4.3《遗传密码的破译》的教学设计
教学目标
1．知识与能力
（1）遗传密码的破译过程。 （2）遗传密码的特点。 2．过程与方法
（1）从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系训练学生科学推理能力。 （2）通过再现科学史，培养实验设计与科学探究能力。 （3）通过总结遗传密码的特点，提高对比分析、归纳总结能力。 3．情感态度与价值观
（1）通过再现科学史，体验科学探究的方法和态度。 （2）感受科学知识发现过程的艰辛和漫长，理解科学的本质。 （3）培养敢于质疑、勇于创新的精神。 教学重难点
（1）教学重点：通过遗传密码破译的过程，理解科学的本质,体会“假说-演绎”的重要作用, 体验科学探究的方法态度。
（2）教学难点：遗传密码阅读方式的实验证据，无细胞系统破译遗传密码的实验设计。
教学策略和手段
运用问题引导的教学模式，采用个体学习与合作学习相结合、体验探究与自主构建相结合的教学策略开展教学。 复习旧知识：
DNA结构特点及遗传信息的物质基础
环节一
DNA如何指导蛋白质的合成
碱基编码氨基酸
环节二
几个碱基编码一个氨基酸
结论：遗传密码的阅读方式是非重叠阅读
资料2 镰刀型细胞贫血症的病因
环节三
遗传密码的阅读方式
结论：3个碱基编码1个氨基酸
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资料3 大肠杆菌T4噬菌体的移码突变实验
结论：用实证验证了三联体假说。
环节四 哪几个碱基决定某一种氨基酸？ 环节四 资料4尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
课后作业 分析尼伦伯格“微型mRNA”的背景资料，设计实验
小组合作，设计对照组，提升认识
分析第一个密码子发现的方法，体会探索实验中的巧妙设计
五、教学过程 教学环节 复习引入 教师的组织和引导 学生活动 教学意图 通过复习、类比，展现矛盾，引入新课。 复习1953年沃森和克里克提出的DNA分回顾双螺旋结构，子模型，回顾遗传信息的物质基础。 1944年薛定谔曾大胆地预言，染色体明确遗传信息是什么，遗传信息沿着是由一些同分异构的单体分子连续所组成。DNA→RNA→蛋白质这些同分异构单体就像莫尔斯电码的两个符号：“· ”、“—”，通过排列组合来储存遗传信息。 背景资料 1955年Brachet（布拉什）首次用实验证思考： 1、细胞核内的DNA如何指导细胞质中蛋白质的合成？ 2、对于mRNA上的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序，需要解决哪些问题。 的途径传递。 确定“碱基编码氨基酸”，并具体编码提出问题。 环节一 碱基编码蛋白质 实了蛋白质的合成是依赖于RNA。 1958年，克里克提出了“中心法则”假说，揭示了DNA→RNA→蛋白质的信息传递途径。 环节二 几个碱基编码一个氨基酸
资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这4种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？= 1954年，美籍俄裔理论物理学伽莫夫应用1
通过排列组合计算，明确：当3个以上的碱基决定1种氨基酸时，4种碱基 引导结合数学方法解决生物
排列组合计算来研究遗传密码。提出遗传密码的三联体假说。 资料2 大肠杆菌T4噬菌体的移码突变实验 1961年，克里克与布伦纳合作，利用大肠杆菌的野生型T4噬菌体作实验。用丫啶类药物处理野生型噬菌体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1个 环节三 、2个、3个核苷酸的各种突变类型。 实验结果： 1．缺失一个核苷酸时，在K菌株上不生长才够决定20种氨基酸 写出不同的突变对于mRNA的影响。 当插入一个核苷酸时： 当插入两个核苷酸问题。 引导学生通过理解移码突变所引起的蛋白质结构差异，并 遗传密码的阅读方式 环节三 遗传密码的阅读方式 ；插入一个核苷酸时，在K菌株上不生长。 时： 2．缺失两个核苷酸时，在K菌株上不生长当插入三个核苷酸；插入两个核苷酸时，在K菌株上不生长。 时： 3．缺失三个核苷酸时，在K菌株上生长（拟野生型）；插入三个核苷酸时，在K菌株上生长（拟野生型）。 ABC ABC ABC ABC ABC…… +1 ABC AXB CAB CAB CAB…… +2 ABC AXB CXA BCA BCA…… +3 ABC AXB CXA BXC ABC…… +1和+2自插入点后，每个氨基酸都发生了总结：增加或减少 结合数学几个核苷酸对编码的蛋白质影响最小。 的思想，从实验角度验证“密码子的三联体特性”。 能够通过资料提供的信息，依变化，+3，只改变了插入点之间的3个氨基 酸，其余不变，相对影响较小。 资料3 镰刀型细胞贫血症的病因 1957年英格兰姆阐明了镰刀型细胞贫血症的分子机制。由于正常人血红蛋白基因产生了碱基替换突变，T取代了A，导致正常血红蛋白多肽链上第六个氨基酸谷氨酸被缬 写出转录合成的mRNA碱基序列。 思考：如果按照不同的遗传密码阅读方式，分别改变几 1
氨酸取代。 正常 转 录 模板链→ …GGACATCTC… 异常 转 录 环节四 哪几个碱基决定某一种氨基酸？ 提示 1955年，科学家奥巧阿发现了多聚核苷酸磷酸化酶。它能在试管中催化合成RNA，而不需要DNA作为模板。 资料4 1961年，美国两位年轻的生化学家尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞 …CCTGTAGAG… 模板链→ …GGACTTCTC… …CCTGAAGAG… 个氨基酸。 总结遗传密码的阅读方式 靠学案的问题提示，总结出遗传密码的阅读方式等问题。 ◎结合之前的知识，领悟实验设计的意图： 通过问题串，明确这是一个体外合成 通过提示，让那个学生了解当时的知识背景和已有的技术手段；通过问题串，引导学生理解设计意图。 体会科学家在探索前进的过程中面临困难时，如何摸索、如何解决，提溶液，建立利用人工合成的RNA在试管合多肽（模拟体内翻成多肽链的实验系统，破译了第一个遗传密码。 实验步骤：20支试管中均加入除去DNA和mRNA的破碎细胞溶液（也称为无细胞系统译）的过程，可解决问题1、2： 添加的氨基酸——原料；多聚尿嘧啶核苷）、人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（UUU…酸——模板；无细…），并分别加入一种氨基酸。 组氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸 … 1 2 3 … 20 思考： 胞系统为翻译提供了酶、核糖体、转运RNA，合成需要的ATP需另行添加。 ◎通过问题3-5，进一步探索实验设计的巧妙之处：通过除去破碎细胞溶液谷氨酸 1．可能观察到什么现象，得出什么结论？ 中存在的DNA和2．除了添加的氨基酸和多聚尿嘧啶核苷酸mRNA保证翻译模外，无细胞系统为合成多肽链提供了哪些条
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板的唯一性；由于
件？ 3．为什么要除去破碎细胞溶液中存在的DNA和mRNA？ 4．如果是你是尼伦伯格同期的科学家，你觉得是否要设计对照实验，如何设计？ 5．破碎的细胞溶液中有氨基酸吗？如果有，是否会影响尼伦伯格和马太设计的实验结果？ 6．通过这种方法还破译哪些遗传密码？ 密码子不可能全都由相同的3个核苷mRNA不能用常规办法去除，若有对照试验，可将mRNA的影响排除 ；通过放射性同位素标记明确原料的来源。 高实验探究的能力。 锻炼学生的小组合作能力，培养学生实验设计和科学探究的能力。 酸构成，在1个密码子中可以是2种或3种 不同的核苷酸的任意顺序，怎样才能知道其他氨基酸的密码子呢？ 根据资料4的结论及方法，通过小组讨论，尝试设计实验材料和实验思路课后作业 资料5 尼伦伯格“微型mRNA”的实验 1964年，尼伦伯格发现无细胞系统中，特殊的三核苷酸（即长度为3个碱基的RNA，如AGG）能够促使特殊的氨酰tRNA与核糖体结合，如加入三核苷酸UUU促进苯丙。 氨酸tRNA与核糖体结合，加入三核苷酸AAA促进赖氨酸tRNA与核糖体结合。 补充知识点：氨酰tRNA和核糖体会结合成体积较大的复合体，当使用硝酸纤维膜过滤式，会留在膜上 总结 遗传密码破译的历程
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体会探索过程中科学家的大胆尝试、方法改进、思路更新。 体验科学方法与科学态度，感受科学知识发现过程的艰辛。
人教版高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译(选学)》教学设计
