資源簡介

4.3《遺傳密碼的破譯》教學設計
一、教學分析
1．教材分析
《遺傳密碼的破譯》是高中生物必修2第4章
《基因的表達》的一節(jié)內(nèi)容，是對本章第一節(jié)《基因指導蛋白質(zhì)的合成》的重要補充，在教材中本來屬于選學內(nèi)容。該內(nèi)容是理解基因突變和基因工程的理論基礎，同時也蘊涵著豐富的科學史探究素材，體現(xiàn)了實驗設計的許多科學方法，非常適合學生去了解和學習科學探究的過程，體味科學的本質(zhì)，激發(fā)其學習生物學的興趣，培養(yǎng)學生的生物科學達素養(yǎng)，是達成三維目標之一“情感態(tài)度價值觀“的難得載體。
2．學情分析
（1）學生對基因指導蛋白質(zhì)合成的具體過程有了一定的知識準備，對遺傳密碼的特點、作用有了清楚的認識，為進一步認識和理解遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
（2）高三的學生的學習興趣濃厚、思維較活躍。通過高中階段生物課程的學習，具有較強的實驗設計、分析能力。學生對科學探究的一般過程的理解程度，將影響其對于蛋白質(zhì)體外合成實驗的設計的理解。因此學習科學家的實驗設計的過程中應細化各步驟的問題，適時引導和啟發(fā)思考，加強對破譯過程的理解與掌握。
二、
教學重難點
（1）教學重點：通過遺傳密碼破譯的過程，理解科學的本質(zhì),體驗科學探究的方法和態(tài)度。
（2）教學難點：遺傳密碼閱讀方式的實驗證據(jù)，無細胞系統(tǒng)破譯遺傳密碼的實驗設計。
三、教學目標
1．知識與能力
（1）遺傳密碼的破譯過程。
（2）遺傳密碼的特點。
2．過程與方法
（1）從數(shù)學的角度認識堿基與氨基酸的對應關系訓練學生科學推理能力。
（2）通過再現(xiàn)科學史，培養(yǎng)實驗設計與科學探究能力。
（3）通過總結(jié)遺傳密碼的特點，提高對比分析、歸納總結(jié)能力。
3．情感態(tài)度與價值觀
（1）感受和重溫科學家的思維歷程，體驗科學探究的方法和態(tài)度。
（2）感受科學知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長，理解科學的本質(zhì)。
（3）對科學家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構(gòu)思表達敬佩。
（4）認同遺傳密碼的破譯對生物學發(fā)展的重要意義。
四、教學策略和手段
1、布置課前預學案（學生課前自主學習）和課后作業(yè)來提高學習效率。
2、授課中設置問題串來引導學生重溫科學家破課遺傳密碼的思維歷程，理解科學的本質(zhì)和科學研究的態(tài)度。
3、引導學生學會用數(shù)學的方法決解生物學中的問題
4、展示近百年來生命科學的研究歷史步伐（短視頻），讓學生感受探索和揭示生命本質(zhì)過程的艱辛和漫長。
五、課前準備：1.相關圖片和遺傳密碼破譯史實的收集。
2.提前一天布置給學生完成下列內(nèi)容，自主學習。
1、克里克的實驗證據(jù)：
克里克以
為實驗材料，研究其中某個基因的
對
的影響。克里克發(fā)現(xiàn)，在相關堿基序列中增加或者刪除
堿基，都不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；而當增加或者刪除______個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。
克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中_________________的科學家。其實驗表明：遺傳密碼從________開始，以
的方式閱讀，編碼之間
分隔符。
2、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：
尼倫伯格和馬太采用了
技術(shù)。他們在每個試管中分別加入一種氨基酸，再加入
的細胞提取液，以及人工合成的
，結(jié)果加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了________________。
實驗結(jié)果說明：
導致了多聚苯丙氨酸的合成。結(jié)合克里克得出的______________________的實驗結(jié)論，結(jié)果說明與苯丙氨酸對應的密碼子應該是
。
六、教學過程：（一課時）
教學環(huán)節(jié)
教師的組織和引導
學生活動
教學意圖
新課引入
讓學生看一段莫爾斯密碼符號，思考課本“問題探討”的有關問題，引入遺傳密碼的課題承上啟下，細胞核內(nèi)的DNA如何指導細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成？依次展示四段歷史資料：1.薛定諤的觀點2.克里克和沃森的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、布3.拉什的實驗結(jié)論4.克里克的
“中心法則)得出DNA是通過RNA上的堿基來指編碼氨基本的。最后引出伽莫夫三個堿基編碼一個氨基酸的三聯(lián)體假說。（用數(shù)學排列組合的方法去理解）
思考和討論“問題探討”，了解莫爾斯密碼思考：細胞核內(nèi)的DNA如何指導細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成？看資料邊隨老師的介紹歷史資料，的，最后用數(shù)學排列組合的方法，推導出了三個堿基決定一個氨基酸的結(jié)論。
由莫爾斯密碼引入遺傳密碼通過類比、展示讓學生確定“堿基編碼氨基酸”，并具體編碼提出問題，引出遺傳密碼的閱讀方式引導學生學會用數(shù)學的方法決解生物學中的問題
一、遺傳密碼的閱讀方式
展示兩種閱讀方式得到的氨基酸序列不同。提示：生物總有保持自身穩(wěn)定的傾向，舉例說明在堿基序更改變的情況下，非重疊式閱讀方式對編碼的氨基酸序列影響更小
得出三聯(lián)密碼的堿基是以非重疊式的閱讀方式編碼氨基酸的。展示遺傳密碼是非重疊閱讀，而且編碼之間沒有分隔符的兩個實例1、Brenner.S發(fā)表論文：通過蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析，發(fā)現(xiàn)不存在氨基酸的鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重疊閱讀。2.英格蘭姆（英）闡明了鐮刀型細胞貧血癥的分子作用機理。
用三聯(lián)體的觀點寫出同一段堿基序列用不同的閱讀方式編碼氨基酸的序列。總結(jié)：增加或減少
幾個核苷酸對編碼的蛋白質(zhì)影響最小。結(jié)合提供的資料，總結(jié)出三聯(lián)體密碼的堿基是以非重疊式的閱讀方式編碼氨基酸的。
引導學生能通過親自用不同的方式閱堿基而得出不同的氨基酸系列，并通過資料提供的信息，了解三聯(lián)體密碼子及它正確的閱讀方式。
二、克里克的實驗證據(jù)
針對上述“三聯(lián)體”的假說是否真實，引入克里克的實驗證據(jù)：展示克里克利用大腸桿菌的T4噬菌體做移碼突變實驗。先讓嘗試解釋為何會出現(xiàn)這樣的實驗結(jié)果?再展示一個例子：類比分析理解“三個堿基編碼一個氨基酸的結(jié)果”并展示克里克還通過改進這個實驗，揭示遺傳密碼除了三聯(lián)體之外的其它性質(zhì)：1、3個相鄰的堿基成為一個密碼子2、遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀
3、編碼間沒有分隔符
嘗試解釋克里克利的移碼突變實驗。結(jié)果分析一個案例中增加或減少
3個核苷酸對編碼的蛋白質(zhì)影響最小。認同三個堿基編碼一個氨基酸學習遺傳密碼的所有性質(zhì)
引導學生通過理解移碼突變所引起的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，并結(jié)合數(shù)學的思想，從實驗角度驗證“密碼子的三聯(lián)體特性”。讓學生了解遺傳密碼的所有性質(zhì)
三、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)
展示資料：尼倫伯格和馬太利體個蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)實驗，破譯了第一個遺傳密碼。布置學生問讀課本中的實驗過程并思考下列問題：1）、實驗中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？2）、為什么要除去細胞提取液中的DNA和mRNA？3）、如果是你是尼倫伯格同期的科學家，你覺得是否要設計對照實驗，如何設計？（4）、要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實驗？
介紹此后的六七年里，科學家正是沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進實驗方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表
根據(jù)資料的結(jié)論閱讀課本中馬太和尼倫伯格的蛋白質(zhì)體外合成系統(tǒng)破譯遺傳密碼的實驗過程，結(jié)合老師的問題，學生小組思考和討論實驗材料和實驗設計思路。理解該實驗是怎樣來破譯第一個遺傳密碼的。大膽嘗試、方法改進、思路更新。了解遺傳密碼全部破譯的漫長和最后的成功。
通過提示，讓那個學生了解當時的知識背景和已有的技術(shù)手段；讓學生感受敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的科研精神體驗科學探究的方法和態(tài)度讓學生感受科學探究的不易
四、遺傳密碼的特性：
簡單介紹科學家破譯了全部的遺傳密碼后，也弄清了遺傳密碼的特性：不間斷性：不重疊性：簡并性：通用性：有起始和終止密碼：
理解和掌握遺傳密碼有哪些特性
讓學生知道遺傳密碼的所有特性
總結(jié)：遺傳密碼破譯的歷程和意義
介紹遺傳密碼的破譯是：生物學史上一座偉大的里程碑，意味著人類探索和揭示生命本質(zhì)的研究向前邁進一大步，為后面分子遺傳生物學的發(fā)展有著重要的推動作用遺傳密碼的破譯、測序方法的建立以及體外重組的實現(xiàn)是基因工程的三大基石。總體展示遺傳密碼的程：1、1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學的方法推斷3個堿基編碼一個氨基酸。2、1961年克里克第一個用T4噬菌體實驗證明了遺傳密碼中3個堿基編碼一個氨基酸。3、1961年尼倫伯格和馬太利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成破譯了第一個遺傳密碼。4、1969年科學家們破譯了全部的密碼。
通過學習，感受生命科學的研究是個漫長而艱辛的歷程；是不分國籍、不分學科的合作；要具備“敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新”的
科學素養(yǎng)。
讓學生認同遺傳密碼的破譯對生物學發(fā)展的重要意義，感受探索和揭示生命本質(zhì)過程和艱辛和漫長
課堂練習
課件展示題目（略）
學生答題
檢查學習效果
觀看視頻
播放一段視頻短片，讓學生了解下近百年來人類探索生命的歷史步伐，感受探索和揭示生命本質(zhì)過程的艱辛和漫長。
學生看視頻，了解近百年來生命科學史上的重要成果
讓學生了解揭示生命本質(zhì)的歷史進程
小結(jié)本節(jié)知識要點并布置課后作業(yè)
展示課后作業(yè)（略）
學生一起回顧本節(jié)知識要點
幫學生構(gòu)建本節(jié)知識要點，并課后通過作業(yè)能及時理解和鞏固所學知識
七、板書設計：
4.3
遺傳密碼的破譯
一、遺傳密碼的解讀方式
1.非重疊式的閱讀方式
2.重重疊式的閱讀方式
二、克里克的實驗證據(jù)：T4噬菌體的移碼突變實驗
1.
3個相鄰的堿基成為密碼子
遺傳密碼的性質(zhì)：
2.從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀
3.
編碼之間沒有分隔符
三、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)體外合成實驗：
第一個遺傳密碼：UUU——苯丙氨酸
四、遺傳密碼的特性
不間斷性、不重疊性、簡并性、通用性、有起始和終止密碼
八、教學反思：
本節(jié)通過多媒體設備的輔助教學，利用課件的幻燈片，為學生提供豐富的歷史素材，加深了學生的對遺傳密碼破譯過程的認同。又過過承上啟下式的問題串，通過學生思考討論和師生互動，及視頻短片的展示，來達到本節(jié)的教學目標。因本節(jié)是選學內(nèi)容，感覺學生不是很重視，加上條件所限，本學節(jié)的授課方法較為傳統(tǒng)，以老師講授為主，學生主動參與較少，基本都是被動地接受。要是有條件的話，最好把本節(jié)設計成科學的經(jīng)典實驗和學生的探究過程相結(jié)合，讓學生更好地沿著科學的邏輯思維路線，即發(fā)現(xiàn)問題，大膽假設，實驗探究，最終得到符合邏輯的結(jié)論，才能體現(xiàn)了學生學習的主體地位，課堂學效率更高。
九、課后檢測
第3節(jié)
遺傳密碼的破譯
一、單項選擇題：
1.下列哪位科學家第一個用實驗證明遺傳密碼中每相鄰三個堿基編碼一個氨基酸（
）
A．伽莫夫
B．克里克
C．尼倫伯格
D．馬太
2.在一個DNA分子中如果插入了一個堿基對，則（
）
A．不能轉(zhuǎn)錄
B．在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以前的遺傳密碼改變
C．不能翻譯
D．在轉(zhuǎn)錄時造成插入點以后的遺傳密碼改變
3.A、C、G各表示核酸的一個基本單位,則“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.如果DNA分子模板鏈上的TAA變成了TAC，那么相應的遺傳密碼將會（
）
A．由AUU變?yōu)锳UG
B．由UUA變?yōu)閁AC
C．由AUG變?yōu)锳UU
D．由UAA變?yōu)閁AC
5.已知某tRNA一端的三個堿基序列是GAU，它轉(zhuǎn)運的是亮氨酸，那么決定此氨基酸的密碼子是下面哪個堿基序列轉(zhuǎn)錄來的？（
）
A．GAT
B．GAU
C．CUA
D．CTA
二、非選擇題：
6、繼克里克的實驗后，又有科學家用C、U兩種堿基相同排列的mRNA為模版，檢驗一個密碼子是否含有三個堿基。如果密碼子是連續(xù)翻譯的：
（1）、假如一個密碼子中含有兩個或四個堿基，則該RNA指導合成的多肽中應由
種氨基酸組成。
（2）、假如一個密碼子中含有三個堿基，則該RNA指導合成的多肽鏈中應由
種氨基酸組成。
7、下表是Khorana為破譯密碼子進行的實驗結(jié)果。他用人工合成的mRNA，在細胞外的轉(zhuǎn)譯系統(tǒng)中合成多肽，然后分析合成的多肽中氨基酸的組成。請分析后回答：
說明：表中（UC）n表示UCUCUCUCUCUCUC……這樣的重復mRNA順序。
（1）、細胞外的轉(zhuǎn)譯系統(tǒng)中除加入全套必要的酶系統(tǒng)、tRNA、人工合成的mRNA和
種氨基酸外，還需提供
和
。
（2）、通過分析實驗中可能出現(xiàn)的密碼子以及生成的多肽中氨基酸的組成的比較，得出下列氨基酸的密碼子：亮氨酸
、
；絲氨酸
；苯丙氨酸
。
8、浙江省農(nóng)業(yè)科學院陳錦清教授發(fā)現(xiàn)了油菜產(chǎn)油機制：光合作用產(chǎn)生磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）運向種子的兩條途徑，如甲圖所示。
圖乙是控制PEPcas酶II合成的基因，其中a鏈是轉(zhuǎn)錄鏈，陳教授及助手誘導b鏈也能轉(zhuǎn)錄，從而轉(zhuǎn)錄出雙鏈信使RNA。并根據(jù)這一機制培養(yǎng)出世界上含油量最高的油菜新品系。請回答：
（1）你認為提高油菜產(chǎn)量的基本思路是
。
（2）控制酶II合成的基因的結(jié)構(gòu)單位是
。
（3）從圖乙到合成出圖甲中的蛋白質(zhì)遺傳信息的傳遞過程是
。
（4）據(jù)研究，油菜產(chǎn)量提高的原因是雙鏈信使RNA的形成阻礙了形成酶II的
過程。
參考答案
1－5
B
D
A
A
A
6、（1）
1
（2）
2
7、（1）
20，核糖體，ATP
（2）CUU、CUC,
UCU，UUC
8、（1）提高酶I的活性，抑制酶II的活性
（2）脫氧核苷酸
（3）DNA――→信使RNA――→蛋白質(zhì)
（4）表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）
我的收獲：
我的疑惑：
——僅供參考
——僅供參考
——僅供參考

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