/?遺傳密碼的破譯?教學(xué)設(shè)計桐城八中毛玉教材分析這節(jié)課是必修二?分子與細(xì)胞?第四章第三節(jié)的內(nèi)容,屬于選學(xué)范圍。雖然是選學(xué)內(nèi)容,但遺傳密碼的破譯這一事件本身在生物學(xué)史上占有重要地位,有很高的科學(xué)教育價值,表達(dá)了科學(xué)理論和科學(xué)實驗在科學(xué)研究中的重要作用,為學(xué)生學(xué)習(xí)探究方法提供了難得的范例。所以,將這節(jié)內(nèi)容納入課堂授課范圍。學(xué)情分析同學(xué)們在第一節(jié)學(xué)習(xí)了基因的表達(dá),即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。熟悉了遺傳密碼子表以及遺傳密碼子在翻譯過程中的重要作用,理解了堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系是怎樣的,對進(jìn)一步了解遺傳密碼子是如何破譯的,有強(qiáng)烈的興趣。教學(xué)目標(biāo)1、知識目標(biāo):⑴、遺傳密碼是如何破譯的⑵、遺傳密碼有哪些特點2、能力目標(biāo):⑴、從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力⑵、通過再現(xiàn)科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計與科學(xué)探究能力⑶、通過總結(jié)遺傳密碼的特點訓(xùn)練學(xué)生比照分析、歸納總結(jié)能力3、情感目標(biāo):⑴、通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體驗科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度⑵、通過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生感受科學(xué)知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長教學(xué)重難點教學(xué)重點遺傳密碼的破譯過程教學(xué)難點遺傳密碼的破譯過程教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)方法推理和猜測“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系〞;根據(jù)科學(xué)資料,運(yùn)用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系〞;借鑒科學(xué)家的實驗方法,小組合作設(shè)計實驗方案,探究與體驗破譯遺傳密碼的方法和過程。教學(xué)過程1、導(dǎo)入新課(問題導(dǎo)入)mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序的?mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對應(yīng)的?下面將通過同學(xué)們的探究性學(xué)習(xí)活動,研究堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系。2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系資料1:mRNA只有4種堿基,而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種,這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢?如果1個堿基決定一個氨基酸,那么4種堿基只能決定4種氨基酸,顯然這種組合是不夠的。想一想,①如果2個相鄰堿基決定一種氨基酸呢?②如果3個相鄰堿基決定一種氨基酸呢?③由此分析你認(rèn)為應(yīng)該由多少個堿基編碼一個氨基酸,4種堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸?學(xué)生通過數(shù)學(xué)運(yùn)算、小組討論、推理猜測,即可確定“理論上應(yīng)該是三個堿基決定一個氨基酸〞。上述結(jié)論僅為數(shù)學(xué)推理,如何證明呢？留下問題一。3、遺傳密碼的閱讀方式思考與討論：〔1〕、當(dāng)圖中DNA的第三個堿基(T)發(fā)生改變時,如果密碼是非重疊的,這一改變將影響______個氨基酸,如果是重疊的又將影響______個氨基酸；〔2〕、在圖中DNA的第三個堿基(T)后插入一個堿基A,如果密碼是非重疊的,這一改變將影響_____個氨基酸,如果密碼是重疊的,又將影響______個氨基酸。那遺傳密碼的閱讀方式是重疊的還是非重疊的呢？這是問題二。4、科學(xué)實驗4.1克資料2:上世紀(jì)50~60年代,DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究說明:在T4噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個堿基,無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì);增加或刪除兩個堿基,也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì);但是,當(dāng)增加或者刪除三個堿基時,卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢?請分析找出原因。提示:把THEFATCATATETHEBIGRAT中的單詞看作決定一個氨基酸的密碼子THEFATCATATETHEBIGRAT試著插入或刪去其中的一個、兩個、三個字母,看后面的語意會有什么變化?通過小組推演討論,會發(fā)現(xiàn)只有插入或刪去其中的三個字母,后面的語意才不變。究其原因為三個字母組成一個單詞。類比推理即可得知：出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是,信使RNA上的每三個堿基決定一個氨基酸；且以非重疊方式閱讀。答復(fù)了前面兩個疑問。那么,如何破解遺傳密碼呢?4.2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗資料3:1961年,尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)胞溶液,建立了一種利用人工合成的RNA在試管里合成多肽鏈的實驗系統(tǒng),其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個實驗系統(tǒng),尼倫伯格和馬太設(shè)計了一個巧妙的實驗,破譯了第一個遺傳密碼,即UUU-苯丙氨酸。如果是你,如何設(shè)計實驗破譯遺傳密碼?(提示:實驗提供有多個試管和20種氨基酸溶液。)學(xué)生根據(jù)資料內(nèi)容,分組討論,大膽探究,設(shè)計方案。實驗方案設(shè)計過程面臨3個問題:(1)合成怎樣的RNA作為模板?(2)需要一組還是多組實驗?(3)氨基酸怎樣參加?教師引導(dǎo)鼓勵,學(xué)生思考探究、討論爭辯,達(dá)成共識:用單核苷酸人工合成RNA,分多個實驗組,分別參加不同的氨基酸,即可破譯UUU-苯丙氨酸。上述方法只能破譯AAA是賴氨酸的密碼子,CCC是脯氨酸的密碼子,GGG是甘氨酸的密碼子,UUU是苯丙氨酸的密碼子。只能確定4種氨基酸的遺傳密碼,所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。怎樣破譯其他的遺傳密碼呢?4.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗材料4:1966年科學(xué)家霍拉納創(chuàng)造了一種新的RNA合成方法,通過這種方法合成的RNA可以是2個、3個或4個堿基為單位的重復(fù)序列,例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長鏈,以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成,結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體,說明蘇氨酸的密碼子可能是ACA,也可能是CAC;同樣,組氨酸的密碼子可能是CAC,也可能是ACA。如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢?請設(shè)計實驗證明。(提示:參考霍拉納的設(shè)計方法。)學(xué)生小組討論、大膽設(shè)想、制定方案、比照分析。設(shè)想:再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體,如果其模板RNA上有ACA或CAC,即可確定。方案:如合成(CAA)n長鏈,重復(fù)上述實驗,合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。將科學(xué)家和自己的實驗結(jié)果比照分析,即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子,CAC是組氨酸的密碼子。運(yùn)用此類方法就可以破譯其他氨基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼破譯之后就等到了課本第65頁的密碼子表。5、小結(jié)今天,我們沿著科學(xué)家的足跡,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和科學(xué)實驗探究了“氨基酸和堿基之間的數(shù)量關(guān)系〞,了解了遺傳密碼的閱讀方式,獲取了破譯氨基酸密碼子的科學(xué)實驗方法,在今后的學(xué)習(xí)中我們要借鑒、創(chuàng)新及運(yùn)用這些方法來解決生物學(xué)問題。6、布置作業(yè)假設(shè),我們利用(ACU)n核苷酸長鏈合成了含有蘇氨酸的多肽,那么蘇氨酸可能的密碼子有哪些?如何運(yùn)用實驗方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么?板書設(shè)計第3節(jié)遺傳密碼的破譯1、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系理論上應(yīng)該是三個堿基決定一個氨基酸2、遺傳密碼的閱讀方式非重疊方式、重疊方式3、科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程3.1克RNA上的每3個堿基決定一個氨基酸3.2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗破譯了遺傳密碼AAA、GGG、CCC、UUU3.3霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實驗破譯了其他遺傳密碼教學(xué)反思本節(jié)課內(nèi)容的重難點是遺傳密碼的破譯過程,破譯過程是由三個實驗展開的,因為課堂時間的限制,在實際教學(xué)授課時,講解較多,