遗传密码的破译

遗传密码的破译演示文稿第1页，共32页。第四章《基因的表达》第三节《遗传密码的破译（选学）》第2页，共32页。教学目标知识与技能：（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。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。第3页，共32页。【教学重点】遗传密码的破译过程，引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】克里克的T4噬菌体实验；尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验【教具准备】1、多媒体演示课件【课时安排】1课时第4页，共32页。一、教材分析

遗传密码的破译，就等于编著了一本生命科学的辞典，而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物都是按照这本辞典查阅和翻译着自己的蛋白质，又按照这本辞典营造和传递着生命。这一发现是分子生物学和分子遗传学发展中的一个重大里程碑，是20世纪生命科学中最令人激动的巨大成就之一，也是后来蓬勃兴起的基因工程和人类基因组计划得以实现的基础。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，在教材中本来属于选学内容，但考虑到该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，非常适合学生进行探究性学习活动。通过探究性学习活动，能使学生经历和体验科学探究的过程，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素养，达到知识、能力、情感三者合一的教学目标。第5页，共32页。教学目标1、知识目标：A、遗传密码是如何破译的

B、遗传密码有哪些特点

第6页，共32页。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、归纳总结能力教学目标第7页，共32页。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教学目标第8页，共32页。教学重点教学难点遗传密码的破译过程

运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系”第9页，共32页。二、教法学法探究式教学

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。第10页，共32页。三、教学流程1、导入新课2、从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系3、科学家破译遗传密码的过程4、遗传密码的特点

5、课堂练习

6、布置作业第11页，共32页。1、导入新课（问题导入）mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？

下面将通过同学们的探究性学习活动，研究碱基与氨基酸之间的对应关系。第12页，共32页。2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。想一想，①如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？②如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？③由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？第13页，共32页。2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系学生通过数学运算、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2第14页，共32页。资料2：上世纪50～60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能的蛋白质。

3.1克里克T4噬菌体实验提示：把THEFATCATATETHEBIGRAT中的单词看作决定一个氨基酸的密码子为什么会产生这样的现象呢？请分析找出原因3、科学实验第15页，共32页。3、科学实验3.1克里克T4噬菌体实验THEFATCATATETHEBIGRAT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？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”。第16页，共32页。如何破译遗传密码呢？引入科学资料3第17页，共32页。资料3：1961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，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。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。3、科学实验3.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验第18页，共32页。3.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验3、科学实验学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。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。第19页，共32页。3.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验3、科学实验上述方法只能破译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，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。第20页，共32页。怎样破译其他的遗传密码呢？引入科学资料4第21页，共32页。材料4：1966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。3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验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。3、科学实验第22页，共32页。3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验3、科学实验学生小组讨论、大胆设想、制定方案、对比分析。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。设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定。第23页，共32页。3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验3、科学实验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。第24页，共32页。请认真阅读密码子表，分析回答下列问题，总结遗传密码的特点。4、遗传密码的特点1、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸隔开？2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以上的密码子？3、密码子都决定氨基酸吗？4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控制合成了人的胰岛素，说明什么？第25页，共32页。分析归纳，表达交流。4、遗传密码的特点密码子具有连续性、简并性、通用性第26页，共32页。

今天，我们沿着科学家的足迹，运用数学方法和科学实验探究了“氨基酸和碱基之间的数量关系”，获取了破译氨基酸密码子的科学实验方法，在今后的学习中我们要借鉴、创新及运用这些方法来解决生物学问题。小结第27页，共32页。板书设计第3节遗传密码的破译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、UUU3.3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、通用性第28页，共32页。6、作业布置5、课堂练习（略）假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏氨酸可能的密码子有哪些？如何运用实验方法确证苏氨酸的密码子究竟是什么？第29页，共32页。四、教学反思1