼伦伯格和马太试验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。对尼伦伯格和马太试验的理解是本节教学难点。尼伦伯格和马太设计试验的思路与克体外蛋白质合成系统，觉察了一个特定的遗传密码所对应的特定的氨基酸。420在这20(polyU、polyA、polyC、polyG)作模板(mRNA)得到什么结果，假设以多核苷酸的重复序列作模板，又会有什么结果？教学设计思路练习练习完成完成遗传信息、遗传密码、反密码子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之间的连线。〔让学生复习旧学问，强化学生对遗传密码、反密码子等相关概念内涵的理解〕↓1、学生活动：翻译莫尔斯密码编写的问题。〔吸引学生兴趣〕问题探讨1、学生活动：翻译莫尔斯密码编写的问题。〔吸引学生兴趣〕问题探讨2、莫尔斯密码简介，让学生答复莫尔斯密码怎么代表不同的信息。3、导入问题：遗传密码又是如何代表遗传信息的，遗传密码如何破译？↓问题情境问题情境遗传密码的破译过程相关试验、推理及其结论：1、遗传密码的试拼。2、遗传密码的阅读方式的探究。3、遗传密码的对应规章及推理。让学生体验遗传密码的破译历程，熬炼分析推理力气。↓对比归纳对比归纳小结遗传密码破译的历程及成果；比较克里克的试验和尼伦伯格、马太的试验；遗传密码的特点。四、教学过程教学内容 学生活动

教师的组织和引导

教学意图学问回忆

回忆前面所学学问，完成连线题

学问回忆练习：完成遗传信息、遗传密码、反密码子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之间的连线DNA遗传信息基因

学问回忆引起学生思考密码子反密码反密码子

mRNAtRNArRNA

子的问题指导学生翻译莫尔斯密码编写的问题问题探讨这是用莫尔斯·－－/ /·/·－·/·/·－/·－·/·/－－·/·/密码编写的问题－·/·/···/·－··/－－－/－·－·/·－/－/·/－··/ 吸引学生导入课 翻译莫尔斯密码编写的问题

译文： Wherearegeneslocated?

的思考请用莫尔斯密码答复上面的问题－··/－·/· DNA引导学生分析莫尔斯密码的设置，进而回忆遗简洁介绍联系旧学问

1同的信息。2代表遗传信息的？

传密码子的相关学问。莫尔斯密码怎么代表不同的信息？“·”和“－”的排列组合来储存信息，可以表达出不同的英文句子、数字、标点符号遗传密码子又是如何代表遗传信息的呢？在信使RNA分子上，打算一个氨基酸的3个相邻的碱基。〔含起始码、终止码〕

莫尔斯密生答复莫尔斯密码与信息的对应关系U U密码子

A G A U A U 密码子 密码子

mRNA

激发学生?氨基酸?氨基酸 ?氨基酸

历程的欲引导学生分析和回忆三联体密码子的推导过程，了解伽莫夫的奉献。介绍遗传密码子的破译历程

回忆三联体密码子的相关学问

遗传密码的试拼遗传1954年，美籍俄裔理论物理学家伽莫夫传〔G·Gamow〕应用排列组合计算来争论密遗传密码码推断：的•1个碱基一种氨基酸，才有41=4种；•2个碱基打算一种氨基酸，有42=16种；•3个碱基打算一种氨基酸，有43=64种；〔•不行能是4个及以上的关系了Ⅰ伽莫夫认为遗传密码是三联体密码，后来被验证是正确的。

介绍科学家们的艰辛争论历〕 U U密码子

A G A U A U 密码子 密码子

mRNA

科学严谨的争论态进一步设疑，三联体密码如何阅读呢？带着学生度，争论从分析碱基缺失、增加的角度推论密码阅读方式。和分析实完成具体碱基数转变对

归纳如以以下图：遗克里克的试验证据〔1961年〕

验的科学学生的蛋白质合成的影响的推理〔学案〕，理解密码子的阅

传试验密码方法码

噬菌体试验〔DNA脱落或增加碱基〕试验结果

推理运用力气。读方式。

的某基因的

增加或删除1个碱基 无法产生正常功能的蛋白质破碱基序列中增加或删除2个碱基译 增加或删除3个碱基〔试验结论：

1、遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸〔三联体密码〕Ⅱ 2、遗传密码的阅读方式：〕从一个固定的起点开头；学生自主学习，教师引导试验目的：试验方法：试验原理：蛋白质体外合成系统中以人工合成RNA作摸板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系。

师引导分析。遗传密码的对应规章遗尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的试验码传密码处理:去掉原DNA和mRNA的试验步骤：1、提取大肠杆菌的裂开细胞液分于20支试管中〔P75

破提取细胞液目的：译去除原DNA和译mRNA目的：

猎取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰试验结果

〔2、每支试管中参与人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸Ⅲ 多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU〕3、每支试管各参与1种氨基酸，共20种〕观看哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽4、参与苯丙氨酸的试管消灭多肽－多聚苯丙氨酸肽链苯丙氨酸的密码子——UUU比较克里克的试验和尼试验

比照学问联系与区自主学习 指导学生比较克里克的试验和尼伦伯格、马太的试验 别，提升学生分析力气比较克里克的试验和尼伦伯格、马太的试验比较克里克的试验和尼伦伯格、马太的试验克里克的T4噬菌体试验碱基的改主要思路 变对蛋白质的合成的影响推断遗传密码的性质前提 找到使DNA脱落或插入单个碱基的方法尼伦伯格、马太的体外蛋白质合成试验建立体外蛋白质合成系的方法——获得多核苷酸磷酸化酶优势不需知道蛋白质合成的方式，直接推出遗传密码与氨基直接推出密码的阅读方式缺乏酸对应的规章证据相对间接，工作量大 需要先了解蛋白质合成所需的条件如何为尼伦伯格、马太的试验设计比照组的试验？在比照试验中的全部试管中参与成分均不变，但是不参与多聚尿嘧啶核苷酸。的特点。小结遗传密码的破译1954年，伽莫夫用数学的方法推断：3个碱基编码1个氨基酸小结遗传密码破译的历程及成果答复教师的提问完成适当的练习1961年，克里克第一个用T噬菌体试验证明：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸,是非重叠式阅读1961年，尼伦伯格和马太利用无细胞系统体外合成蛋白质试验：破译了第一个遗传密码1965年，破译了全部的遗传密码形成简洁的学问体系遗传密码的特点：不连续性、不重叠性、简并性、通用性反响练习五、配套检测或练习题《遗传密码的破译》练习题在遗传密码子的阅读方式验证试验中，克里克证明的是A．3个碱基打算一个氨基酸 B.遗传密码从一个固定起点开头，无间隔C．遗传密码以非重叠的方式阅读 D.遗传密码与氨基酸之间的对应关系以下各项中，的是克里克T4试验不能证明苯丙氨酸的密码子是UUU克里克T4试验说明遗传密码的阅读方式是非重叠的阅读方式C．尼伦伯格和马太的试验可以说明三个碱基打算一个氨基酸D．以上两个试验对遗传密码的破译都做出了奉献，促进了科学的进展代表氨基酸的密码子是A．UGA B.UAG C.UAA D.UGG关于蛋白质合成的终止阶段，的表达是终止密码子有两种 B.终止密码子都是由U、G、A三种脱氧核苷酸构成C．一种特异的tRNA可识别终止密码子 D.tRNA不与终止密码子对应5.反密码子是指A．DNA中遗传信息 B．tRNA中的某些局部C．mRNA中除密码子以外的其他局部 D．rRNA中的某些局部6.mRNA上密码子如下特性A．方向性 B．间隔性 C．通用性 D．简并性7．以下遗传密码子中属于起始密码子的是A．UGA B．UAG C．GAU D．AUG某RNA一端的三个碱基挨次是GAU，它所运转的是亮氨酸，那么打算此氨基酸的密码子是由以下哪个碱基序列转录而来？A．GAT B．GAU C．CUA D．CTA9、在以下基因的转变中，合成出正常功能的蛋白质的是在相关基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对在相关基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对在相关基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对在相关基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对10、尼伦伯格和马太承受蛋白质的体外合成技术进展的试验说明A.多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成B.尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链C.结合克里克的争论成果，得出了与苯丙氨酸对应的密码子是UUUD.细胞提取液中的遗传信息把握合成了多聚苯丙氨酸的肽链11、在以下试管中，能合成多肽链的是除去DNAmRNA的细胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和酪氨酸除去DNAmRNA的细胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和丝氨酸除去DNAmRNA的细胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和苯丙氨酸除去DNAmRNA的细胞提取液加多聚尿嘧啶核苷酸和半胱氨酸六、教学反思虽然这局部是选学内容，但是对学生力气和生物学习兴趣却是一节很好的内容，尤其是理科思维较强的同学会在本节学习中获得极大的学习成就感和鼓舞，对本章乃至必修2学问的把握都有确定的促进作用。在教学过程中假设把握得好的话，确实是一个亮点。学习热忱。对于教学难点“尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成试验”，应设计一些有梯度的练习题，在练习中完善学生的理解，解决学问误区。七、参考资料遗传密码的特点不连续性mRNA在某基因编码区的DNA序列或其mRNA1～2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，RNA分子UCAGACUGCUCA、GAC、UGC，则它不行以同时解读为UCA、CAG、AGA、GAC……等。不重叠性使密码解读简洁而准确无误。并且，当一个核苷酸被特别局部遗传密码是重叠使用的，这可以看做一种例外现象。2DNA碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列转变，这对维持物种的稳定性有重要意义。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，蛋白质合成机制及其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。起始码与终止码UAG、UAA、UGA质翻译的终止。AUG遗传密码的破译早期有关基因功能的争论工作，如“一个基因一个酶”的假说，明确了基因的碱基挨次DNA哪几个碱基打算哪种氨基酸？要推断哪个三联体密码打算哪种氨基酸，首先需要一种人工合成RNA分子的方法和一个能够在体外合成蛋白质的试验系统，这样，在试管中参与序列的RNA，再通过分析合成的蛋白质产物的氨基酸排列挨次就可以推断密码子和氨基酸的对应关系。1955年，科学家觉察一种被称为多聚核苷酸磷酸化酶的生物大分子，它能在试管中催化合成RNA，而不需要DNA模板。1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的裂开细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA，在试管里合成多肽链的试验系统，其中含有核糖体等合成RNA参与蛋白质体外UUU是编码苯丙氨酸的密码子。这是第一个被破译的三联体密码。1966年，又有科学家制造了一种的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA234AGUAGUAGUAGUAGUAGUAGU合成的蛋白质的氨基酸序列同样是有规律重复的。假设用UGUGUGUGUGUGUGUGUG作模板，得到的合成的蛋白质是由半胱氨酸和缬氨酸交替连接而成UGU是半胱氨酸的密码子，而GUG是缬氨酸的密码子。利用这种方法破译的密码很多，其中包括终止密码UGA、UAGUAA。1964年，尼伦伯格等找到了另外一种高效破译遗传密码的方法。他们首先在体外合成64〔3RNAAGC、UCC、UGA〕，同时制备2014C作放射性标记的氨基酸和其他19种氨基酸。然后，向各混合溶液添加tRNA分子，使各种氨基酸分别与各自的tRNA结合，在溶液中形成各种氨酰tRNA，如甘氨酸－tRNA、赖氨酸－tRNA等。试验时，取某一种