遺傳密碼的破譯說課稿

一、教材分析

遺傳密碼的破譯，就等于編著了一本生命科學(xué)的辭典，而這本辭典適應(yīng)于從細菌到人類的一切生物。這些生物都是按照這本辭典查閱和翻譯著自己的蛋白質(zhì)，又按照這本辭典營造和傳遞著生命。這一發(fā)現(xiàn)是分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展中的一個重大里程碑，是20世紀生命科學(xué)中最令人激動的巨大成就之一，也是后來蓬勃興起的基因工程和人類基因組計劃得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

遺傳密碼的破譯是高中生物必修2第4章“基因的表達”的一節(jié)內(nèi)容，在教材中本來屬于選學(xué)內(nèi)容，但考慮到該內(nèi)容蘊涵有豐富的科學(xué)史探究素材，非常適合學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)活動。通過探究性學(xué)習(xí)活動，能使學(xué)生經(jīng)歷和體驗科學(xué)探究的過程，體味科學(xué)的本質(zhì)，激發(fā)其學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，達到知識、能力、情感三者合一的教學(xué)目標。

二、教學(xué)目標

1、知識目標：

a、遺傳密碼是如何破譯的

b、遺傳密碼有哪些特點

2、能力目標：

a.從數(shù)學(xué)的角度認識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力

b.通過再現(xiàn)科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計與科學(xué)探究能力

c.通過總結(jié)遺傳密碼的特點訓(xùn)練學(xué)生對比分析、歸納總結(jié)能力

3、情感目標：

a.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體驗科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度

b.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生感受科學(xué)知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長

三、教學(xué)重點

遺傳密碼的破譯過程

四、教學(xué)難點

運用數(shù)學(xué)方法及實驗方法探究“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系”

五、教法學(xué)法

探究式教學(xué)

引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)方法推理和猜想“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系”；根據(jù)科學(xué)資料，運用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系”；借鑒科學(xué)家的實驗方法，小組合作設(shè)計實驗方案，探究與體驗破譯遺傳密碼的方法和過程。

六、教學(xué)流程

1、導(dǎo)入新課（問題導(dǎo)入）

mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序的？mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對應(yīng)的？

下面將通過同學(xué)們的探究性學(xué)習(xí)活動，研究堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系。

2、從數(shù)學(xué)角度認識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系

資料1：mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？如果1個堿基決定一個氨基酸，那么4種堿基只能決定4種氨基酸，顯然這種組合是不夠的。

想一想，①如果2個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？②如果3個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？③由此分析你認為應(yīng)該由多少個堿基編碼一個氨基酸，4種堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸？

學(xué)生通過數(shù)學(xué)運算、小組討論、推理猜想，即可確定“理論上應(yīng)該是三個堿基決定一個氨基酸”

上述結(jié)論僅為數(shù)學(xué)推理，如何證明呢？

引入科學(xué)資料2

3、科學(xué)實驗 3.1 克里克T4噬菌體實驗

資料2：上世紀50～60年代，DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在T4噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當增加或者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。

為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？

請分析找出原因

提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的單詞看作決定一個氨基酸的密碼子

THE FAT CAT ATE THE BIG RAT

試著插入或刪去其中的一個、兩個、三個字母，看后面的語意會有什么變化？

通過小組推演討論，會發(fā)現(xiàn)只有插入或刪去其中的三個字母，后面的語意才不變。究其原因為三個字母組成一個單詞。

類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，信使RNA上的每三個堿基決定一個氨基酸”。

如何破譯遺傳密碼呢？

引入資料3

3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗

資料3：1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細胞溶液，建立了一種利用人工合成的RNA在試管里合成多肽鏈的實驗系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個實驗系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計了一個巧妙的實驗，破譯了第一個遺傳密碼，即UUU-苯丙氨酸。

如果是你，如何設(shè)計實驗破譯遺傳密碼？

提示：實驗提供有多個試管和20種氨基酸溶液。

學(xué)生根據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計方案。

實驗方案設(shè)計過程面臨3個問題：

合成怎樣的RNA作為模板？

需要一組還是多組實驗？

氨基酸怎樣加入？

教師引導(dǎo)鼓勵，學(xué)生思考探究、討論爭辯，達成共識：用單核苷酸人工合成RNA，分多個實驗組，分別加入不同的氨基酸，即可破譯UUU-苯丙氨酸。

上述方法只能破譯AAA是賴氨酸的密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子，GGG是甘氨酸的密碼子，UUU是苯丙氨酸的密碼子。只能確定4種氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況

怎樣破譯其他的遺傳密碼呢？

引入科學(xué)資料4

3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗

材料4：1966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一種新的RNA合成方法，通過這種方法合成的RNA可以是2個、3個或4個堿基為單位的重復(fù)序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長鏈，以它作人工信使進行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說明蘇氨酸的密碼子可能是ACA，也可能是CAC；同樣，組氨酸的密碼子可能是CAC，也可能是ACA。

如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢？請設(shè)計實驗證明。

提示：參考霍拉納的設(shè)計方法。

學(xué)生小組討論、大膽設(shè)想、制定方案、對比分析。

設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可確定。

方案：如合成（CAA）n長鏈，重復(fù)上述實驗，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。

將科學(xué)家和自己的實驗結(jié)果對比分析，即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子，CAC是組氨酸的密碼子。

運用此類方法就可以破譯其他氨基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼破譯之后就等到了課本第65頁的密碼子表。

4、遺傳密碼的特點

請認真閱讀密碼子表，分析回答下列問題，總結(jié)遺傳密碼的特點。

1）、在mRNA上兩個密碼子之間有無核苷酸隔開？

2）、一個氨基酸具有1個、2個還是2個以上的密碼子？

3）、密碼子都決定氨基酸嗎？