《遺傳密碼的破譯》教學設計

1、4.3 遺傳密碼的破譯 教學設計一、教學分析1 教材分析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，是對本章第一節(jié)基因指導蛋白質(zhì)的合成的重要補充，在教材中本來屬于選學內(nèi)容。該內(nèi)容是理解基因突變和基因工程的理論基礎， 同時也蘊涵著豐富的科學史探究素材， 體現(xiàn)了實驗設計的許多科學方法，非常適合學生去了解和學習科學探究的過程，體味科學的本質(zhì)，激發(fā)其學習生物學的興趣，培養(yǎng)學生的生物科學達素養(yǎng)， 是達成三維目標之一 “情感態(tài)度價值觀 “的難得載體。2 學情分析（ 1）學生對基因指導蛋白質(zhì)合成的具體過程有了一定的知識準備，對遺傳密碼的特點、作用有了清楚的認識，為進一步認識和理解遺傳密

2、碼的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。（ 2）高三的學生的學習興趣濃厚、思維較活躍。通過高中階段生物課程的學習，具有較強的實驗設計、分析能力。學生對科學探究的一般過程的理解程度， 將影響其對于蛋白質(zhì)體外合成實驗的設計的理解。 因此學習科學家的實驗設計的過程中應細化各步驟的問題，適時引導和啟發(fā)思考，加強對破譯過程的理解與掌握。二、教學重難點（ 1）教學重點：通過遺傳密碼破譯的過程，理解科學的本質(zhì) , 體驗 科學探究的方法和態(tài)度。（ 2）教學難點：遺傳密碼閱讀方式的實驗證據(jù)，無細胞系統(tǒng)破譯遺傳密碼的實驗設計。三、教學目標1 知識與能力（ 1）遺傳密碼的破譯過程。（ 2）遺傳密碼的特點。2過程與方法（ 1）從數(shù)學的角

3、度認識堿基與氨基酸的對應關系訓練學生科學推理能力。（ 2）通過再現(xiàn)科學史，培養(yǎng)實驗設計與科學探究能力。（ 3）通過總結(jié)遺傳密碼的特點，提高對比分析、歸納總結(jié)能力。3情感態(tài)度與價值觀（ 1）感受和重溫科學家的思維歷程， 體驗科學探究的方法和態(tài)度。（ 2）感受科學知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長，理解科學的本質(zhì)。（ 3）對科學家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構(gòu)思表達敬佩。（ 4）認同遺傳密碼的破譯對生物學發(fā)展的重要意義。四、教學策略和手段1、布置課前預學案（學生課前自主學習）和課后作業(yè)來提高學習效率。2、授課中設置問題串來引導學生重溫科學家破課遺傳密碼的思維歷程，理解科學的本質(zhì)和科學研究的

4、態(tài)度。3、引導學生學會用數(shù)學的方法決解生物學中的問題4、展示近百年來生命科學的研究歷史步伐（短視頻），讓學生感受探索和揭示生命本質(zhì)過程的艱辛和漫長。五、課前準備： 1. 相關圖片和遺傳密碼破譯史實的收集。2. 提前一天布置給學生完成下列內(nèi)容， 自主學習。1、克里克的實驗證據(jù)：克里克以為實驗材料， 研究其中某個基因的對的影響。 克里克發(fā)現(xiàn)， 在相關堿基序列中增加或者刪除堿基，都不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；而當增加或者刪除個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)?？死锟耸堑谝粋€用實驗證明遺傳密碼中 的 科學家。其實驗表明：遺傳密碼從 開始，以的方式閱讀， 編碼之間分隔符。2、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：尼

5、倫伯格和馬太采用了技術(shù)。他們在每個試管中分別加入一種 氨基酸，再加入的細胞提取液，以及人工合成的，結(jié)果加入了苯丙 氨酸的試管中出現(xiàn)了 實驗結(jié)果說明：導致了多聚苯丙氨酸的合成。結(jié)合克里克得 出的的實驗結(jié)論，結(jié)果說明與苯丙氨酸對 應的密碼子應該是。新課引 入讓學生段莫爾斯密碼符 號，思考課本“問題探討”的有 關問題，引入遺傳密碼的課題承上啟卜，細胞核內(nèi)的DN做口 何指導細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成？ 依次展示四段歷史資料：1 .薛定謂的觀點2 .克里克和沃森的DN敏螺旋結(jié) 構(gòu)模型、布3.拉什的實驗結(jié)論4 .克里克的“中心法則）得出DNA 是通過RNAt的堿基來指編碼氨 基本的。最后引出伽昊夫二個堿基編碼

6、一個氨基酸的二聯(lián)體假說。（用數(shù)思考和討論“問題探討”， 了解莫爾斯密 碼思考：細胞核 內(nèi)的DNA如何 指導細胞質(zhì)中 蛋白質(zhì)的合 成？看資料邊、隨老師的介紹 歷史資料，的， 最后用數(shù)學排 列組合的方 法，推導出了由莫爾斯 帝他引入 遺傳密碼 通過類比、 展示讓學 生確定“堿 基編他氨 基酸”，并 具體編他 提出問題， 引出遺傳 密碼的閱 讀方式 引導學生學排列組合的方法去理解）二個堿基決定 一個氨基酸的 結(jié)論。學會用數(shù) 學的方法 決解生物 學中的問 題一、遺 傳密他 的閱讀 方式展下兩種閱讀方式得到的氨基 酸序列不同。提示：生物總有保持自身穩(wěn)定 的傾向，舉例說明在堿基序更改變的情況 下，非重疊式

7、閱讀方式對編碼的 氨基酸序列影響更小得出二聯(lián)密碼的堿基是以非重疊 式的閱讀方式編碼氨基酸的。展示遺傳密碼是非重疊閱讀，而 且編碼之間沒有分隔符的兩個實 例1、Brenner.S發(fā)表論文：通過蛋 白質(zhì)的氨基酸順序分析，發(fā)現(xiàn)不 存在氨基酸的鄰位限制作用，從 而否定了遺傳密碼重疊閱讀。2.英格蘭姆（英）闡明了鐮刀型 細胞貧血癥的分子作用機理。用三聯(lián)體的觀 點寫出同一段 堿基1予列用不 同的閱讀方式 編碼氨基酸的 仔列?？偨Y(jié)：增加或 減少幾個核甘 酸對編他的蛋 白質(zhì)影響最 小。結(jié)合提供的資 料，總結(jié)出三 聯(lián)體帝他的堿 基是以非重疊 式的閱讀方式 編碼氨基酸 的。引導學生 能通過親 自用不同 的方式閱

8、堿基而得 出不同的 氨基酸系 列，并通過資 料提供的 信息，了解 三聯(lián)體密 碼子及它 正確的閱 讀方式。二、克 里克的 實驗證 據(jù)針對上述“三聯(lián)體”的假說是 否真實，引入克里克的實驗證據(jù)： 展示克里克利用大腸桿菌的T4噬菌體做移碼突笠實驗。先讓嘗試解釋為何會出現(xiàn)這樣的嘗試解釋克里 克利的移碼突 變實驗。結(jié)果 分析一個案例 中增加或減少引導學生 通過理解 移碼突變 所引起的 蛋白質(zhì)結(jié)實驗結(jié)果？再展示一個例子：類比分析理解“二個堿基編碼一個氨基酸的結(jié)果”并展示克里克還通過改進這個實 驗，揭示遺傳密碼除了三聯(lián)體之 外的其它性質(zhì)：1、3個相鄰的堿基成為一個密碼 子2、遺傳密碼從一個固定的起點開 始，以

9、非重疊的方式閱讀3、編碼間沒有分隔符3個核甘酸對 編他的蛋白質(zhì) 影響最小。認同三個堿基 編碼一個氨基 酸學習遺傳密碼 的所有性質(zhì)構(gòu)差異，并 結(jié)合數(shù)學 的思想，從 實驗角度 驗證“密他 子的三聯(lián) 體特性”。 讓學生了 解遺傳密 碼的所有 性質(zhì)二、遺 傳密他 對應規(guī) 則的發(fā) 現(xiàn)展示資料：尼倫伯格和馬太利體個蛋白質(zhì) 合成系統(tǒng)實驗，破譯了第一個遺 傳密他。布置學生問讀課本中的實驗過程 并思考卜列問題：1）、實驗中多聚尿喀咤核甘酸的 作用是什么？2）、為什么要除去細胞提取液中 的 DN序口 mRNA3）、如果是你是尼倫伯格同期的 科學家，你覺得是否要設計對照 實驗，如何設計？（4）、要想知道更多氨基酸的

10、密 碼子，你如何改變上述實驗？根據(jù)資料的結(jié) 論閱讀課本中 馬太和尼倫伯 格的蛋白質(zhì)體 外合成系統(tǒng)破 譯遺傳密碼的 實驗過程，結(jié) 合老師的問 題，學生小組 思考和討論實 驗材料和實驗 設計思路。理 解該實驗是怎 樣來破譯第一 個遺傳密碼通過提不， 讓那個學 生了解當 時的知識 背景和已 有的技術(shù) 手段；讓學 生感受敏 銳、大膽、 睿智和創(chuàng) 新的科研 精神體驗科學 探究的方 法和態(tài)度介紹此后的六七年里，科學家正 是沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路， 不斷地改進實驗方法，破譯出了 全部的密碼子，并編制出了密碼 子表的。大膽嘗試、方 法改進、思路 更新。了解遺傳密碼 全部破譯的漫 長和最后的成 功。讓學生感

11、受科學探 究的不易四、遺 傳密他 的特 性：簡單介紹科學家破譯了全部的 遺傳密碼后，也弄清了遺傳密碼 的特性：不間斷性：不重疊性：簡并性：通用性：有起始和終止密他：理解和掌握遺 傳帝他有哪些 特性讓學生知 道遺傳密 碼的所有 特性總結(jié)： 遺傳密 他破譯 的歷程 和意義介紹遺傳密碼的破譯是：生 物學史上一座偉大的里程碑，意 味著人類探索和揭示生命本質(zhì)的 研究向前邁進一大步，為后面分 子遺傳生物學的發(fā)展啟著重要的 推動作用遺傳密碼的破譯、測序方法 的建立以及體外重組的實現(xiàn)是基 因工程的二大基石總體展示遺傳密碼的程：1、1954年科普作家伽莫夫 用數(shù)學的方法推斷3個堿基編碼通過學習，感 受生命科學的

12、 研究是個漫長 而艱辛的歷 程；是不分國 籍、不分學科 的合作；要具 備“敏銳、大 膽、睿智和創(chuàng) 新”的科學素 養(yǎng)。讓學生認 同遺傳密 碼的破譯 對生物學 發(fā)展的重 要意義，感 受探索和 揭示生命 本質(zhì)過程 和艱辛和 漫長一個氨基酸。2、1961年克里克第一個用 T4噬菌體實驗證明了遺傳密碼中 3個堿基編碼一個氮基酸。3、1961年尼倫伯格和馬太 利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成破 譯了第一個遺傳密碼。4、1969年科學家們破譯了 全部的密他。課堂練 習課件展示題目（略）學生答題檢查學習 效果觀看視 頻播放一段視頻短片，讓學生了解 下近百年來人類探索生命的歷史 步伐，感受探索和揭示生命本質(zhì) 過程的艱

13、辛和漫長。學生看視頻， 了解近百年來 生命科學史上 的重要成果讓學生了 解揭示生 命本質(zhì)的 歷史進程小結(jié)本 節(jié)知識 要點并 布置課 后作業(yè)展示課后作業(yè)（略）學生一起回顧 本節(jié)知識要點幫學生構(gòu) 建本節(jié)知 識要點，并 課后通過 作業(yè)能及 時理解和 鞏固所學 知識七、板書設計：4.3遺傳密碼的破譯一、遺傳密碼的解讀方式J1.非重疊式的閱讀方式1 2.重重疊式的閱讀方式二、克里克的實驗證據(jù)：F噬菌體的移碼突變實驗1.3個相鄰苗堿基成為密碼子遺傳密碼的性質(zhì)：2.從一個固定的起點開始，以非 重疊的方式閱讀3.編碼之間沒有分隔符三、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)體外合成實驗：第一個遺傳密碼：UUU-一苯丙氨

14、酸四、遺傳密碼的特性不間斷性、不重疊性、簡并性、通用性、有起始和 終止密碼 八、教學反思：本節(jié)通過多媒體設備的輔助教學，利用課件的幻燈片，為學 生提供豐富的歷史素材，加深了學生的對遺傳密碼破譯過程的認 同。又過過承上啟下式的問題串，通過學生思考討論和師生互動， 及視頻短片的展示，來達到本節(jié)的教學目標。因本節(jié)是選學內(nèi)容， 感覺學生不是很重視，加上條件所限，本學節(jié)的授課方法較為傳統(tǒng)， 以老師講授為主，學生主動參與較少，基本都是被動地接受。要是 有條件的話，最好把本節(jié)設計成科學的經(jīng)典實驗和學生的探究過程 相結(jié)合，讓學生更好地沿著科學的邏輯思維路線，即發(fā)現(xiàn)問題，大 膽假設，實驗探究，最終得到符合邏輯的

15、結(jié)論，才能體現(xiàn)了學生學 習的主體地位，課堂學效率更高。九、課后檢測第3節(jié)遺傳密碼的破譯一、單項選擇題：1 .下列哪位科學家第一個用實驗證明遺傳密碼中每相鄰三個堿基 編碼一個氨基酸（）A.伽莫夫B.克里克C.尼倫伯格D.馬太2 .在一個DNAb子中如果插入了一個堿基對，則（）A.不能轉(zhuǎn)錄B.在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以前的遺傳密碼改變C.不能翻譯D.在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以后的遺傳密碼改變3 .A、C、G各表示核酸的一個基本單位，則“ACG表示的一定不是()A.基因B.密碼子C.反密碼子D.遺傳信息4 .如果DN陰子模板鏈上的TAA變成了 TAQ那么相應的遺傳密碼 將會()A.由AU民為AUGB由UU儂為U

16、ACC由AU彼為AUUD由 UAA 為 UAC5 .已知某tRNA一端的三個堿基序列是 GAU它轉(zhuǎn)運的是亮氨酸，那 么決定此氨基酸的密碼子是下面哪個堿基序列轉(zhuǎn)錄來的？()A. GATB GAUC CUAD CTA二、非選擇題：6、繼克里克的實驗后，又有科學家用 C U兩種堿基相同排列的 mRNM模版，檢驗一個密碼子是否含有三個堿基。如果密碼子是 連續(xù)翻譯的：(1)、假如一個密碼子中含有兩個或四個堿基，則該 RNA®導合成 的多肽中應由種氨基酸組成。(2)、假如一個密碼子中含有三個堿基，則該 RNA®導合成的多 肽鏈中應由種氨基酸組成。7、下表是Khorana為破譯密碼子進行

17、的實驗結(jié)果。他用人工合成的mRNA在細胞外的轉(zhuǎn)譯系統(tǒng)中合成多肽，然后分析合成的多肽 中氨基酸的組成。請分析后回答：說明：表中(UC n表示UCUCUCUCUCUCU盅樣的重復 mRNA 順序。(1)、細胞外的轉(zhuǎn)譯系統(tǒng)中除加入全套必要的酶系統(tǒng)、tRNA人工 合成的mRNA口種氨基酸外，還需提供和。(2)、通過分析實驗中可能出現(xiàn)的密碼子以及生成的多肽中氨基酸的組成的比較，得出下列氨基酸的密碼子：亮氨酸、；絲氨酸；苯丙氨酸。8、浙江省農(nóng)業(yè)科學院陳錦清教授發(fā)現(xiàn)了油菜產(chǎn)油機制：光合作用產(chǎn)生磷酸烯醇式丙 酮酸(PEB運向種 子的兩條途徑，如甲 圖所示。圖乙是控制PEPcas酶II合成的基因，其中a鏈是轉(zhuǎn)錄鏈，陳教授 及助手誘導