遺傳密碼的破譯專家講座

新課標(biāo)人教版課件系列《高中生物》必修2遺傳密碼的破譯專家講座第1頁第四章《基因表示》第三節(jié)《遺傳密碼破譯（選學(xué)）》遺傳密碼的破譯專家講座第2頁教學(xué)目標(biāo)知識與技能：（1）說出遺傳密碼閱讀方式。（2）說出遺傳密碼破譯過程，包含伽莫夫三聯(lián)體推斷，克里克試驗(yàn)證據(jù)，尼倫伯格和馬太蛋白質(zhì)體外合成試驗(yàn)過程與方法：（1）感受和重溫科學(xué)家思維歷程。（2）類比學(xué)習(xí)方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：（1）對科學(xué)家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新精神還有那種巧妙構(gòu)思表示敬仰。（2）認(rèn)同遺傳密碼破譯對生物學(xué)發(fā)展主要意義。遺傳密碼的破譯專家講座第3頁【教學(xué)重點(diǎn)】遺傳密碼破譯過程，引導(dǎo)學(xué)生感受這種思維過程并產(chǎn)生與科學(xué)家思維共鳴?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】克里克T4噬菌體試驗(yàn)；尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)體外合成試驗(yàn)【教具準(zhǔn)備】1、多媒體演示課件【課時(shí)安排】1課時(shí)遺傳密碼的破譯專家講座第4頁一、教材分析遺傳密碼破譯，就等于編著了一本生命科學(xué)辭典，而這本辭典適應(yīng)于從細(xì)菌到人類一切生物。這些生物都是按照這本辭典查閱和翻譯著自己蛋白質(zhì)，又按照這本辭典營造和傳遞著生命。這一發(fā)覺是分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展中一個(gè)重大里程碑，是20世紀(jì)生命科學(xué)中最令人激動(dòng)巨大成就之一，也是以后蓬勃興起基因工程和人類基因組計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。遺傳密碼破譯是高中生物必修2第4章“基因表示”一節(jié)內(nèi)容，在教材中原來屬于選學(xué)內(nèi)容，但考慮到該內(nèi)容蘊(yùn)涵有豐富科學(xué)史探究素材，非常適合學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。經(jīng)過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，能使學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究過程，體味科學(xué)本質(zhì)，激發(fā)其學(xué)習(xí)生物學(xué)興趣，培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)，到達(dá)知識、能力、情感三者合一教學(xué)目標(biāo)。遺傳密碼的破譯專家講座第5頁教學(xué)目1、知識目標(biāo)：A、遺傳密碼是怎樣破譯

B、遺傳密碼有哪些特點(diǎn)

遺傳密碼的破譯專家講座第6頁2、能力目標(biāo)：a.從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力

b.經(jīng)過再現(xiàn)科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生試驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力

c.經(jīng)過總結(jié)遺傳密碼特點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生對比分析、歸納總結(jié)能力

教學(xué)目遺傳密碼的破譯專家講座第7頁3、情感目標(biāo)：a.經(jīng)過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度b.經(jīng)過再現(xiàn)科學(xué)史讓學(xué)生感受科學(xué)知識發(fā)覺過程艱辛和漫長

教學(xué)目遺傳密碼的破譯專家講座第8頁教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)遺傳密碼破譯過程

利用數(shù)學(xué)方法及試驗(yàn)方法探究“堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系”遺傳密碼的破譯專家講座第9頁二、教法學(xué)法探究式教學(xué)

引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)過數(shù)學(xué)方法推理和猜測“堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系”；依據(jù)科學(xué)資料，利用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系”；借鑒科學(xué)家試驗(yàn)方法，小組合作設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，探究與體驗(yàn)破譯遺傳密碼方法和過程。遺傳密碼的破譯專家講座第10頁三、教學(xué)流程1、導(dǎo)入新課2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系3、科學(xué)家破譯遺傳密碼過程4、遺傳密碼特點(diǎn)

5、課堂練習(xí)

6、布置作業(yè)遺傳密碼的破譯專家講座第11頁1、導(dǎo)入新課（問題導(dǎo)入）mRNA是怎樣把其中堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中對應(yīng)氨基酸排列次序？mRNA堿基與氨基酸之間是怎樣對應(yīng)？

下面將經(jīng)過同學(xué)們探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，研究堿基與氨基酸之間對應(yīng)關(guān)系。遺傳密碼的破譯專家講座第12頁2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系資料1：mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)氨基酸有20種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)20種氨基酸呢？假如1個(gè)堿基決定一個(gè)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。想一想，①假如2個(gè)相鄰堿基決定一個(gè)氨基酸呢？②假如3個(gè)相鄰堿基決定一個(gè)氨基酸呢？③由此分析你認(rèn)為應(yīng)該由多少個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，4種堿基才足以組合出組成蛋白質(zhì)20種氨基酸？遺傳密碼的破譯專家講座第13頁2、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系學(xué)生經(jīng)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(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸”。上述結(jié)論僅為數(shù)學(xué)推理，怎樣證實(shí)呢？引入科學(xué)資料2遺傳密碼的破譯專家講座第14頁資料2：上世紀(jì)50～60年代，DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)覺者克里克研究表明：在T4噬菌體相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無法產(chǎn)生正常功效蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功效蛋白質(zhì)；不過，當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了含有正常功效蛋白質(zhì)。

3.1克里克T4噬菌體試驗(yàn)提醒：把THEFATCATATETHEBIGRAT中單詞看作決定一個(gè)氨基酸密碼子為何會(huì)產(chǎn)生這么現(xiàn)象呢？請分析找出原因3、科學(xué)試驗(yàn)遺傳密碼的破譯專家講座第15頁3、科學(xué)試驗(yàn)3.1克里克T4噬菌體試驗(yàn)THEFATCATATETHEBIGRAT試著插入或刪去其中一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)字母，看后面語意會(huì)有什么改變？經(jīng)過小組推演討論，會(huì)發(fā)覺只有插入或刪去其中三個(gè)字母，后面語意才不變。究其原因?yàn)槿齻€(gè)字母組成一個(gè)單詞。類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象原因是，信使RNA上每三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸”。遺傳密碼的破譯專家講座第16頁如何破譯遺傳密碼呢？引入科學(xué)資料3遺傳密碼的破譯專家講座第17頁資料3：1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌破碎細(xì)胞溶液，建立了一個(gè)利用人工合成RNA在試管里合成多肽鏈試驗(yàn)系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需各種成份。利用這個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙試驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼，即UUU-苯丙氨酸。假如是你，怎樣設(shè)計(jì)試驗(yàn)破譯遺傳密碼？提醒：試驗(yàn)提供有多個(gè)試管和20種氨基酸溶液。3、科學(xué)試驗(yàn)3.2尼倫伯格和馬太大腸桿菌試驗(yàn)遺傳密碼的破譯專家講座第18頁3.2尼倫伯格和馬太大腸桿菌試驗(yàn)3、科學(xué)試驗(yàn)學(xué)生依據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過程面臨3個(gè)問題：合成怎樣RNA作為模板？需要一組還是多組試驗(yàn)？氨基酸怎樣加入？教師引導(dǎo)勉勵(lì)，學(xué)生思索探究、討論爭辯，達(dá)成共識：用單核苷酸人工合成RNA，分多個(gè)試驗(yàn)組，分別加入不一樣氨基酸，即可破譯UUU-苯丙氨酸。遺傳密碼的破譯專家講座第19頁3.2尼倫伯格和馬太大腸桿菌試驗(yàn)3、科學(xué)試驗(yàn)上述方法只能破譯AAA是賴氨酸密碼子，CCC是脯氨酸密碼子，GGG是甘氨酸密碼子，UUU是苯丙氨酸密碼子。只能確定4種氨基酸遺傳密碼，所以密碼子中必定還有2種或3種堿基組合情況。遺傳密碼的破譯專家講座第20頁怎樣破譯其他的遺傳密碼呢？引入科學(xué)資料4遺傳密碼的破譯專家講座第21頁材料4：1966年科學(xué)家霍拉納創(chuàng)造了一個(gè)新RNA合成方法，經(jīng)過這種方法合成RNA能夠是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位重復(fù)序列，比如: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)覺產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸多聚體，說明蘇氨酸密碼子可能是ACA，也可能是CAC；一樣，組氨酸密碼子可能是CAC，也可能是ACA。3.3霍拉納RNA重復(fù)序列翻譯試驗(yàn)怎樣證實(shí)組氨酸和蘇氨酸密碼子是ACA還是CAC呢？請?jiān)O(shè)計(jì)試驗(yàn)證實(shí)。提醒：參考霍拉納設(shè)計(jì)方法。3、科學(xué)試驗(yàn)遺傳密碼的破譯專家講座第22頁3.3霍拉納RNA重復(fù)序列翻譯試驗(yàn)3、科學(xué)試驗(yàn)學(xué)生小組討論、大膽構(gòu)想、制訂方案、對比分析。方案：如合成（CAA）n長鏈，重復(fù)上述試驗(yàn)，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸多聚體。將科學(xué)家和自己試驗(yàn)結(jié)果對比分析，即可確定ACA是蘇氨酸密碼子，CAC是組氨酸密碼子。構(gòu)想：再用類似方法合成含有蘇氨酸或組氨酸多聚體，假如其模板RNA上有ACA或CAC，即可確定。遺傳密碼的破譯專家講座第23頁3.3霍拉納RNA重復(fù)序列翻譯試驗(yàn)3、科學(xué)試驗(yàn)利用這類方法就能夠破譯其它氨基酸遺傳密碼。全部遺傳密碼破譯之后就等到了書本第65頁密碼子表。遺傳密碼的破譯專家講座第24頁請認(rèn)真閱讀密碼子表，分析回答以下問題，總結(jié)遺傳密碼特點(diǎn)。4、遺傳密碼特點(diǎn)1、在mRNA上兩個(gè)密碼子之間有沒有核苷酸隔開？2、一個(gè)氨基酸含有1個(gè)、2個(gè)還是2個(gè)以上密碼子？3、密碼子都決定氨基酸嗎？4、將人胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，控制合成了人胰島素，說明什么？遺傳密碼的破譯專家講座第25頁分析歸納，表示交流。4、遺傳密碼特點(diǎn)密碼子含有連續(xù)性、簡并性、通用性遺傳密碼的破譯專家講座第26頁今天，我們沿著科學(xué)家足跡，利用數(shù)學(xué)方法和科學(xué)試驗(yàn)探究了“氨基酸和堿基之間數(shù)量關(guān)系”，獲取了破譯氨基酸密碼子科學(xué)試驗(yàn)方法，在今后學(xué)習(xí)中我們要借鑒、創(chuàng)新及利用這些方法來處理生物學(xué)問題。小結(jié)遺傳密碼的破譯專家講座第27頁板書設(shè)計(jì)第3節(jié)遺傳密碼破譯1、從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識堿基與氨基酸對應(yīng)關(guān)系理論上應(yīng)該是三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸2、科學(xué)家破譯遺傳密碼過程2.1克里克T4噬菌體試驗(yàn)信使RNA上每3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸2.2尼倫伯格和馬太大腸桿菌試驗(yàn)破譯了遺傳密碼AAA、GGG、CCC、UUU3.3霍拉納RNA重復(fù)序列翻譯試驗(yàn)

破譯了其它遺傳密碼3、遺傳密碼特點(diǎn)

連續(xù)性、簡并性、通用性遺傳密碼的破譯專家講座第28頁6、作業(yè)布置5、課堂練習(xí)（略）假如，我們利用(ACU)n核苷酸長鏈合成了含有蘇氨酸多肽，那么蘇氨酸可能密碼子有哪些？怎樣利用試驗(yàn)方法確證蘇氨酸密碼子終究是什么？遺傳密碼的破譯專家講座第29頁四、教學(xué)反思1、教材中豐富科學(xué)史料，是我們在課堂上進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)良好素材，教師要整理和利用好。千萬不要低估學(xué)生思維能力，當(dāng)學(xué)生思維能力被你想方設(shè)法激發(fā)出來時(shí)候，你會(huì)發(fā)覺他們創(chuàng)造力是無窮。遺傳密碼的破譯專家講座第3