人教版高中生物必修二《遺傳密碼的破譯》教案2

人教版高中生物必修二《遺傳密碼的破譯》word教案

2教案B

教學(xué)目標(biāo)

一、知識與技能

1.說出遺傳密碼的閱讀方式。

2.說出遺傳密碼的破徑過程。

二、過程與方法

1.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。

2.通過再現(xiàn)科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力。

3.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。

三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1.通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體蛉科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度。

2.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)重點(diǎn)

遺傳密碼的破譯過程。

教學(xué)難點(diǎn)

1.尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn)。

2.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”。

教學(xué)策略

本節(jié)的要緊內(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

差不多學(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)其中包蘊(yùn)的科學(xué)研究方法。

1.采納類比的學(xué)習(xí)方法，使復(fù)雜的問題更容易明白得。

2.以分析“尼倫伯格和馬太實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計(jì)思路為突破口，初步明白得遺傳密碼的破譯

方法。

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”；依照科學(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(jì)實(shí)

驗(yàn)方案，探究與體驗(yàn)破譯遺傳密碼的方法和過程。

教學(xué)過程

一、導(dǎo)入新課

以“問題探討”導(dǎo)入本課的學(xué)習(xí)。

教師引導(dǎo)學(xué)生摸索P73“問題探討”，討論后回答問題。

提示1：依照莫爾思密碼表，將書本中用莫爾思密碼編寫的問題譯成英文確實(shí)是：where

aregeneslocatedo

二、新課教學(xué)

要破譯一個(gè)未知的密碼，一樣的思路確實(shí)是比較編碼的信息，即密碼和相應(yīng)的譯文。對

遺傳密碼來說最簡單的破譯方法確實(shí)是將DNA順序或mRNA順序和多肽相比較。但和一

樣的破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文一一蛋白質(zhì)的順序是已知的，未知的差不多上密碼。

莫爾思密碼是由美國畫家和電報(bào)發(fā)明人發(fā)明的一套有“點(diǎn)”和“劃”構(gòu)成的系統(tǒng)，通過

“點(diǎn)”和“劃”間隔的不同順序來表達(dá)不同的英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號。

（-）遺傳密碼的閱讀方式

構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，而mRNA上的堿基只有4種，這就顯現(xiàn)幾個(gè)堿基決定一

個(gè)氨基酸的問題，請大伙兒探討一下幾個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸？

學(xué)生探討：

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(gè)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(gè)堿基編碼一種氨基酸就能夠解決問題。4個(gè)堿基與一種氨基酸對應(yīng)的話，就會產(chǎn)生

256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。

過渡：人們不禁要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基只讀一次依舊重復(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？

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀P74圖4-10。

摸索與討論：

1.當(dāng)圖4-10中DNA的第三個(gè)堿基（T）發(fā)生改變時(shí)，假如密碼是非重疊的，這一改

變將阻礙多少個(gè)氨基酸？假如密碼是重疊的，又將產(chǎn)生如何樣的阻礙？

提示：密碼是非重疊的：1個(gè)氨基酸；密碼是重疊的：3個(gè)氨基酸。

2.當(dāng)圖4-10中DNA的第三個(gè)堿基（T）后插入一個(gè)堿基A,時(shí)，假如密碼是非重疊

的，這一改變將阻礙多少個(gè)氨基酸？假如密碼是重疊的，又將產(chǎn)生如何樣的阻礙？假如插

入2個(gè)、3個(gè)堿基呢？

提示：假如密碼是非重疊的：插入1、2個(gè)堿基，將會阻礙后面所有的氨基酸（無法產(chǎn)

生正常功能的蛋白質(zhì)），插入3個(gè)堿基將會在原氨基酸序列中多一個(gè)氨基酸。

假如密碼是重疊的：

假如插入1個(gè)堿基，阻礙3個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多1個(gè)氨基酸；

假如插入2個(gè)堿基：阻礙4個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多2個(gè)氨基酸；

假如插入3個(gè)堿基：阻礙5個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多3個(gè)氨基酸。

（二）克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

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(gè)堿基決定一個(gè)

氫基酸”。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)50To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(gè)堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除

兩個(gè)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(gè)堿基時(shí)，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THEFATCATATETHEBIGRAT中的單詞看作決定一個(gè)氨基酸的密碼子，

試著插入或刪去其中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)字母，看后面的語意會有什么變化？

學(xué)生探究：

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(gè)字母，后面的語意才不變。

究其原因?yàn)槿齻€(gè)字母組成一個(gè)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(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸

（三）遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)覺

馬太和尼倫伯格和克里克的方法和思路完全不同，他們采納的體外合成蛋白質(zhì)的技術(shù)。

制備去模板的細(xì)胞提取液：即除去DNA和mRNA,現(xiàn)在細(xì)胞提取液中含有核糖體、ATP及

各種氨基酸，是一個(gè)完整的翻譯系統(tǒng)。加入多聚尿噴咤核甘酸代替天然的mRNA,發(fā)覺合

成了單一的多肽，既多聚苯丙氨酸。這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，也說明UUU

是苯丙氨酸的密碼子。

資料2：1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破裂細(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。利用那個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺傳密

碼，即UUU-苯丙氨酸。

假如是你，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)破譯遺傳密碼？

提示：實(shí)驗(yàn)提供有多個(gè)試管和20種氨基酸溶液

學(xué)生依照資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計(jì)方案。

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過程面臨3個(gè)問題：合成如何樣的RNA作為模板？需要一組依舊多組實(shí)

驗(yàn)？氨基酸如何樣加入？

總結(jié)：用單核甘酸人工合成RNA,分多個(gè)實(shí)驗(yàn)組，分別加入不同的氨基酸，即可破譯

UUU-苯丙氨酸。

上述方法只能確定4種氨基酸的遺傳密碼，即只能破譯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。因此密碼子中確

信還有2種或3種堿基組合的情形。

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能夠是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列，例如：將A、C兩種核甘酸縮合為

ACACACACAC……長鏈，以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)覺產(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依舊CAC呢？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。

提示：參考霍拉納的設(shè)計(jì)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聚體，假如其模板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)用此類方法就能夠破譯其他氨基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼破譯之后就得到了課

本第65頁的密碼子表。

（四）遺傳密碼的特點(diǎn)：

1.不間斷性

mRNA的三聯(lián)體密碼是連續(xù)排列的，相鄰密碼之間無核甘酸間隔。因此若在某基因編

碼區(qū)（能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的區(qū)域）的DNA序列或mRNA中間插入或刪除1~2個(gè)核甘酸，

則其后的三聯(lián)體組合方式都會改變，不能合成正常的蛋白質(zhì)。

2.不重疊性

關(guān)于特定的三聯(lián)體密碼而言，其中的每個(gè)核甘酸都具有不重疊性。例如假如RNA分子

UCAGACUGC的密碼解讀順序?yàn)椋篣CA、GAC、UGC,則它不能夠同時(shí)解讀為：UCA、

CAG、AGA、GAC……等，不重疊性使密碼解讀簡單而準(zhǔn)確無誤，同時(shí)，當(dāng)一個(gè)核甘酸被

專門核甘酸取代時(shí)，可不能在肽鏈中阻礙到多個(gè)氨基酸。

3.簡并性

絕大多數(shù)氨基酸具有2個(gè)以上不同的密碼子，這一現(xiàn)象稱做簡并性，編碼相同氨基酸的

密碼子稱同義密碼子。由于兼并性，某些DNA堿基變化可不能引起相應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序

列改變。

4.通用性

除線粒體的個(gè)別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細(xì)菌、動(dòng)物和植物等不同物種之間，

蛋白質(zhì)合成機(jī)制及其mRNA差不多上能夠互換的。例如，真核生物的基因能夠在原核生物

中表達(dá)，反之亦然。

5.起始密碼與終止密碼UAG、UAA、UGA為終止密碼，它們不為任何氨基酸編碼，

而代表蛋白質(zhì)翻譯的終止。AUG是甲硫氨酸的密碼，同時(shí)又是起始密碼。

三、例題精析：

例1：已知某tRNA一端的三個(gè)堿基序列是GAU,它轉(zhuǎn)運(yùn)的是亮氨酸，那么決定此氨

基酸的密碼子是下面哪個(gè)堿基序列轉(zhuǎn)錄來的？（）

A.GATB.GAUC.CUAD.CTA

解析：從轉(zhuǎn)錄、翻譯逆行推理。tRNA的特定的三個(gè)堿基是GAU,那么依照堿基互補(bǔ)

配對原則，決定此氨基酸的mRNA上的密碼子是CUA。mRNA是由DNA轉(zhuǎn)錄而來的，因

此mRNA上CUA是由DNA上的GAT轉(zhuǎn)錄來的。

答案：A

例2：揭示基因化學(xué)本質(zhì)的表述是（）

A.基因是遺傳物質(zhì)的功能單位

B.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段

C.基因是包蘊(yùn)遺傳信息的核甘酸序列

D.基因在染色體上呈線性排列

解析：考查基因的概念，從遺傳學(xué)角度，基因是操縱生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

單位；從細(xì)胞學(xué)角度，基因在染色體上呈線性排列；從分子學(xué)角度，基因是具有遺傳效應(yīng)的

DNA片段，這也就揭示了基因的化學(xué)本質(zhì)是DNA。

答案：B

例3：科學(xué)家差不多證明密碼子是mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基。

（1）據(jù)理論估量，mRNA上的三個(gè)相鄰的堿基能夠構(gòu)成種排列方式，實(shí)際上

決定氨基酸的密碼子共有種。

（2）第一個(gè)被科學(xué)家破譯的是決定苯丙氨酸的密碼子UUUo1959年,科學(xué)家M.Nireber

和S.Ochoa用人工合成只含U的RNA為模板，在一定條件下合成只有苯丙氨酸組成的多

肽，那個(gè)地點(diǎn)一定的條件應(yīng)是o

（3）繼上述實(shí)驗(yàn)后，又有科學(xué)家用C、U兩種堿基相同排列的mRNA為模板，檢驗(yàn)一

個(gè)密碼子是否含有三個(gè)堿基。假如密碼子是連續(xù)翻譯的：

①假如一個(gè)密碼子中含有兩個(gè)或四個(gè)堿基，則該RNA指導(dǎo)合成的多肽中應(yīng)由_______

種氨基酸組成。

②假如一個(gè)密碼子中含有三個(gè)堿基，則該RNA指導(dǎo)合成的多肽鏈中應(yīng)由_______種氨

基酸組成。

解析：（1）mRNA上堿基共有A、G、C、U四種，三個(gè)相鄰的堿基構(gòu)成一個(gè)密碼子，

依照數(shù)學(xué)原理應(yīng)有43即64種。這其中有三種是終止密碼子，實(shí)際上mRNA上決定氨基酸

的密碼子共有61種。（2）那個(gè)地點(diǎn)一定的條件是指基因操縱蛋白質(zhì)合成的第二時(shí)期既翻譯

時(shí)期所需條件。（3）C、U兩種堿基相間排列，假如一個(gè)密碼子中含有兩個(gè)或四個(gè)堿基，則

密碼子為CU或CUCU,決定一種氨基酸。②假如一個(gè)密碼子中含有三個(gè)堿基，則密碼子

CUC、UCU,決定兩種氨基酸。

答案：（1）43=6461（2）tRNA、氨基酸、能量、酶、核糖體等（3）①1②2

四、課后練習(xí)

1.下列哪位科學(xué)家第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中每相鄰三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸

（）

A.伽莫夫B.克里克C.尼倫伯格D.馬太

2.在一個(gè)DNA分子中假如插入了一個(gè)堿基對，則（）

A.不能轉(zhuǎn)錄B.在轉(zhuǎn)錄時(shí)造成插入點(diǎn)往常的遺傳密碼改變

C.不能翻譯D.在轉(zhuǎn)錄時(shí)造成插入點(diǎn)以后的遺傳密碼改變

3.A、C、G各表示核酸的一個(gè)差不多單位，貝U“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.假如DNA分子模板鏈上的TAA變成了TAC,那么相應(yīng)的遺傳密碼將會（）

A.由AUU變?yōu)锳UGB.由UUA變?yōu)閁AC

C.由AUG變?yōu)锳UUD.由UAA變?yōu)閁AC

5.關(guān)于密碼子的敘述中錯(cuò)誤的是（）

A.能決定氨基酸的密碼子有64個(gè)

B.CTA確信不是密碼子

C.一種氨基酸可有一到多個(gè)對應(yīng)的密碼子

D.同一密碼子在人和猴子細(xì)胞中可決定同一種氨基酸

6.組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸所對應(yīng)的密碼子共有

A.4個(gè)B.20個(gè)C.61個(gè)D.64個(gè)

7.1959年，人們終于實(shí)驗(yàn)證實(shí)了三聯(lián)體的密碼，現(xiàn)用人工制成的CUCUCUCU…如此