人教版必修2生物：4.3 遗传密码的破译 教案3

高中生物必修2第四章第三节的教学设计

遗传密码的破译（选学）

广州市第九十七中学 沈颜英 （E-mail：yanyingshen@ ）

课时课标解读

知识目标

1.说出遗传密码的阅读方式。

2.说出遗传密码的破译过程。

教学重点和难点

1.教学重点：遗传密码的破译过程。

2.教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

能力目标

1.培养学生整理、归纳信息的能力。

2.让学生学会用已有知识和经验提出假说，运用类比推理的方法得出结论。

情感、态度、价值观目标

1.了解生物学研究史，感受科学研究的艰辛历程。

2.培养学生的科学探索精神和严谨的科学态度。

课时安排 1课时

一、教材分析

本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。本节内容属于选学，也是原教材没有的。但这部分内容很好地体现了科学理论和科学实验在科学研究中的作用，为学生学习探究方法提供了很好的材料。

承接第1节介绍的理论推导，本节进一步探讨遗传密码的阅读方式，然后介绍克里克的实验，体现了科学思维的严谨和科学讲求实证的特点。并用类比方法将克里克的实验简单化，让学生能够理解实验的设计思路与研究方法。“遗传密码对应规则的发现”反映了不同的研究思路，即利用生物化学的手段，建立蛋白质体外合成系统。学习蛋白质的合成后，了解蛋白质的体外合成系统相对容易，对于尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验就比较容易接受了。

二、学生情况分析

本教学设计针对的是理科基础班学生，他们对生物具有较大的兴趣，但对前面两节内容的学习不够X科班同学深入。本设计希望通过《遗传密码的破译》的教学，激发他们的生物学探索兴趣，利用他们理科思维的优势，体验科学思维的严谨性和科学的实证性，从而更好地掌握本章内容。

三、教学策略 本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的延伸和补充。学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。

1.采用类比的学习方法，使复杂的问题更容易理解。

“克里克的实验”实际上是很复杂的，对于其实验结果的分析，教学中可以采用“具体碱基数改变对蛋白质合成的影响的推理”类比的方法来帮助学生分析理解，使复杂的问题转化为学生熟悉的问题，也比教材上用英文单词类比的方法来的自然、实用。

2.以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。

对尼伦伯格和马太实验的理解是本节教学难点。尼伦伯格和马太设计实验的思路与克里克的完全不同。他们的思路跳出了生物体的限制，通过生物化学手段，他们成功地建立了体外蛋白质合成系统，发现了一个特定的遗传密码所对应的特定的氨基酸。

教材中安排了蛋白质体外合成的实验示意图，意在帮助学生理解这个实验的设计思路。作为示意图，它只画出了4种氨基酸。实际实验中，测试的是组成蛋白质的20种氨基酸。在这20种氨基酸中，只有加入了苯丙氨酸的试管才出现多聚苯丙氨酸的肽链。教材中的旁栏思考题意在让学生学会科学实验中对照组的设置。只有对照设置正确，实验结果才无懈可击。教师还可以作进一步的引导：单核苷酸重复序列(polyU、polyA、polyC、polyG)作模板(mRNA)得到什么结果，如果以多核苷酸的重复序列作模板，又会有什么结果？

教学设计思路

【知识回顾】

练习 完成完成遗传信息、遗传密码、反密码子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之间的连线。

（让学生复习旧知识，强化学生对遗传密码、反密码子等相关概念内涵的理解）

↓

【导入新课】

问题探讨 1、学生活动：翻译莫尔斯密码编写的问题。（吸引学生兴趣）

2、莫尔斯密码简介，让学生回答莫尔斯密码怎么代表不同的信息。

3、导入问题：遗传密码又是如何代表遗传信息的，遗传密码如何破译？

↓

【新课探究】

问题情境 遗传密码的破译过程相关实验、推理及其结论：

1、遗传密码的试拼。

2、遗传密码的阅读方式的探索。

3、遗传密码的对应规则及推理。

让学生体验遗传密码的破译历程，锻炼分析推理能力。

↓

【分析总结】

对比归纳 1. 小结遗传密码破译的历程及成果；

2. 比较克里克的实验和尼伦伯格、马太的实验；

3. 遗传密码的特点。

四、教学过程

教学内容 学生活动 教师的组织和引导 教学意图

知识回顾

回忆前面所学知识，完成连线题

知识回顾练习：完成遗传信息、遗传密码、反密码子和DNA、基因、mRNA、tRNA、rRNA之间的连线遗传信息遗传密码子反密码子DNA基因mRNAtRNArRNA 知识回顾

引起学生思考密码子反密码子的问题

导入新课 翻译莫尔斯密码编写的问题 指导学生翻译莫尔斯密码编写的问题

译文：这是用莫尔斯密码编写的问题Where are genes located?请用莫尔斯密码回答上面的问题－··/ －·/ ·DNA·－－/····/·/·－·/·/·－/·－·/·/－－·/·/

－·/·/···/·－··/－－－/－·－·/·－/ －/·/－··/问题探讨 吸引学生兴趣，引导他们对密码问题的思考

联系旧知识 1、 回答莫尔斯密码怎么代表不同的信息。

2、 思考回忆遗传密码又是如何代表遗传信息的？ 引导学生分析莫尔斯密码的设置，进而回忆遗传密码子的相关知识。

莫尔斯密码怎么代表不同的信息？“·”和“－”的排列组合来储存信息，可以表达出不同的英文句子、数字、标点符号在信使RNA分子上，决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。（含起始码、终止码）遗传密码子又是如何代表遗传信息的呢？UCAUGAUUAmRNA密码子密码子密码子?氨基酸?氨基酸?氨基酸

最后，提出：遗传密码的对应规则又是如何被发现的呢？ 简单介绍莫尔斯密码，让学生回答莫尔斯密码与信息的对应关系

激发学生探究遗传密码发现历程的欲望

引导学生分析和回顾三联体密码子的推导过程，了解伽莫夫的贡献。

介绍遗传密码子的破译历程

回忆三联体密码子的相关知识 遗传密码的破译（Ⅰ）遗传密码的试拼推断：•1个碱基一种氨基酸，才有41=4种；•2个碱基决定一种氨基酸，有42=16种；•3个碱基决定一种氨基酸，有43=64种；•不可能是4个及以上的关系了1954年，美籍俄裔理论物理学家伽莫夫（G·Gamow）应用排列组合计算来研究遗传密码伽莫夫认为遗传密码是三联体密码，后来被验证是正确的。UCAUGAUUAmRNA密码子密码子密码子

介绍科学家们的艰辛研究历程，体验科学严谨的研究态度，讨论和分析实验的科学原理，培养学生的推理运用能力。 完成具体碱基数改变对蛋白质合成的影响的推理（学案），理解密码子的阅读方式。 进一步设疑，三联体密码如何阅读呢？带领学生从分析碱基缺失、增添的角度推论密码阅读方式。

归纳如下图：

遗传密码的破译（Ⅱ）遗传密码的阅读方式的探索克里克的实验证据（1961年）T4噬菌体实验（用原黄素处理，使DNA脱落或增加碱基）某基因的碱基序列中增加或删除1个碱基无法产生正常功能的蛋白质增加或删除2个碱基无法产生正常功能的蛋白质增加或删除3个碱基可以产生正常功能的蛋白质实验方法实验结论：1、遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸（三联体密码）2、遗传密码的阅读方式：从一个固定的起点开始；以非重叠的方式阅读；编码之间没有分隔符。实验结果

学生自主学习，教师引导

(完成学案)

实验目的：

实验方法：

实验原理：蛋白质体外合成系统中以人工合成RNA作摸板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系。

实验步骤：（阅读课本P75内容，用简要的流程图表达实验步骤）

实验结果：

实验结论：

进一步深入探究，让学生了解密码子的对应规则，介绍尼伦伯格、马太的实验， 让学生自己阅读，教师引导分析。

遗传密码的破译（Ⅲ）遗传密码的对应规则尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验实验步骤：1、提取大肠杆菌的破碎细胞液分于20支试管中2、每支试管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链处理:去掉原DNA和mRNA提取细胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：获取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰实验结果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽实验结论：苯丙氨酸的密码子——UUU

比较克里克的实验和尼伦伯格、马太的实验 自主学习 指导学生比较克里克的实验和尼伦伯格、马太的实验 对比知识联系与区别，提升学生分析能力 比较克里克的实验和尼伦伯格、马太的实验不足优势前提主要思路尼伦伯格、马太的体外蛋白质合成实验克里克的T4噬菌体实验通过研究对______的改变对蛋白质的合成的影响推断遗传密码的性质碱基建立_______蛋白质合成系统，直接破解遗传密码规则体外找到使DNA脱落或插入单个碱基的方法人工合成mRNA的方法——获得多核苷酸磷酸化酶不需知道蛋白质合成的方式，直接推出密码的阅读方式直接推出遗传密码与氨基酸对应的规则证据相对间接，工作量大需要先了解蛋白质合成所需的条件如何为尼伦伯格、马太的实验设计对照组的实验？在对照实验中的所有试管中加入成分均不变，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。

小结遗传密码破译的历程及成果 回答老师的提问

完成适当的练习 小结遗传密码破译的历程及成果，让学生理解遗传密码的特点。

遗传密码的破译3个碱基编码1个氨基酸遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸,是非重叠式阅读破译了第一个遗传密码1954年，伽莫夫用数学的方法推断：1961年，克里克第一个用T4噬菌体实验证明：1961年，尼伦伯格和马太利用无细胞系统体外合成蛋白质实验：1965年，破译了全部的遗传密码遗传密码的特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性小结

反馈练习 形成简洁的知识体系

五、配套检测或练习题

《遗传密码的破译》练习题

1.在遗传密码子的阅读方式验证试验中，克里克没有．．证明的是

A．3个碱基决定一个氨基酸 B.遗传密码从一个固定起点开始，无间隔

C．遗传密码以非重叠的方式阅读 D.遗传密码与氨基酸之间的对应关系

2.下列各项中，错误．．的是

A．克里克T4实验不能证明苯丙氨酸的密码子是UUU

B．克里克T4实验表明遗传密码的阅读方式是非重叠的阅读方式

C．尼伦伯格和马太的试验可以说明三个碱基决定一个氨基酸

D．以上两个实验对遗传密码的破译都做出了贡献，促进了科学的发展

3.代表氨基酸的密码子是

A．UGA B.UAG C.UAA D.UGG

4.关于蛋白质合成的终止阶段，正确．．的叙述是

A．终止密码子有两种 B.终止密码子都是由U、G、A三种脱氧核苷酸构成

C．一种特异的tRNA可识别终止密码子 D.tRNA不与终止密码子对应