遺傳密碼破譯說課課件 人教版

遺傳密碼的破譯 王樹仁廣東省珠海市實驗中學(xué) 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(xì)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(jì)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(dá) 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(yùn)涵有豐富的科學(xué)史探究素材 非常適合學(xué)生進(jìn)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(dá)到知識 能力 情感三者合一的教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)目標(biāo) 1 知識目標(biāo) 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(biāo) a 從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)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 教學(xué)目標(biāo) 3 情感目標(biāo) 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 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重點 教學(xué)難點 遺傳密碼的破譯過程 運(yùn)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 二 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(yùn)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 三 教學(xué)流程 1 導(dǎo)入新課 2 從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系 3 科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程 4 遺傳密碼的特點 5 課堂練習(xí) 6 布置作業(yè) 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(rèn)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 如果2個相鄰堿基決定一種氨基酸呢 如果3個相鄰堿基決定一種氨基酸呢 由此分析你認(rèn)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 2 從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系 學(xué)生通過數(shù)學(xué)運(yùn)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 資料2 上世紀(jì)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(dāng)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) 3 1克里克T4噬菌體實驗 提示 把THEFATCATATETHEBIGRAT中的單詞看作決定一個氨基酸的密碼子 為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢 請分析找出原因 3 科學(xué)實驗 3 科學(xué)實驗 3 1克里克T4噬菌體實驗 THEFATCATATETHEBIGRAT 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 引入科學(xué)資料3 資料3 1961年 尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)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 3 科學(xué)實驗 3 2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3 2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3 科學(xué)實驗 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(dá)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 3 2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3 科學(xué)實驗 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 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(jìn)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 3 3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗 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 3 科學(xué)實驗 3 3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗 3 科學(xué)實驗 學(xué)生小組討論 大膽設(shè)想 制定方案 對比分析 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 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 3 3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗 3 科學(xué)實驗 運(yùn)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 請認(rèn)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 4 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 4 將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌 控制合成了人的胰島素 說明什么 分析歸納 表達(dá)交流 4 遺傳密碼的特點 密碼子具有連續(xù)性 簡并性 通用性 今天 我們沿著科學(xué)家的足跡 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和科學(xué)實驗探究了 氨基酸和堿基之間的數(shù)量關(guān)系 獲取了破譯氨基酸密碼子的科學(xué)實驗方法 在今后的學(xué)習(xí)中我們要借鑒 創(chuàng)新及運(yùn)用這些方法來解決生物學(xué)問題 小結(jié) 板書設(shè)計 第3節(jié)遺傳密碼的破譯1 從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系理論上應(yīng)該是三個堿基決定一個氨基酸2 科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程2 1克里克T4噬菌體實驗信使RNA上的每3個堿基決定一個氨基酸2 2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗破譯了遺傳密碼AAA GGG CCC UUU3 3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗破譯了其他遺傳密碼3 遺傳密碼的特點連續(xù)性 簡并性 通用性 6 作業(yè)布置 5 課堂練習(xí) 略 假如 我們利用 ACU n核苷酸長鏈合成了含有蘇氨酸的多肽 那么蘇氨酸可能的密碼子有哪些 如何運(yùn)用實驗方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么 四 教學(xué)反思 1 教材中豐富的科學(xué)史料 是我們在課堂上進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動的良好素材 教師要整理和運(yùn)用好 千萬不要低估學(xué)生的思維能力 當(dāng)學(xué)生的思維能力被你想方設(shè)法激發(fā)出來的時候 你會發(fā)現(xiàn)他們的創(chuàng)造力是無窮的 四 教學(xué)反思 2 探究性學(xué)習(xí)