高中生物《第四章 第三節(jié) 遺傳密碼的破譯（選學）》課件4 新人教版必修2

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1、新課標人教版課件系列高中生物必修必修2 2第四章基因的表達第三節(jié)遺傳密碼的破譯（選學） 教學目標教學目標知識與技能：知識與技能：（1）說出遺傳密碼的閱讀方式。（2）說出遺傳密碼的破譯過程，包括伽莫夫的三聯(lián)體推斷，克里克的實驗證據(jù)，尼倫伯格和馬太的蛋白質(zhì)的體外合成實驗過程與方法：過程與方法：（1）感受和重溫科學家的思維歷程。（2）類比的學習方法。 情感態(tài)度與價值觀：情感態(tài)度與價值觀：（1）對科學家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構(gòu)思表達敬佩。（2）認同遺傳密碼的破譯對生物學發(fā)展的重要意義。【教學重點教學重點】遺傳密碼的破譯過程，引導學生感受這種思維過程并產(chǎn)生與科學家的思維共鳴。【教

2、學難點教學難點】克里克的T4噬菌體實驗；尼倫伯格和馬太設(shè)計的蛋白質(zhì)體外合成實驗【教具準備教具準備】1、多媒體演示課件【課時安排課時安排】1課時 遺傳密碼的破譯，就等于編著了一本生命科學的辭典，遺傳密碼的破譯，就等于編著了一本生命科學的辭典，而這本辭典適應于從細菌到人類的一切生物。這些生物都而這本辭典適應于從細菌到人類的一切生物。這些生物都是按照這本辭典查閱和翻譯著自己的蛋白質(zhì)，又按照這本是按照這本辭典查閱和翻譯著自己的蛋白質(zhì)，又按照這本辭典營造和傳遞著生命。這一發(fā)現(xiàn)是分子生物學和分子遺辭典營造和傳遞著生命。這一發(fā)現(xiàn)是分子生物學和分子遺傳學發(fā)展中的一個重大里程碑，是傳學發(fā)展中的一個重大里程碑，是

3、2020世紀生命科學中最令世紀生命科學中最令人激動的巨大成就之一，也是后來蓬勃興起的基因工程和人激動的巨大成就之一，也是后來蓬勃興起的基因工程和人類基因組計劃得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。人類基因組計劃得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。 遺傳密碼的破譯是高中生物必修遺傳密碼的破譯是高中生物必修2 2第第4 4章章 “ “基因的表基因的表達達”的一節(jié)內(nèi)容，在教材中本來屬于選學內(nèi)容，但考慮到的一節(jié)內(nèi)容，在教材中本來屬于選學內(nèi)容，但考慮到該內(nèi)容蘊涵有豐富的科學史探究素材，非常適合學生進行該內(nèi)容蘊涵有豐富的科學史探究素材，非常適合學生進行探究性學習活動。通過探究性學習活動，能使學生經(jīng)歷和探究性學習活動。通過探究性學習活動，能使學生經(jīng)

4、歷和體驗科學探究的過程，體味科學的本質(zhì)，激發(fā)其學習生物體驗科學探究的過程，體味科學的本質(zhì)，激發(fā)其學習生物學的興趣，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)，達到知識、能力、學的興趣，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)，達到知識、能力、情感三者合一的教學目標。情感三者合一的教學目標。1 1、知識目標：、知識目標：A A、遺傳密碼是如何破譯的遺傳密碼是如何破譯的 B B、遺傳密碼有哪些特點遺傳密碼有哪些特點 2 2、能力目標：、能力目標：a.a.從數(shù)學的角度認識堿基與從數(shù)學的角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系訓練學生氨基酸的對應關(guān)系訓練學生科學推理能力科學推理能力 b.b.通過再現(xiàn)科學史培養(yǎng)學生通過再現(xiàn)科學史培養(yǎng)學生實驗設(shè)計與科學

5、探究能力實驗設(shè)計與科學探究能力 c.c.通過總結(jié)遺傳密碼的特點通過總結(jié)遺傳密碼的特點訓練學生對比分析、歸納總訓練學生對比分析、歸納總結(jié)能力結(jié)能力 3 3、情感目標：、情感目標：a.a.通過再現(xiàn)科學史讓學生體通過再現(xiàn)科學史讓學生體驗科學方法與科學態(tài)度驗科學方法與科學態(tài)度b.b.通過再現(xiàn)科學史讓學生感通過再現(xiàn)科學史讓學生感受科學知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛受科學知識發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長和漫長 遺傳密碼的破譯過程遺傳密碼的破譯過程 運用數(shù)學方法及實驗方運用數(shù)學方法及實驗方法探究法探究“堿基與氨基酸的堿基與氨基酸的對應關(guān)系對應關(guān)系” 探究式教學探究式教學 引導學生通過數(shù)學方法推理和猜引導學生通過數(shù)學方法推理和猜

6、想想“堿基與氨基酸的對應關(guān)系堿基與氨基酸的對應關(guān)系”；根；根據(jù)科學資料，運用英語詞句類比推理據(jù)科學資料，運用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應關(guān)系堿基與氨基酸的對應關(guān)系”；借鑒；借鑒科學家的實驗方法，小組合作設(shè)計實科學家的實驗方法，小組合作設(shè)計實驗方案，探究與體驗破譯遺傳密碼的驗方案，探究與體驗破譯遺傳密碼的方法和過程。方法和過程。1、導入新課、導入新課2 2、從數(shù)學的角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系、從數(shù)學的角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系3、科學家破譯遺傳密碼的過程科學家破譯遺傳密碼的過程4、遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點 5、課堂練習課堂練習 6、布置作業(yè)、布置作業(yè)1、導入新課、導入新課 （

7、問題導入） mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應氨基酸排列次序的？mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對應的？ 下面將通過同學們的探究性學習活動，研究堿基與氨基酸之間的對應關(guān)系。2、從數(shù)學角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系資料資料1 1：mRNAmRNA只有只有4 4種堿基，而組成蛋白質(zhì)種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有的氨基酸有2020種，這四種堿基是怎么決種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的定蛋白質(zhì)的2020種氨基酸的呢？如果種氨基酸的呢？如果1 1個堿個堿基決定一個氨基酸，那么基決定一個氨基酸，那么4 4種堿基只能決種堿基只能決定定4 4種氨基酸，顯然這種組合是不夠的。種氨基酸，顯然這種組合

8、是不夠的。想一想，想一想，如果如果2 2個相鄰堿基決定一種氨個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？基酸呢？如果如果3 3個相鄰堿基決定一種氨個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？基酸呢？由此分析你認為應該由多少由此分析你認為應該由多少個堿基編碼一個氨基酸，個堿基編碼一個氨基酸，4 4種堿基才足以種堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸？種氨基酸？ 2、從數(shù)學角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系學生通過數(shù)學運算、小組討論、推理猜想，即可確定“理論上應理論上應該是三個堿基決定一個氨基該是三個堿基決定一個氨基酸酸”。上述結(jié)論僅為數(shù)學推理，如何證上述結(jié)論僅為數(shù)學推理，如何證明呢？明呢？引入科學資料2資料

9、資料2：上世紀上世紀50506060年代，年代，DNADNA分子結(jié)分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在T4T4噬菌噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個體的相關(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，當增加或者刪除三能的蛋白質(zhì)；但是，當增加或者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。 3.1 克里克T4噬菌體實驗 提示：把提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中

10、的單詞看作決定一個氨基酸的密中的單詞看作決定一個氨基酸的密碼子碼子 為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？請分析找出原因請分析找出原因 3、科學實驗3、科學實驗3.1 克里克T4噬菌體實驗 THE FAT CAT ATE THE BIG RAT試著插入或刪去其中的一個、兩個、三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？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。變。究其原因為三個字母組成一個單詞

11、。類比推理即可得知類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，原因是，信使信使RNA上的每三個堿基決定上的每三個堿基決定一個氨基酸一個氨基酸”。引入科學資料引入科學資料3資料資料3：19611961年，尼倫伯格和馬太利用大年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細胞溶液，建立了一種利腸桿菌的破碎細胞溶液，建立了一種利用人工合成的用人工合成的RNARNA在試管里合成多肽鏈的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)，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，尼倫伯格和馬太設(shè)計了一

12、個巧妙的實驗，破譯了第一個遺傳密碼，即破譯了第一個遺傳密碼，即UUU-UUU-苯丙氨苯丙氨酸。酸。如果是你，如何設(shè)計實驗破譯遺傳密碼？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提示：實驗提供有多個試管和2020種氨基酸溶液。種氨基酸溶液。3、科學實驗3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3、科學實驗學生根據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探學生根據(jù)資料內(nèi)容，分組討論，大膽探究，設(shè)計方案。究，設(shè)計方案。實驗方案設(shè)計過程面臨實驗方案設(shè)計過程面臨3個問題：個問題：合成怎樣的合成怎樣的RNA作為模板？作為模板？需要一組還是多組實驗？需要一組還是多組實驗

13、？氨基酸怎樣加入？氨基酸怎樣加入？教師引導教師引導鼓勵，學生思考探究、討論爭鼓勵，學生思考探究、討論爭辯，達成共識：辯，達成共識：用單核苷酸人工合成用單核苷酸人工合成RNARNA，分多個實驗組，分別加入不同的，分多個實驗組，分別加入不同的氨基酸，即可破譯氨基酸，即可破譯UUU-UUU-苯丙氨酸。苯丙氨酸。3.2尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 3、科學實驗上述方法只能破譯上述方法只能破譯AAA是賴氨酸的是賴氨酸的密碼子，密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子，是脯氨酸的密碼子，GGG是甘氨酸的密碼子，是甘氨酸的密碼子，UUU是是苯丙氨酸的密碼子。只能確定苯丙氨酸的密碼子。只能確定4種種氨基酸的遺傳密碼，所

14、以密碼子中氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有肯定還有2種或種或3種堿基組合的情況。種堿基組合的情況。引入科學資料引入科學資料4材料材料4：19661966年科學家霍拉納發(fā)明了一種年科學家霍拉納發(fā)明了一種新的新的RNARNA合成方法，通過這種方法合成的合成方法，通過這種方法合成的RNARNA可以是可以是2 2個、個、3 3個或個或4 4個堿基為單位的重個堿基為單位的重復序列，例如復序列，例如: :將將A A、C C兩種核苷酸縮合為兩種核苷酸縮合為ACACACACACACACACACAC長鏈，以它作人工信使進長鏈，以它作人工信使進行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是

15、蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說明蘇氨酸的密碼子可組氨酸的多聚體，說明蘇氨酸的密碼子可能是能是ACAACA，也可能是，也可能是CACCAC；同樣，組氨酸的；同樣，組氨酸的密碼子可能是密碼子可能是CACCAC，也可能是，也可能是ACAACA。3.3霍拉納的RNA重復序列翻譯實驗 如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACAACA還是還是CACCAC呢？請設(shè)計實驗證明。呢？請設(shè)計實驗證明。 提示：參考霍拉納的設(shè)計方法。提示：參考霍拉納的設(shè)計方法。3、科學實驗3.3霍拉納的RNA重復序列翻譯實驗 3、科學實驗學生小組討論、大膽設(shè)想、制定方案、學生小組討論、大膽設(shè)想、制定方案、對比

16、分析。對比分析。 方案：方案：如合成（如合成（CAA）n長鏈，重復長鏈，重復上述實驗，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天上述實驗，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。將科學家和自己的實驗結(jié)果對比分析，將科學家和自己的實驗結(jié)果對比分析，即可確定即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子，是蘇氨酸的密碼子，CAC是組氨酸的密碼子。是組氨酸的密碼子。設(shè)想：設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模板板RNA上有上有ACA或或CAC，即可確定。，即可確定。3.3霍拉納的RNA重復序列翻譯實驗 3 3、科學實驗、科學實驗運

17、用此類方法就可以破譯其他氨運用此類方法就可以破譯其他氨基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼基酸的遺傳密碼。所有遺傳密碼破譯之后就等到了課本第破譯之后就等到了課本第65頁的頁的密碼子表。密碼子表。請認真閱讀密碼子表，分析回答下列問請認真閱讀密碼子表，分析回答下列問題，總結(jié)遺傳密碼的特點。題，總結(jié)遺傳密碼的特點。 4、遺傳密碼的特點 1 1、在、在mRNAmRNA上兩個密碼子之間有無核苷酸上兩個密碼子之間有無核苷酸隔開？隔開？2 2、一個氨基酸具有、一個氨基酸具有1 1個、個、2 2個還是個還是2 2個以個以上的密碼子？上的密碼子？3 3、密碼子都決定氨基酸嗎？、密碼子都決定氨基酸嗎？4 4、將人的胰島素

18、基因?qū)氪竽c桿菌，控、將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，控制合成了人的胰島素，說明什么？制合成了人的胰島素，說明什么？ 分析歸納，表達交流。分析歸納，表達交流。4、遺傳密碼的特點 密碼子具有連續(xù)性、簡并性、通用性密碼子具有連續(xù)性、簡并性、通用性 今天，我們沿著科學家的足今天，我們沿著科學家的足跡，運用數(shù)學方法和科學實驗探跡，運用數(shù)學方法和科學實驗探究了究了“氨基酸和堿基之間的數(shù)量氨基酸和堿基之間的數(shù)量關(guān)系關(guān)系”，獲取了破譯氨基酸密碼，獲取了破譯氨基酸密碼子的科學實驗方法，在今后的學子的科學實驗方法，在今后的學習中我們要借鑒、創(chuàng)新及運用這習中我們要借鑒、創(chuàng)新及運用這些方法來解決生物學問題。些方法來解

19、決生物學問題。 小小 結(jié)結(jié)板書設(shè)計板書設(shè)計第第3節(jié)節(jié) 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯1 1、從數(shù)學角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系、從數(shù)學角度認識堿基與氨基酸的對應關(guān)系理論上應該是三個堿基決定一個氨基酸理論上應該是三個堿基決定一個氨基酸2 2、科學家破譯遺傳密碼的過程、科學家破譯遺傳密碼的過程 2.12.1克里克克里克T T4 4噬菌體實驗噬菌體實驗 信使信使RNARNA上的每上的每3 3個堿基決定一個氨基酸個堿基決定一個氨基酸 2.2 2.2 尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗 破譯了遺傳密碼破譯了遺傳密碼AAAAAA、GGGGGG、CCCCCC、UUUUUU 3.3 3.

20、3霍拉納的霍拉納的RNARNA重復序列翻譯實驗重復序列翻譯實驗 破譯了其他遺傳密碼破譯了其他遺傳密碼3 3、遺傳密碼的特點、遺傳密碼的特點 連續(xù)性、簡并性、通用性連續(xù)性、簡并性、通用性6、作業(yè)布置5、課堂練習（略）假如，我們利用假如，我們利用(ACU)(ACU)n n核苷酸長鏈核苷酸長鏈合成了含有蘇氨酸的多肽，那么蘇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？如何運氨酸可能的密碼子有哪些？如何運用實驗方法確證蘇氨酸的密碼子究用實驗方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么？竟是什么？1、教材中豐富的科學史料，是我們在課堂、教材中豐富的科學史料，是我們在課堂上進行探究性學習活動的良好素材，教師上

21、進行探究性學習活動的良好素材，教師要整理和運用好。千萬不要低估學生的思要整理和運用好。千萬不要低估學生的思維能力，當學生的思維能力被你想方設(shè)法維能力，當學生的思維能力被你想方設(shè)法激發(fā)出來的時候，你會發(fā)現(xiàn)他們的創(chuàng)造力激發(fā)出來的時候，你會發(fā)現(xiàn)他們的創(chuàng)造力是無窮的。是無窮的。2、探究性學習的目的并不僅僅是問題的解探究性學習的目的并不僅僅是問題的解決，更重要的是在探究過程中體驗和獲取決，更重要的是在探究過程中體驗和獲取科學研究方法，培養(yǎng)合作與分享的精神以科學研究方法，培養(yǎng)合作與分享的精神以及實事求是的科學態(tài)度，鍛煉思維能力，及實事求是的科學態(tài)度，鍛煉思維能力，提高科學素養(yǎng)。提高科學素養(yǎng)。3、學生是學習的主體，教師是引導者。我、學生是學習的主體，教師是引導者。我們要采取措施讓學生積極主動地參與到學們要采取措施讓學生積極主動地參與到學習活動中來，通過他們的思考、討論、爭習活動中來，通過他們的思考、討論、爭辯、合作等活動來獲取方法，建構(gòu)知識。辯、合作等活動來獲取方法，建構(gòu)知識。