《遗传密码的破译》导学案

《遗传密码的破译》导学案一、教材分析1、教材版本与章节我们使用的是人教版必修2，这一章节位于第4章基因的表达中的第3节。这部分内容是在前面学习了基因的本质、基因的转录和翻译等知识的基础上，进一步探讨遗传密码是如何被破译的，是对基因表达知识体系的重要补充。2、教材内容的重要性与难度这节内容很重要哦。它就像是揭开基因奥秘的又一把小钥匙。通过了解遗传密码的破译过程，同学们能更深入地理解基因如何控制生物的性状。不过呢，这部分内容有点像个小迷宫，因为涉及到很多科学家的实验思路、推理过程，对于同学们来说可能有点绕。比如说克里克的实验，他是怎么通过巧妙的设计来推断遗传密码的一些特性的，这需要大家开动小脑筋去理解。二、学习目标（一）知识目标1、了解遗传密码的阅读方式。这里面有非重叠的阅读方式和重叠的阅读方式，就像不同的密码解读规则。同学们要知道科学家是怎么通过实验去探究到底是哪种阅读方式在生物体内起作用的呢。2、掌握遗传密码的破译过程。这就像是追溯一段科学探索的历史，从伽莫夫提出的三联体密码的假说，到尼伦伯格和马太的实验，每一步都是智慧的结晶。要理解他们做了什么实验，得出了什么结论，这些结论是怎么一步步指向遗传密码的真相的。3、理解遗传密码的特点。比如说通用性、简并性等。通用性就是指这个密码在大多数生物里都差不多，就像大家都用同一种基本的密码规则。简并性呢，就是好几个密码子可能对应同一种氨基酸，这就像不同的钥匙能开同一扇门一样有趣。（二）能力目标1、通过对遗传密码破译过程的学习，培养同学们科学探究的思维能力。就像自己也变成了小科学家，去思考如果是自己，会怎么设计实验来破解这个密码呢？这可需要很强的逻辑思维和创新思维哦。2、提高同学们分析实验结果、得出结论的能力。在学习那些科学家的实验时，要学会从他们的实验数据里找到线索，就像侦探破案一样，从蛛丝马迹中找到答案。3、锻炼同学们资料收集和整理的能力。这节内容有很多科学家的故事和实验，大家可以自己去收集更多关于遗传密码破译的课外资料，然后整理出有用的信息，这样能加深对知识的理解。（三）情感目标1、感受科学家们不畏艰难、勇于探索的科学精神。那些科学家在当时的条件下，面对这么复杂的问题，一步一步地摸索，这种精神值得大家学习。就像爬山一样，他们不断克服困难，向着科学的高峰攀登。2、激发同学们对生物科学的兴趣。生物科学就像一个充满宝藏的大城堡，遗传密码的破译只是其中的一个小宝藏。通过学习这部分内容，希望同学们能对生物科学的其他领域也充满好奇，想要去探索更多的奥秘。三、学习重难点（一）学习重点1、遗传密码的破译过程。这是整节内容的核心，就像故事的主线一样。从最初的假说，到各种实验的验证，每一个环节都要搞清楚。2、遗传密码的特点。这是遗传密码破译后的重要成果，理解了这些特点，就能更好地理解基因表达的高效性和准确性等。（二）学习难点1、尼伦伯格和马太的实验原理和过程。他们的实验很巧妙，但也很复杂。要理解他们是怎么用无细胞体系来合成蛋白质的，以及如何通过这种方法确定密码子与氨基酸的对应关系，这可需要同学们集中精力，反复琢磨。2、遗传密码的简并性概念的理解。为什么好几个密码子能对应同一种氨基酸呢？这背后有什么生物学意义呢？这需要同学们从分子水平去思考，对一些同学来说可能有点难。四、学习过程（一）预习导入（10分钟）1、大家先想想，如果我们要给生物体内的基因表达传递信息找一种密码，这种密码应该具备什么特点呢？可以小组讨论一下，然后派代表说说自己的想法。2、我给大家讲个小故事。在科学家们还不知道遗传密码的时候，就像在黑暗中摸索。伽莫夫提出了三联体密码的假说，就像在黑暗中点亮了一盏小灯。那他为什么会提出这样的假说呢？大家预习一下课本，然后来回答这个问题。（二）知识讲解（30分钟）1、遗传密码的阅读方式我们先来看遗传密码的阅读方式有哪两种。一种是重叠的阅读方式，一种是非重叠的阅读方式。假如我们有一段基因序列，就像一串很长的密码数字。如果是重叠的阅读方式，那一个碱基可能会被好几个密码子共用；如果是非重叠的阅读方式，每个密码子就像一个个独立的小单元，互不干扰。那科学家们是怎么知道生物体内采用的是哪种阅读方式的呢？这里就有克里克的实验啦。克里克他可是个很聪明的科学家，他通过研究噬菌体的突变，发现如果是重叠的阅读方式，某些突变的结果就不符合实际情况。所以呢，他推断生物体内采用的是非重叠的阅读方式。同学们能理解这个推理过程吗？如果有问题可以随时提问哦。2、遗传密码的破译过程接下来就是重头戏啦，遗传密码的破译过程。伽莫夫提出三联体密码的假说后，就像给大家指明了一个方向。但是这个假说到底对不对呢？这就需要实验来验证了。尼伦伯格和马太就登场了。他们用无细胞体系来合成蛋白质。这个无细胞体系就像一个小小的生物工厂，里面有合成蛋白质需要的各种原料，但是没有完整的细胞结构。他们在这个体系里加入人工合成的RNA，然后看能合成什么样的蛋白质。比如说，他们加入只由尿嘧啶组成的RNA（也就是多聚U），结果发现合成的是多聚苯丙氨酸。这就说明，密码子UUU对应的是苯丙氨酸。这可是一个重大的发现，就像打开了遗传密码破译的大门。之后呢，科学家们又用类似的方法，不断地确定其他密码子和氨基酸的对应关系。同学们想想，如果让你们用这个无细胞体系去确定另一种密码子对应的氨基酸，你们会怎么做呢？3、遗传密码的特点经过科学家们的努力，遗传密码的神秘面纱被一点点揭开，我们也发现了它的一些特点。首先是通用性，这个很神奇哦。不管是细菌、植物还是动物，大多数生物都使用相同的遗传密码。这就像大家都说同一种语言一样，方便不同生物之间的基因交流。比如说，我们可以把人的胰岛素基因导入到大肠杆菌里，大肠杆菌就能按照人的遗传密码规则来合成胰岛素。这在生物工程领域可是非常重要的应用呢。还有简并性，我们刚刚提到过，好几个密码子可能对应同一种氨基酸。这有什么好处呢？这就像给生物系统加了一道保险，如果一个密码子发生了突变，但是因为有其他密码子也能对应相同的氨基酸，所以可能对蛋白质的合成影响不大，生物的性状就不容易发生改变，有利于生物的遗传稳定性。（三）小组讨论（20分钟）1、分组讨论遗传密码的简并性对生物进化有什么意义。每个小组可以从不同的角度去思考，比如从基因变异的角度，从生物适应环境的角度等。讨论完后，每个小组要选出一名代表来发言。2、讨论如果遗传密码没有通用性，生物界会是什么样子的呢？这是一个很有趣的假设性问题，大家可以发挥自己的想象力，同时也要结合我们学过的生物知识来讨论。（四）课堂练习（20分钟）1、选择题遗传密码的阅读方式是（）A.一定是重叠的B.一定是非重叠的C.可能是重叠的也可能是非重叠的D.以上都不对尼伦伯格和马太的实验中，加入多聚U合成的是（）A.多聚丙氨酸B.多聚苯丙氨酸C.多聚甘氨酸D.多聚赖氨酸遗传密码的简并性是指（）A.一个密码子对应多种氨基酸B.多种密码子对应一种氨基酸C.密码子和氨基酸没有对应关系D.密码子是简并的结构答案：B、B、B。2、简答题简述克里克是如何推断生物体内遗传密码的阅读方式是非重叠的。答案：克里克通过研究噬菌体的突变，发现如果是重叠的阅读方式，某些突变的结果就不符合实际情况，所以推断生物体内采用的是非重叠的阅读方式。阐述遗传密码通用性的意义。答案：遗传密码的通用性使得不同生物之间能够进行基因交流。例如在生物工程中，可以将一种生物的基因导入另一种生物中，按照相同的遗传密码规则合成相应的蛋白质，有利于基因工程技术的开展，促进生物科学的发展等。（五）总结归纳（10分钟）1、我们一起回顾一下这节课的内容。我们学习了遗传密码的阅读方式，知道了生物体内采用的是非重叠的阅读方式；重点学习了遗传密码的破译过程，从伽莫夫的假说到尼伦伯格和马太的实验等；还深入理解了遗传密码的特点，通用性和简并性。2、大家