遺傳密碼的破譯說(shuō)課稿

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(yíng)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(gè)重大里程碑，是20世紀(jì)生命科學(xué)中最令人激動(dòng)的巨大成就之一，也是后來(lái)蓬勃興起的基因工程和人類基因組計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

說(shuō)課稿

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(lái)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(dòng)。通過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，能使學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)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(shí)、能力、情感三者合一的教學(xué)目標(biāo)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)目標(biāo)：

a、遺傳密碼是如何破譯的

b、遺傳密碼有哪些特點(diǎn)

2、能力目標(biāo)：

a.從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)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(jì)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(duì)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(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長(zhǎng)

三、教學(xué)重點(diǎn)

遺傳密碼的破譯過程

四、教學(xué)難點(diǎn)

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(duì)應(yīng)關(guān)系”

五、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(duì)應(yīng)關(guān)系”；根據(jù)科學(xué)資料，運(yùn)用英語(yǔ)詞句類比推理“堿基與氨基酸的對(duì)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。

六、教學(xué)流程

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(duì)應(yīng)的？

下面將通過同學(xué)們的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，研究堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)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(gè)堿基決定一個(gè)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，①如果2個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？②如果3個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？③由此分析你認(rèn)為應(yīng)該由多少個(gè)堿基編碼一個(gè)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？

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(gè)堿基決定一個(gè)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

3、科學(xué)實(shí)驗(yàn) 3.1 克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn)

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(gè)堿基，無(wú)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(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？

請(qǐng)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(gè)氨基酸的密碼子

THE FAT CAT ATE THE BIG RAT

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(yǔ)意會(huì)有什么變化？

通過小組推演討論，會(huì)發(fā)現(xiàn)只有插入或刪去其中的三個(gè)字母，后面的語(yǔ)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”。

如何破譯遺傳密碼呢？

引入資料3

3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn)

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(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(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。

如果是你，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)生根據(jù)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(lì)，學(xué)生思考探究、討論爭(zhēng)辯，達(dá)成共識(shí)：用單核苷酸人工合成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

3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn)

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(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長(zhǎng)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(shuō)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還是CAC呢？請(qǐng)?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(duì)比分析。

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。

方案：如合成（CAA）n長(zhǎng)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(duì)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(yè)的密碼子表。

4、遺傳密碼的特點(diǎn)

請(qǐng)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(diǎn)。

1）、在mRNA上兩個(gè)密碼子之間有無(wú)核苷酸隔開？

2）、一個(gè)氨基酸具有1個(gè)、2個(gè)還是2個(gè)以上的密碼子？

3）、密碼子都決定氨基酸嗎？