《遺傳密碼的破譯》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、4 . 3 遺 傳 密 碼 的 破 譯 教 學(xué) 設(shè) 計(jì)一、教學(xué)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(dá) 的一節(jié)內(nèi)容，是對(duì)本章第一節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的重要補(bǔ) 充，在教材中本來(lái)屬于選學(xué)內(nèi)容。該內(nèi)容是理解基因突變和基因工 程的理論基礎(chǔ)， 同時(shí)也蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)史探究素材， 體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)的許多科學(xué)方法，非常適合學(xué)生去了解和學(xué)習(xí)科學(xué)探究的過(guò) 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)達(dá)素養(yǎng)，是達(dá)成三維目標(biāo)之一 “情感態(tài)度價(jià)值觀“的難得載體。2學(xué)情分析（1）學(xué)生對(duì)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的具體過(guò)程有了一定的知識(shí) 準(zhǔn)備，對(duì)遺傳密碼的特點(diǎn)、作用有了清楚的認(rèn)識(shí)，為

2、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和 理解遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。（2）高三的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚、思維較活躍。通過(guò)高中階 段生物課程的學(xué)習(xí)，具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析能力。學(xué)生對(duì)科學(xué) 探究的一般過(guò)程的理解程度， 將影響其對(duì)于蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn)的 設(shè)計(jì)的理解。因此學(xué)習(xí)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)細(xì)化各步驟的 問(wèn)題，適時(shí)引導(dǎo)和啟發(fā)思考，加強(qiáng)對(duì)破譯過(guò)程的理解與掌握。二、教學(xué)重難點(diǎn)（ 1）教學(xué)重點(diǎn)：通過(guò)遺傳密碼破譯的過(guò)程，理解科學(xué)的本質(zhì) , 體驗(yàn) 科學(xué)探究的方法和態(tài)度。（2）教學(xué)難點(diǎn)：遺傳密碼閱讀方式的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)破譯 遺傳密碼的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。三、教學(xué)目標(biāo) 1知識(shí)與能力（1）遺傳密碼的破譯過(guò)程。（2）遺傳密碼的特點(diǎn)。2過(guò)程

3、與方法 （1）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。（2）通過(guò)再現(xiàn)科學(xué)史，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力。（3）通過(guò)總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)，提高對(duì)比分析、歸納總結(jié)能力。 3情感態(tài)度與價(jià)值觀（ 1）感受和重溫科學(xué)家的思維歷程， 體驗(yàn)科學(xué)探究的方法和態(tài)度。（2）感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的艱辛和漫長(zhǎng)，理解科學(xué)的本質(zhì)。（3）對(duì)科學(xué)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(dá)敬佩。（4）認(rèn)同遺傳密碼的破譯對(duì)生物學(xué)發(fā)展的重要意義。四、教學(xué)策略和手段1、布置課前預(yù)學(xué)案（學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)）和課后作業(yè)來(lái)提高學(xué)習(xí) 效率。2、授課中設(shè)置問(wèn)題串來(lái)引導(dǎo)學(xué)生重溫科學(xué)家破課遺傳密碼的思維 歷程，理

4、解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的態(tài)度。3、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的方法決解生物學(xué)中的問(wèn)題4、展示近百年來(lái)生命科學(xué)的研究歷史步伐（短視頻） ，讓學(xué)生感受 探索和揭示生命本質(zhì)過(guò)程的艱辛和漫長(zhǎng)。五、課前準(zhǔn)備： 1. 相關(guān)圖片和遺傳密碼破譯史實(shí)的收集。2. 提前一天布置給學(xué)生完成下列內(nèi)容， 自主學(xué)習(xí)。1、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)： 克里克以為實(shí)驗(yàn)材料， 研究其中某個(gè)基因的對(duì)的影響。 克里克 發(fā)現(xiàn)，在相關(guān)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(dāng)增加或者刪除 個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)?？死锟耸堑谝粋€(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中 的科學(xué)家。其實(shí)驗(yàn)表明：遺傳密碼從 始，以的方式閱讀，編碼之間分隔符。2

5、、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：尼倫伯格和馬太采用了技術(shù)。他們?cè)诿總€(gè)試管中分別加入一種氨基酸，再加入的細(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：導(dǎo)致了多聚苯丙氨酸的合成。結(jié)合克里克得出的勺實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)果說(shuō)明與苯丙氨酸對(duì)應(yīng)的密碼子應(yīng)該是。'、我的疑惑:：（一課時(shí)）學(xué)環(huán)教師的組織和引導(dǎo)節(jié)我的收獲：學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖II新課引入讓學(xué)生看段莫爾斯密碼付 號(hào)，思考課本“問(wèn)題探討”的有 關(guān)問(wèn)題，弓I入遺傳密碼的課題承上啟下，細(xì)胞核內(nèi)的DNA如 何指導(dǎo)細(xì)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(diǎn)2. 克里克和沃森的DNA雙螺旋結(jié) 構(gòu)模型、布3.拉什的實(shí)

6、驗(yàn)結(jié)論4.克里克的“中心法則）得出DNA 是通過(guò)RNAh的堿基來(lái)指編碼氨 基本的。最后引出伽莫夫二個(gè)堿基編碼 一個(gè)氨基酸的二聯(lián)體假說(shuō)。（用數(shù)思考和討論“問(wèn)題探討”， 了解莫爾斯密 碼 思考：細(xì)胞核 內(nèi)的DNA如何 指導(dǎo)細(xì)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(xué)排 列組合的方 法，推導(dǎo)出了由莫爾斯 密碼引入 遺傳密碼 通過(guò)類比、 展示讓學(xué) 生確定“堿 基編碼氨 基酸”,并 具體編碼 提出問(wèn)題， 引出遺傳 密碼的閱 讀方式 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)排列組合的方法去理解）三個(gè)堿基決定 一個(gè)氨基酸的 結(jié)論。學(xué)會(huì)用數(shù) 學(xué)的方法 決解生物 學(xué)中的問(wèn) 題一、遺 傳密碼 的閱讀 方式展示兩

7、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(shuō)明在堿基序更改變的情況 下，非重疊式閱讀方式對(duì)編碼的 氨基酸序列影響更小 得出二聯(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(méi)有分隔符的兩個(gè)實(shí) 例1、Brenner.S發(fā)表論文：通過(guò)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(xì)胞貧血癥的分子作用機(jī)理。用三聯(lián)體的觀 點(diǎn)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?？偨Y(jié)：增加或 減少幾個(gè)核苷 酸對(duì)編碼的蛋 白質(zhì)影響最 小。結(jié)合提供

8、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(dǎo)學(xué)生 能通過(guò)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(guò)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(shí)驗(yàn)證據(jù)針對(duì)上述“三聯(lián)體”的假說(shuō)是 否真實(shí)，引入克里克的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。 先讓嘗試解釋為何會(huì)出現(xiàn)這樣的嘗試解釋克里 克利的移碼突 變實(shí)驗(yàn)。結(jié)果 分析個(gè)案例 中增加或減少引導(dǎo)學(xué)生 通過(guò)理解 移碼突變 所引起的 蛋白質(zhì)結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果？再展示一個(gè)例子：類比分析理解“二個(gè)堿基編碼一 個(gè)氨基酸的結(jié)果”并展示克里克還通過(guò)改進(jìn)這個(gè)實(shí)

9、 驗(yàn)，揭示遺傳密碼除了三聯(lián)體之 外的其它性質(zhì)：1、3個(gè)相鄰的堿基成為一個(gè)密碼 子2、遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開 始，以非重疊的方式閱讀3、編碼間沒(méi)有分隔符3個(gè)核苷酸對(duì) 編碼的蛋白質(zhì) 影響最小。認(rèn)同三個(gè)堿基 編碼一個(gè)氨基 酸學(xué)習(xí)遺傳密碼 的所有性質(zhì)構(gòu)差異，并 結(jié)合數(shù)學(xué) 的思想，從 實(shí)驗(yàn)角度 驗(yàn)證“密碼 子的三聯(lián) 體特性”。讓學(xué)生了 解遺傳密 碼的所有 性質(zhì)二、遺 傳密碼 對(duì)應(yīng)規(guī) 則的發(fā) 現(xiàn)展示資料：尼倫伯格和馬太利體個(gè)蛋白質(zhì) 合成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺 傳密碼。布置學(xué)生問(wèn)讀課本中的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 并思考下列問(wèn)題：1）、實(shí)驗(yàn)中多聚尿嘧啶核苷酸的 作用是什么？2）、為什么要除去細(xì)胞提取液中 的 DNA和

10、 mRNA3）、如果是你是尼倫伯格同期的 科學(xué)家，你覺(jué)得是否要設(shè)計(jì)對(duì)照 實(shí)驗(yàn)，如何設(shè)計(jì)？（4）、要想知道更多氨基酸的密 碼子，你如何改變上述實(shí)驗(yàn)？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(shí)驗(yàn)過(guò)程，結(jié) 合老師的問(wèn) 題，學(xué)生小組 思考和討論實(shí) 驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)思路。理 解該實(shí)驗(yàn)是怎 樣來(lái)破譯第一 個(gè)遺傳密碼通過(guò)提示， 讓那個(gè)學(xué) 生了解當(dāng) 時(shí)的知識(shí) 背景和已 有的技術(shù) 手段；讓學(xué) 生感受敏 銳、大膽、 睿智和創(chuàng) 新的科研 精神體驗(yàn)科學(xué) 探究的方 法和態(tài)度介紹此后的六七年里，科學(xué)家正 是沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路， 不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，破譯出了 全部的密碼子

11、，并編制出了密碼 子表的。大膽嘗試、方 法改進(jìn)、思路 更新。了解遺傳密碼 全部破譯的漫 長(zhǎng)和最后的成 功。讓學(xué)生感 受科學(xué)探 究的不易四、遺簡(jiǎn)單介紹科學(xué)家破譯了全部的理解和掌握遺讓學(xué)生知傳密碼遺傳密碼后，也弄清了遺傳密碼傳密碼有哪些道遺傳密的特的特性：特性碼的所有性：不間斷性： 不重疊性： 簡(jiǎn)并性： 通用性： 有起始和終止密碼：特性總結(jié)：介紹遺傳密碼的破譯是：生通過(guò)學(xué)習(xí)，感讓學(xué)生認(rèn)遺傳密物學(xué)史上一座偉大的里程碑，意受生命科學(xué)的同遺傳密碼破譯味著人類探索和揭示生命本質(zhì)的研究是個(gè)漫長(zhǎng)碼的破譯的歷程研究向前邁進(jìn)一大步，為后面分而艱辛的歷 程；是不分國(guó)對(duì)生物學(xué)和意義子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的發(fā)展的重

12、推動(dòng)作用籍、不分學(xué)科要意義，感遺傳密碼的破譯、測(cè)序方法的合作；要具受探索和的建立以及體外重組的實(shí)現(xiàn)是基備“敏銳、大揭示生命因工程的二大基石。膽、睿智和創(chuàng)本質(zhì)過(guò)程總體展示遺傳密碼的程：新”的科學(xué)素和艱辛和1、1954年科普作家伽莫夫 用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼養(yǎng)。漫長(zhǎng)一個(gè)氨基酸。2、1961年克里克第一個(gè)用 T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中 3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。3、1961年尼倫伯格和馬太 利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破 譯了第一個(gè)遺傳密碼。4、1969年科學(xué)家們破譯了 全部的密碼。課堂練習(xí)課件展示題目（略）學(xué)生答題檢查學(xué)習(xí) 效果觀看視 頻播放一段視頻短片，讓學(xué)生了解 下近百年來(lái)人類探索生命的

13、歷史 步伐，感受探索和揭示生命本質(zhì) 過(guò)程的艱辛和漫長(zhǎng)。學(xué)生看視頻， 了解近百年來(lái) 生命科學(xué)史上 的重要成果讓學(xué)生了 解揭示生 命本質(zhì)的 歷史進(jìn)程小結(jié)本 節(jié)知識(shí) 要點(diǎn)并 布置課 后作業(yè)展示課后作業(yè)（略）學(xué)生起回顧 本節(jié)知識(shí)要點(diǎn)幫學(xué)生構(gòu) 建本節(jié)知 識(shí)要點(diǎn)，并 課后通過(guò) 作業(yè)能及 時(shí)理解和 鞏固所學(xué) 知識(shí)七、板書設(shè)計(jì):4.3遺傳密碼的破譯一、遺傳密碼的解讀方式S 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(shí)驗(yàn)證據(jù)：屯噬菌體的移碼突變實(shí)驗(yàn)1.3個(gè)相鄰的堿基成為密碼子遺傳密碼的性質(zhì)：2.從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始，以非3. 編碼之間沒(méi)有分隔符三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn)：第一

14、個(gè)遺傳密碼：UU 苯丙氨酸四、遺傳密碼的特性不間斷性、不重疊性、簡(jiǎn)并性、通用性、有起始和 終止密碼八、教學(xué)反思：本節(jié)通過(guò)多媒體設(shè)備的輔助教學(xué)，利用課件的幻燈片，為學(xué) 生提供豐富的歷史素材，加深了學(xué)生的對(duì)遺傳密碼破譯過(guò)程的認(rèn) 同。又過(guò)過(guò)承上啟下式的問(wèn)題串，通過(guò)學(xué)生思考討論和師生互動(dòng)， 及視頻短片的展示，來(lái)達(dá)到本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。因本節(jié)是選學(xué)內(nèi)容， 感覺(jué)學(xué)生不是很重視，加上條件所限，本學(xué)節(jié)的授課方法較為傳統(tǒng), 以老師講授為主，學(xué)生主動(dòng)參與較少，基本都是被動(dòng)地接受。要是 有條件的話，最好把本節(jié)設(shè)計(jì)成科學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的探究過(guò)程 相結(jié)合，讓學(xué)生更好地沿著科學(xué)的邏輯思維路線，即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，大 膽假設(shè)，實(shí)驗(yàn)探

15、究，最終得到符合邏輯的結(jié)論，才能體現(xiàn)了學(xué)生學(xué) 習(xí)的主體地位，課堂學(xué)效率更高。九、課后檢測(cè)第3節(jié)遺傳密碼的破譯一、單項(xiàng)選擇題：1. 下列哪位科學(xué)家第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中每相鄰三個(gè)堿基 編碼一個(gè)氨基酸（）A.伽莫夫B.克里克C.尼倫伯格D馬太2. 在一個(gè)DNA分子中如果插入了一個(gè)堿基對(duì)，則（）A.不能轉(zhuǎn)錄B.在轉(zhuǎn)錄時(shí)造成插入點(diǎn)以前的遺傳密碼改變C不能翻譯D在轉(zhuǎn)錄時(shí)造成插入點(diǎn)以后的遺傳密碼改變3. A、C G各表示核酸的一個(gè)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(yīng)的遺傳密碼 將會(huì)（）A.由AUl變

16、為AUGB由UUA變?yōu)閁ACC由AUG變?yōu)锳UUD由 UAA變?yōu)閁AC5. 已知某tRNA端的三個(gè)堿基序列是 GAU它轉(zhuǎn)運(yùn)的是亮氨酸，那 么決定此氨基酸的密碼子是下面哪個(gè)堿基序列轉(zhuǎn)錄來(lái)的？（）A. GATB GAUC CUAD CTA二、非選擇題：6. 繼克里克的實(shí)驗(yàn)后，又有科學(xué)家用C U兩種堿基相同排列的 mRN為模版，檢驗(yàn)一個(gè)密碼子是否含有三個(gè)堿基。如果密碼子是 連續(xù)翻譯的：（1）、假如一個(gè)密碼子中含有兩個(gè)或四個(gè)堿基，則該 RNA指導(dǎo)合成 的多肽中應(yīng)由種氨基酸組成。（2）、假如一個(gè)密碼子中含有三個(gè)堿基，則該 RNA指導(dǎo)合成的多 肽鏈中應(yīng)由種氨基酸組成。7. 下表是Khorana為破譯密碼子

17、進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他用人工合成 的mRNA在細(xì)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(qǐng)分析后回答：說(shuō)明：表中（UC n表示UCUCUCUCUCUCU（這樣的重復(fù) mRNA 順序。（1） 、細(xì)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口種氨基酸外，還需提供和。（2）通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)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(xué)院陳錦清教授發(fā)現(xiàn)了油菜產(chǎn)油機(jī)制：光合作用產(chǎn)生磷酸烯醇式丙酮酸(PEP運(yùn)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?zhǔn)寝D(zhuǎn)錄鏈，陳教授 及助手誘導(dǎo)b鏈也能轉(zhuǎn)錄，從而