1、第3节 遗传密码的破译（选学）一、教学目标1.1 知识(1)遗传密码的破译过程。(2)遗传密码的特点。1.2 能力(1)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。(2)通过再现科学史,培养实验设计与科学探究能力。(3)通过总结遗传密码的特点,提高对比分析、归纳总结能力。1.3 情感态度与价值观(1)通过再现科学史,体验科学探究的方法和态度。(23)培养敢于质疑、勇于创新的精神。二、设计思路科学史展现了科学家探索生物新知的过程,不同的科学家在不同时期都对某同一个问题进行反复的研究和验证,资料中涉及的一些知识背景、设计思路、技术手段与学生的认知水平存在一定的距离。在本节课中,通过
2、还原遗传密码破译的研究场景,让学生亲历科学知识的获得过程,运用问题引导的教学模式,采用个体学习与合作学习相结合、体验探究与自主构建相结合的教学策略理解科学的本质,领悟科学方法。三、教材分析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,是对本章第一节基因指导蛋白质的合成的重要补充,在教材中本来属于选学内容。该内容是理解基因突变和基因工程的理论基础,同时也蕴涵着丰富的科学史探究素材,包含了“假说-演绎”的完整案例,也体现了实验设计的许多科学方法,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
3、科学达素养,是达成三维目标之一“情感态度价值观“的难得载体。四、学情分析经过上一节的学习,学生对基因指导蛋白质合成的具体过程,如转录、翻译有了一定的知识准备,对遗传密码的特点、作用有了清楚的认识,为进一步认识和理解遗传密码的发现创造了条件。高一下的学生的学习兴趣浓厚、思维较活跃。通过高中阶段生物课程的学习,具有较强的实验设计、分析能力。学生对科学探究的一般过程的理解程度,将影响其对于蛋白质体外合成实验的设计。因此在探究实验设计的过程中应加强引导,细化各步骤的问题,做好知识的铺垫。五、重点难点5.1 教学重点 遗传密码的破译过程5.2 教学难点 克里克的移码突变实验、尼伦伯格和马太设计的蛋白质体
4、外合成实验和尼伦伯格“微型mRNA”的实验六、教学过程活动1【导入】教师组织: 介绍莫尔斯密码的基本知识。(以学生喜闻乐见的内容和形式导入,引起学生兴趣。)学生活动:所有学生根据莫尔斯密码表完成学案上一段密码的翻译。(学生通过翻译活动来理解生物中密码子与氨基酸之间的对应关系)进而从莫尔斯密码表过渡到密码子表,提出问题:密码子表如何编译出?活动2【讲授】环节一遗传密码的阅读方式教师组织:介绍伽莫夫对mRNA的碱基与氨基酸之间对应关系的推理。(让学生初步接受三个碱基决定一个密码子的关系,然后在此基础上展开后续内容。)介绍遗传密码可能的两种阅读方式,即重叠和非重叠的方式,通过分析改变一个碱基后阅读引
5、起的变化，引发全班同学思考哪种阅读方式合理。学生活动:用实物教具在GGUUCGCACGCU的基础上分别分析插入1个、2个、3个碱基后，以非重叠的阅读方式进行排布，从而体会伽莫夫的推测即三个碱基决定一个密码子的可能性。(学生通过活动体会更加深刻,同时锻炼表达交流能力)活动3【活动】环节二克里克的实验证据教师组织:教师介绍克里克的实验背景即以T4噬菌体为实验材料,研究其中某个基因的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响。最后分析克里克的实验结论。引导学生通过理解移码突变所引起的蛋白质结构差异,并结合数学的思想,从实验角度验证“密码子的三联体特性”。学生活动:在句子THEFATCATATETHEBIGR
6、AT的基础上,在句子中分别插入一个、两个、三个字母的情况下,以非重叠的阅读方式断句,用类比的方法验证伽莫夫的推测即三个碱基决定一个密码子的事实。活动4【活动】环节三：遗传密码对应规则的发现教师组织:阅读资料:1961年,美国两位年轻的生化学家尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液,建立利用人工合成的RNA在试管合成多肽链的实验系统,破译了第一个遗传密码。 实验步骤:20支试管中均加入除去DNA和mRNA的破碎细胞溶液(也称为无细胞系统)、人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸(UUU),并分别加入一种氨基酸。 讨论以下问题:1.试管中加入了那些物质？作用是什么？ 2.多聚尿嘧啶核苷酸可能有多少种密码子？
7、3.设计的巧妙之处是什么？4.为什么要除去破碎细胞溶液中存在的DNA和mRNA?5如果是你是尼伦伯格同期的科学家,你觉得是否要设计对照实验,如何设计?6. 改变哪个条件就可以破译其它遗传密码？ 通过背景资料介绍,让学生了解当时的知识背景和已有的技术手段;通过问题串,引导学生理解设计意图,体会科学家在探索前进的过程中面临困难时,如何摸索、如何解决,提高实验探究的能力。学生活动: 学生活动:结合之前的知识,领悟实验设计的意图，通过问题串,明确这是一个体外合成多肽(模拟体内翻译)的过程,可解决问题1、2: 添加的氨基酸原料;多聚尿嘧啶核苷酸模板;无细胞系统为翻译提供了酶、核糖体、转运RNA,合成需要
8、的ATP需另行添加。 通过问题3-5,进一步探索实验设计的巧妙之处:通过除去破碎细胞溶液中存在的DNA和mRNA保证翻译模板的唯一性;由于mRNA不能用常规办法去除,若有对照试验,可将mRNA的影响排除;通过放射性同位素标记明确原料的来源。活动5【讲授】总结：遗传密码破译的历程教师活动: 从1954年伽莫夫大胆的假设到1966年尼伦伯格和霍拉纳完全破译遗传密码。科学家不断改进实验方法,从研究突变对蛋白质的影响到合成人工RNA再到建立无细胞系统,终于将64个密码子的含义一一解读出来,这些工作成为生物科学史上一个伟大的里程碑!学生活动: 体会探索过程中科学家的大胆尝试、方法改进、思路更新。体验科学方法与科学态度,感受科学知识发现过程的艰辛。七、 教学反思我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使DNA增加或减少碱基的方法证明了伽莫夫的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出重要的一步。尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。
