《遺傳密碼的破譯》導(dǎo)學(xué)案

《遺傳密碼的破譯》導(dǎo)學(xué)案一、教材分析1、教材版本與章節(jié)我們使用的是人教版必修2，這一章節(jié)位于第4章基因的表達(dá)中的第3節(jié)。這部分內(nèi)容是在前面學(xué)習(xí)了基因的本質(zhì)、基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯等知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討遺傳密碼是如何被破譯的，是對(duì)基因表達(dá)知識(shí)體系的重要補(bǔ)充。2、教材內(nèi)容的重要性與難度這節(jié)內(nèi)容很重要哦。它就像是揭開基因奧秘的又一把小鑰匙。通過(guò)了解遺傳密碼的破譯過(guò)程，同學(xué)們能更深入地理解基因如何控制生物的性狀。不過(guò)呢，這部分內(nèi)容有點(diǎn)像個(gè)小迷宮，因?yàn)樯婕暗胶芏嗫茖W(xué)家的實(shí)驗(yàn)思路、推理過(guò)程，對(duì)于同學(xué)們來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)繞。比如說(shuō)克里克的實(shí)驗(yàn)，他是怎么通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)來(lái)推斷遺傳密碼的一些特性的，這需要大家開動(dòng)小腦筋去理解。二、學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）知識(shí)目標(biāo)1、了解遺傳密碼的閱讀方式。這里面有非重疊的閱讀方式和重疊的閱讀方式，就像不同的密碼解讀規(guī)則。同學(xué)們要知道科學(xué)家是怎么通過(guò)實(shí)驗(yàn)去探究到底是哪種閱讀方式在生物體內(nèi)起作用的呢。2、掌握遺傳密碼的破譯過(guò)程。這就像是追溯一段科學(xué)探索的歷史，從伽莫夫提出的三聯(lián)體密碼的假說(shuō)，到尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)，每一步都是智慧的結(jié)晶。要理解他們做了什么實(shí)驗(yàn)，得出了什么結(jié)論，這些結(jié)論是怎么一步步指向遺傳密碼的真相的。3、理解遺傳密碼的特點(diǎn)。比如說(shuō)通用性、簡(jiǎn)并性等。通用性就是指這個(gè)密碼在大多數(shù)生物里都差不多，就像大家都用同一種基本的密碼規(guī)則。簡(jiǎn)并性呢，就是好幾個(gè)密碼子可能對(duì)應(yīng)同一種氨基酸，這就像不同的鑰匙能開同一扇門一樣有趣。（二）能力目標(biāo)1、通過(guò)對(duì)遺傳密碼破譯過(guò)程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)同學(xué)們科學(xué)探究的思維能力。就像自己也變成了小科學(xué)家，去思考如果是自己，會(huì)怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)破解這個(gè)密碼呢？這可需要很強(qiáng)的邏輯思維和創(chuàng)新思維哦。2、提高同學(xué)們分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論的能力。在學(xué)習(xí)那些科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要學(xué)會(huì)從他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)里找到線索，就像偵探破案一樣，從蛛絲馬跡中找到答案。3、鍛煉同學(xué)們資料收集和整理的能力。這節(jié)內(nèi)容有很多科學(xué)家的故事和實(shí)驗(yàn)，大家可以自己去收集更多關(guān)于遺傳密碼破譯的課外資料，然后整理出有用的信息，這樣能加深對(duì)知識(shí)的理解。（三）情感目標(biāo)1、感受科學(xué)家們不畏艱難、勇于探索的科學(xué)精神。那些科學(xué)家在當(dāng)時(shí)的條件下，面對(duì)這么復(fù)雜的問(wèn)題，一步一步地摸索，這種精神值得大家學(xué)習(xí)。就像爬山一樣，他們不斷克服困難，向著科學(xué)的高峰攀登。2、激發(fā)同學(xué)們對(duì)生物科學(xué)的興趣。生物科學(xué)就像一個(gè)充滿寶藏的大城堡，遺傳密碼的破譯只是其中的一個(gè)小寶藏。通過(guò)學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，希望同學(xué)們能對(duì)生物科學(xué)的其他領(lǐng)域也充滿好奇，想要去探索更多的奧秘。三、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)（一）學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、遺傳密碼的破譯過(guò)程。這是整節(jié)內(nèi)容的核心，就像故事的主線一樣。從最初的假說(shuō)，到各種實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要搞清楚。2、遺傳密碼的特點(diǎn)。這是遺傳密碼破譯后的重要成果，理解了這些特點(diǎn)，就能更好地理解基因表達(dá)的高效性和準(zhǔn)確性等。（二）學(xué)習(xí)難點(diǎn)1、尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程。他們的實(shí)驗(yàn)很巧妙，但也很復(fù)雜。要理解他們是怎么用無(wú)細(xì)胞體系來(lái)合成蛋白質(zhì)的，以及如何通過(guò)這種方法確定密碼子與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這可需要同學(xué)們集中精力，反復(fù)琢磨。2、遺傳密碼的簡(jiǎn)并性概念的理解。為什么好幾個(gè)密碼子能對(duì)應(yīng)同一種氨基酸呢？這背后有什么生物學(xué)意義呢？這需要同學(xué)們從分子水平去思考，對(duì)一些同學(xué)來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)難。四、學(xué)習(xí)過(guò)程（一）預(yù)習(xí)導(dǎo)入（10分鐘）1、大家先想想，如果我們要給生物體內(nèi)的基因表達(dá)傳遞信息找一種密碼，這種密碼應(yīng)該具備什么特點(diǎn)呢？可以小組討論一下，然后派代表說(shuō)說(shuō)自己的想法。2、我給大家講個(gè)小故事。在科學(xué)家們還不知道遺傳密碼的時(shí)候，就像在黑暗中摸索。伽莫夫提出了三聯(lián)體密碼的假說(shuō)，就像在黑暗中點(diǎn)亮了一盞小燈。那他為什么會(huì)提出這樣的假說(shuō)呢？大家預(yù)習(xí)一下課本，然后來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。（二）知識(shí)講解（30分鐘）1、遺傳密碼的閱讀方式我們先來(lái)看遺傳密碼的閱讀方式有哪兩種。一種是重疊的閱讀方式，一種是非重疊的閱讀方式。假如我們有一段基因序列，就像一串很長(zhǎng)的密碼數(shù)字。如果是重疊的閱讀方式，那一個(gè)堿基可能會(huì)被好幾個(gè)密碼子共用；如果是非重疊的閱讀方式，每個(gè)密碼子就像一個(gè)個(gè)獨(dú)立的小單元，互不干擾。那科學(xué)家們是怎么知道生物體內(nèi)采用的是哪種閱讀方式的呢？這里就有克里克的實(shí)驗(yàn)啦。克里克他可是個(gè)很聰明的科學(xué)家，他通過(guò)研究噬菌體的突變，發(fā)現(xiàn)如果是重疊的閱讀方式，某些突變的結(jié)果就不符合實(shí)際情況。所以呢，他推斷生物體內(nèi)采用的是非重疊的閱讀方式。同學(xué)們能理解這個(gè)推理過(guò)程嗎？如果有問(wèn)題可以隨時(shí)提問(wèn)哦。2、遺傳密碼的破譯過(guò)程接下來(lái)就是重頭戲啦，遺傳密碼的破譯過(guò)程。伽莫夫提出三聯(lián)體密碼的假說(shuō)后，就像給大家指明了一個(gè)方向。但是這個(gè)假說(shuō)到底對(duì)不對(duì)呢？這就需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證了。尼倫伯格和馬太就登場(chǎng)了。他們用無(wú)細(xì)胞體系來(lái)合成蛋白質(zhì)。這個(gè)無(wú)細(xì)胞體系就像一個(gè)小小的生物工廠，里面有合成蛋白質(zhì)需要的各種原料，但是沒(méi)有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。他們?cè)谶@個(gè)體系里加入人工合成的RNA，然后看能合成什么樣的蛋白質(zhì)。比如說(shuō)，他們加入只由尿嘧啶組成的RNA（也就是多聚U），結(jié)果發(fā)現(xiàn)合成的是多聚苯丙氨酸。這就說(shuō)明，密碼子UUU對(duì)應(yīng)的是苯丙氨酸。這可是一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)，就像打開了遺傳密碼破譯的大門。之后呢，科學(xué)家們又用類似的方法，不斷地確定其他密碼子和氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同學(xué)們想想，如果讓你們用這個(gè)無(wú)細(xì)胞體系去確定另一種密碼子對(duì)應(yīng)的氨基酸，你們會(huì)怎么做呢？3、遺傳密碼的特點(diǎn)經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的努力，遺傳密碼的神秘面紗被一點(diǎn)點(diǎn)揭開，我們也發(fā)現(xiàn)了它的一些特點(diǎn)。首先是通用性，這個(gè)很神奇哦。不管是細(xì)菌、植物還是動(dòng)物，大多數(shù)生物都使用相同的遺傳密碼。這就像大家都說(shuō)同一種語(yǔ)言一樣，方便不同生物之間的基因交流。比如說(shuō)，我們可以把人的胰島素基因?qū)氲酱竽c桿菌里，大腸桿菌就能按照人的遺傳密碼規(guī)則來(lái)合成胰島素。這在生物工程領(lǐng)域可是非常重要的應(yīng)用呢。還有簡(jiǎn)并性，我們剛剛提到過(guò)，好幾個(gè)密碼子可能對(duì)應(yīng)同一種氨基酸。這有什么好處呢？這就像給生物系統(tǒng)加了一道保險(xiǎn)，如果一個(gè)密碼子發(fā)生了突變，但是因?yàn)橛衅渌艽a子也能對(duì)應(yīng)相同的氨基酸，所以可能對(duì)蛋白質(zhì)的合成影響不大，生物的性狀就不容易發(fā)生改變，有利于生物的遺傳穩(wěn)定性。（三）小組討論（20分鐘）1、分組討論遺傳密碼的簡(jiǎn)并性對(duì)生物進(jìn)化有什么意義。每個(gè)小組可以從不同的角度去思考，比如從基因變異的角度，從生物適應(yīng)環(huán)境的角度等。討論完后，每個(gè)小組要選出一名代表來(lái)發(fā)言。2、討論如果遺傳密碼沒(méi)有通用性，生物界會(huì)是什么樣子的呢？這是一個(gè)很有趣的假設(shè)性問(wèn)題，大家可以發(fā)揮自己的想象力，同時(shí)也要結(jié)合我們學(xué)過(guò)的生物知識(shí)來(lái)討論。（四）課堂練習(xí)（20分鐘）1、選擇題遺傳密碼的閱讀方式是（）A.一定是重疊的B.一定是非重疊的C.可能是重疊的也可能是非重疊的D.以上都不對(duì)尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)中，加入多聚U合成的是（）A.多聚丙氨酸B.多聚苯丙氨酸C.多聚甘氨酸D.多聚賴氨酸遺傳密碼的簡(jiǎn)并性是指（）A.一個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)多種氨基酸B.多種密碼子對(duì)應(yīng)一種氨基酸C.密碼子和氨基酸沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系D.密碼子是簡(jiǎn)并的結(jié)構(gòu)答案：B、B、B。2、簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)述克里克是如何推斷生物體內(nèi)遺傳密碼的閱讀方式是非重疊的。答案：克里克通過(guò)研究噬菌體的突變，發(fā)現(xiàn)如果是重疊的閱讀方式，某些突變的結(jié)果就不符合實(shí)際情況，所以推斷生物體內(nèi)采用的是非重疊的閱讀方式。闡述遺傳密碼通用性的意義。答案：遺傳密碼的通用性使得不同生物之間能夠進(jìn)行基因交流。例如在生物工程中，可以將一種生物的基因?qū)肓硪环N生物中，按照相同的遺傳密碼規(guī)則合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，有利于基因工程技術(shù)的開展，促進(jìn)生物科學(xué)的發(fā)展等。（五）總結(jié)歸納（10分鐘）1、我們一起回顧一下這節(jié)課的內(nèi)容。我們學(xué)習(xí)了遺傳密碼的閱讀方式，知道了生物體內(nèi)采用的是非重疊的閱讀方式；重點(diǎn)學(xué)習(xí)了遺傳密碼的破譯過(guò)程，從伽莫夫的假說(shuō)到尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)等；還深入理解了遺傳密碼的特點(diǎn)，通用性和簡(jiǎn)并性。2、大家