遺傳密碼的破譯教學(xué)設(shè)計

1、遺傳密碼的破譯教學(xué)設(shè)計綏中縣第一高級中學(xué) 于紹儉一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識目標(biāo)：a.說出遺傳密碼的閱讀方式。b.說出遺傳密碼的破譯過程。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(shí)驗(yàn)設(shè)計與科學(xué)探究能力 c.通過總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生對比分析、歸納總結(jié)能力 3、情感目標(biāo)：a.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體驗(yàn)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 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)遺傳密碼的破譯過程。2.教學(xué)難點(diǎn) 尼倫伯格和馬太設(shè)計的蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn) 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)方法探究“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系” 三、教

2、學(xué)策略本節(jié)的主要內(nèi)容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節(jié)的重要補(bǔ)充。學(xué)生在第1節(jié)中已經(jīng)學(xué)習(xí)了遺傳密碼，但并不了解遺傳密碼是如何破譯的，本節(jié)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識遺傳密碼的破譯過程，使學(xué)生通過這一研究過程學(xué)習(xí)其中蘊(yùn)含的科學(xué)研究方法。1.采用類比的學(xué)習(xí)方法，使復(fù)雜的問題更容易理解。2.以分析“尼倫伯格和馬太實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。四、教學(xué)方法探究式教學(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(shí)驗(yàn)方法，小組合作設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，探究與體驗(yàn)破譯遺傳密碼的方法和過程。五、教學(xué)過程師：請根據(jù)莫爾思電

3、碼表，將書本中問題探討中的那段電文譯成英文。學(xué)生：where are genes located1 遺傳密碼的閱讀方式的探索師：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，而mRNA上的堿基只有4種，這就出現(xiàn)幾個堿基決定一個氨基酸的問題，請大家探討一下幾個堿基決定一個氨基酸？學(xué)生：若一種堿基與一種氨基酸對應(yīng)的話，那么只可能產(chǎn)生4種氨基酸，而已知的天然氨基酸有20種，因此不可由一種堿基對應(yīng)一種氨基酸若2個堿基與一種氨基酸對應(yīng)的話4種堿基共有16種不同的排列組合，也不足以編碼20種氨基酸3個堿基編碼一種氨基酸4個堿基與一種氨基酸對應(yīng)的話就會產(chǎn)生64種排列組合。相比較而言。只有三聯(lián)體較為符合20種氨基酸師：人們不禁

4、要問在三聯(lián)體中的每個堿基只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重疊閱讀和非重疊方式閱讀DNA序列會有什么不同？學(xué)生探究下圖1、當(dāng)圖中DNA的第三個堿基（T）發(fā)生改變時，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果密碼是重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的影響？學(xué)生：密碼是非重疊的：1個氨基酸，密碼是重疊的： 3個氨基酸師：2、當(dāng)圖中DNA的第三個堿基（T）后插入一個堿基A，時，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果密碼是重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的影響？如果插入2個、3個堿基呢？學(xué)生探究學(xué)生：密碼是非重疊的1、2個：后面所有的氨基酸（無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)） ，3個堿基將會在原氨基酸序列中多一個氨基酸

5、。密碼是重疊的：如果插入1個堿基，3個氨基酸，多肽比原正常多肽多1個氨基酸如果插入2個堿基：4個氨基酸，多肽比原正常多肽多2個氨基酸如果插入3個堿基：5個氨基酸，多肽比原正常多肽多3個氨基酸2 遺傳密碼的驗(yàn)證（克里克實(shí)驗(yàn)）師：大家通過數(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)資料資料1：上世紀(jì)5060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

6、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，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？學(xué)生探究學(xué)生：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?yàn)槿齻€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”。資料2：1961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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

7、，尼倫伯格和馬太設(shè)計了一個巧妙的實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個遺傳密碼，即UUU-苯丙氨酸。師：如果是你，如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)破譯遺傳密碼？提示：實(shí)驗(yàn)提供有多個試管和20種氨基酸溶液學(xué)生探究學(xué)生根據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計方案。師：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)？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(shí)驗(yàn)組，分別加入不同的氨基酸，即可破譯UUU-苯丙氨酸。師：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，

8、所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。引入科學(xué)資料材料3：1966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。師：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(shí)驗(yàn)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。 學(xué)生設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多

9、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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(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。六、小結(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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 破譯了遺傳密碼AAA、GGG、CCC、U

10、UU 2.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn) 破譯了其他遺傳密碼3、遺傳密碼的特點(diǎn) 連續(xù)性、簡并性、通用性七、練習(xí)：1、組成mRNA分子的4種核苷酸能組成多少種密碼子？（ ）A、16 B、32 C、46 D、64 2、比較本節(jié)中“問題探討”中的莫爾斯密碼與遺傳密碼的異同，總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)項(xiàng) 目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有無隔符 有間隔符“/” 無分隔長度是否固定 長度不固定，1到4隔符號不等 長度固定，3隔符號閱讀方式是否重疊 非重疊方式閱讀 非重讀方式閱密碼所采用的符號   AUGC3、比較克里克與尼倫柏格所采用的實(shí)驗(yàn)方法，想一想者兩種方法各有那些優(yōu)勢和不足。項(xiàng) 目克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惏馗耋w外蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)主要思路 通過研究堿基改變對蛋白質(zhì)合成的影響推斷遺傳密碼的性質(zhì) 建立體外蛋白質(zhì)合成