人教版高中生物必修2遗传密码的破译说课稿

遗传密码的破译说课稿

一、教材分析

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。

二、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

三、教学重点

遗传密码的破译过程

四、教学难点

运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系”

五、教法学法

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。

六、教学流程

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，①如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？②如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？③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？

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

3、科学实验 3.1 克里克T4噬菌体实验

资料2：上世纪50～60年代，DNA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。

为什么会产生这样的现象呢？

请分析找出原因

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

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”。

如何破译遗传密码呢？

引入资料3

3.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验

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。

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、讨论争辩，达成共识：用单核苷酸人工合成RNA，分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，即可破译UUU-苯丙氨酸。

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有2种或3种碱基组合的情况

怎样破译其他的遗传密码呢？

引入科学资料4

3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验

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。

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。

学生小组讨论、大胆设想、制定方案、对比分析。

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。

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。

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。

4、遗传密码的特点

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。

1）、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。

密码子具有连续性、简并性、通用性