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1、遗传密码的破译 王树仁 广东省珠海市实验中学遗传密码的破译，就等于编著了一本生命科学的辞典 ，而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物 都是按照这本辞典查阅和翻译着自己的蛋白质，又按照这 本辞典营造和传递着生命。这一发现是分子生物学和分子 遗传学发展中的一个重大里程碑，是20世纪生命科学中最 令人激动的巨大成就之一，也是后来蓬勃兴起的基因工程 和人类基因组计划得以实现的基础。遗传密码的破译是高中生物必修2第4章 “基因的表 达”的一节内容，在教材中本来属于选学内容，但考虑到 该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，非常适合学生进行 探究性学习活动。通过探究性学习活动，能使学生经历和 体验科学
2、探究的过程，体味科学的本质，激发其学习生物 学的兴趣，培养学生的生物科学素养，达到知识、能力、 情感三者合一的教学目标。1、知识目标：A、遗传密码是如何破译的 B、遗传密码有哪些特点 2、能力目标： a.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 b.通过再现科学史培养学生 实验设计与科学探究能力 c.通过总结遗传密码的特点 训练学生对比分析、归纳总 结能力 3、情感目标： a.通过再现科学史让学生体 验科学方法与科学态度 b.通过再现科学史让学生感 受科学知识发现过程的艰辛 和漫长 遗传遗传 密码码的破译过译过 程 运用数学方法及实验方 法探究“碱基与氨基酸的 对应关系”
3、 探究式教学引导学生通过数学方法推理和猜 想“碱基与氨基酸的对应关系”；根据 科学资料，运用英语词句类比推理“ 碱基与氨基酸的对应关系”；借鉴科 学家的实验方法，小组合作设计实验 方案，探究与体验破译遗传密码的方 法和过程。1、导入新课2、从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系3、科学家破译遗传密码的过程4、遗传密码的特点 5、课堂练习 6、布置作业1、导入新课（问题导入）mRNA是怎样把其中的碱基 序列转化为蛋白质中相应氨基 酸排列次序的？mRNA的碱基与 氨基酸之间是如何对应的？下面将通过同学们的探究 性学习活动，研究碱基与氨基 酸之间的对应关系。2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应
4、关系资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质 的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定 蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基 决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4 种氨基酸，显然这种组合是不够的。想一想，如果2个相邻碱基决定一种氨 基酸呢？如果3个相邻碱基决定一种氨 基酸呢？由此分析你认为应该由多少个 碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组 合出构成蛋白质的20种氨基酸？ 2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应关系学生通过数学运算、小组讨论、 推理猜想，即可确定“理论上应 该是三个碱基决定一个氨基酸” 。上述结论仅为数学推理，如何证 明呢？引入科学资料2资资料2：上世纪5060年代，DN
5、A分子结 构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体 的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基 ，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删 除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白 质；但是，当增加或者删除三个碱基时， 却合成了具有正常功能的蛋白质。 3.1 克里克T4 噬菌体实验 提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的单词看作决定一个氨基酸的密 码子 为什么会产生这样的现象呢？ 请分析找出原因 3、科学实验3、科学实验3.1 克里克T4 噬菌体实验 THE FAT CAT ATE THE BIG RAT试着插入或删去其中的一个、两个、三 个字母，看后面的语意会有什么变化？通过小组推
6、演讨论，会发现只有插入或 删去其中的三个字母，后面的语意才不 变。究其原因为三个字母组成一个单词 。类比推理即可得知：“出现上述现象的原 因是，信使RNA上的每三个碱基决定一 个氨基酸”。引入科学资料3资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大 肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用 人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实 验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所 需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦 伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译 了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。如果是你，如何设计实验破译遗传密码？提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。3、科学实验3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆
7、菌实验 3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验 3、科学实验学生根据资料内容，分组讨论，大胆探 究，设计方案。实验方案设计过程面临3个问题： 合成怎样的RNA作为模板？ 需要一组还是多组实验？ 氨基酸怎样加入？教师引导鼓励，学生思考探究、讨论讨论 争辩辩，达成共识识：用单单核苷酸人工合 成RNA，分多个实验组实验组 ，分别别加入不同 的氨基酸，即可破译译UUU-苯丙氨酸。3.2尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验 3、科学实验上述方法只能破译AAA是赖氨酸的 密码子，CCC是脯氨酸的密码子， GGG是甘氨酸的密码子，UUU是 苯丙氨酸的密码子。只能确定4种 氨基酸的遗传密码，所以密码子中 肯定还
8、有2种或3种碱基组合的情况 。引入科学资料4材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一种 新的RNA合成方法，通过这种方法合成的 RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重 复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为 ACACACACAC长链，以它作人工信使进 行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和 组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可 能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的 密码子可能是CAC，也可能是ACA。3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验 如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是 ACA还是CAC呢？请设计实验证明。 提示：参考霍拉纳的设计方法。3、科学实验3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译
9、实验 3、科学实验学生小组讨论、大胆设想、制定方案、 对比分析。 方案：如合成（CAA）n长链，重复 上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天 冬酰胺和苏氨酸的多聚体。将科学家和自己的实验结果对比分析， 即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC 是组氨酸的密码子。设想：再用类似的方法合成含有苏 氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模 板RNA上有ACA或CAC，即可确定 。3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验 3、科学实验运用此类方法就可以破译其他氨 基酸的遗传密码。所有遗传密码 破译之后就等到了课本第65页的 密码子表。请认真阅读密码子表，分析回答下列问题 ，总结遗传密码的特点。 4、遗传密码 的特点 1
10、、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸 隔开？ 2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以 上的密码子？ 3、密码子都决定氨基酸吗？ 4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控 制合成了人的胰岛素，说明什么？ 分析归纳，表达交流。4、遗传密码 的特点 密码子具有连续性、简并性、通用性今天，我们沿着科学家的足 迹，运用数学方法和科学实验探 究了“氨基酸和碱基之间的数量关 系”，获取了破译氨基酸密码子的 科学实验方法，在今后的学习中 我们要借鉴、创新及运用这些方 法来解决生物学问题。 小 结板书设计第3节 遗传密码的破译1、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸2、科学家破译
11、遗传密码的过程2.1克里克T4噬菌体实验信使RNA上的每3个碱基决定一个氨基酸2.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验破译了遗传密码AAA、GGG、CCC、UUU3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验 破译了其他遗传密码3、遗传密码的特点 连续性、简并性、通用性6、作业布置5、课堂练习（略）假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链 合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏 氨酸可能的密码子有哪些？如何运 用实验方法确证苏氨酸的密码子究 竟是什么？1、教材中丰富的科学史料，是我们在课堂 上进行探究性学习活动的良好素材，教师 要整理和运用好。千万不要低估学生的思 维能力，当学生的思维能力被你想方设法 激发出来的时候，你会发现他们的创造力 是无穷的。2、探究性学习的目的并不仅仅是问题的解 决，更重要的是在探究过程中体验和获取 科学研究方法，培养合作与分享的精神以 及实事求是的科学态度，锻炼思维能力， 提高科学素养。3、学生是学习的主体，教师是引导者。我 们要采取措施让学生积极主动地参与到学 习活动中来，通过他们的思考、讨论、争 辩、合作等活动来获取方法，建构知识。说课人：王树仁 珠海市实验中学
