高中生物《遗传与变异》15第四章第三节 遗传密码的破译导学案 必修2

第3节遗传密码的破译（选学）●从容说课本节的主要内容是遗传密码的破译过程。

自从“一基因一酶”学说建立（1941年）以后，人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。

“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。

那DNA 和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在20世纪50年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

早在遗传物质的化学本质尚未确定之前，1944年理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。

这种连续体的精确性组成了遗传密码。

他认为同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“·”“—”，通过排列组合来储存遗传信息。

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战，他用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。

但人们不禁要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？1957年Brenner.S发表理论文章，他通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不存在氨基酸的邻位限制作用，从而在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。

而克里克在1961年第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。

同一年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译了第一个遗传密码。

后来尼伦伯格和他的小组采用了一把钥匙开一把锁的思路，一举破译了全部的密码。

遗传密码的破译是生物学史上的一个伟大的里程碑，为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。

遗传密码的破译，测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。

本节内容实际上是对科学史的介绍，但其实际目的是让学生学习其中蕴含的科学研究方法，学习这些科学家的那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思，开拓学生的思维方式，培养学生具有科学家的思维素养。

第4章第3节 遗传密码的破译〖学习目标〗1、说出遗传密码的阅读方式。

2．说出遗传密码的破译过程。

〖使用说明及学法指导〗课前自行完成预习内容和预习自测，探究案，我们在课堂上会进行讨论，当堂检测是你们在课内最后5分钟要完成的。

〖预习自测〗一、知识梳理1.克里克是第一个用实验证明 ，同时实验还表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以 ，编码之间没有 。

2.两个名不见经传的年轻人 破译了第一个遗传密码，苯丙氨酸对应的密码子是 。

二、知识点拔1．遗传信息和遗传密码的比较遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，遗传密码是指mRNA 中的碱基排列顺序，其中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫一个密码子。

2．遗传密码的特点：①.不间断性：mRNA 的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。

所以若在某基因编码区(能指导蛋白质合成的区域)的DNA 序列或mRNA 中间插入或删除1—2个核苷酸,则其后的三联体组合方式都会改变,不能合成正常的蛋白质。

②.不重叠性：对于特定的三联体密码而言，其中的每个核苷酸都具有不重叠性。

例如如果RNA 分子UCAGACUGC 的密码解读顺序为:UCA 、GAC 、UGC,则它不可以同时解读为:UCA 、CAG 、AGA 、GAC ……等.不重叠性使密码解读简单而准确无误.并且,当一个核苷酸被异常核苷酸取代时,不会在肽链中影响到多个氨基酸.③.简并性：绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，这一现象称做简并性，编码相同氨基酸的密码子称同义密码子。

由于兼并性,某些DNA 碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变。

④.通用性：除线粒体的个别密码外，生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间， 蛋白质合成机制及其mRNA 都是可以互换的。

例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然。

⑤.起始密码与终止密码： UAG 、UAA 、UGA 为终止码，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止。

第3节遗传密码的破译学案课前预习：翻译问题探讨中出现的电文：一、碱基和氨基酸的对应关系学生任务1：一个碱基决定一种氨基酸时能决定种两个碱基决定一种氨基酸时能决定种三个碱基决定一种氨基酸时能决定种推论：个碱基决定一种氨基酸二、遗传密码的阅读方式（克里克的实验证据）学生任务2：以不同方式阅读以下片段：-GGTTCGCACGCT-结论：遗传密码中个碱基编码一个氨基酸，以方式阅读。

三、遗传密码对应规则的发现（一）尼伦伯格、马太多聚核苷酸实验学生任务3：阅读资料和教材75页内容，回答问题：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：每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。

…1 2 3 … n思考：1． 一共准备几个试管？试管中要加入什么物质？作用是什么？2． 无细胞蛋白质合成体系中含有什么物质？他们为蛋白质合成提供了什么条件？3． 为什么要除去破碎细胞溶液中存在的DNA 和mRNA ？4. 可能观察到什么现象，得出什么结论？5．如果是你是尼伦伯格或马太，需要怎样设计对照实验，才有说服力？6．破碎的细胞溶液中有氨基酸吗？如果有，是否会影响尼伦伯格和马太设计的实验结果？7．通过这种方法还破译了哪些遗传密码？（二）其他三核苷酸密码子的破译学生任务4：阅读资料，设计实验资料：截至到1964年，与破译遗传密码相关的研究进展和技术手段如下：1.能在体外合成各种tRNA2.能合成全部的64种三核苷酸（如，AUG 、GCA 等）3.在无细胞系统中，特殊的三核苷酸能够促使特殊的氨酰tRNA （氨基酸与tRNA 结合后的物质）与核糖体结合。

氨酰-tRNA 与核糖体结合后形成体积较大的复合体4.硝酸纤维膜是一种具有一定孔径的滤膜，体积大的物体可以留在滤膜上，而体积小的物体可以透过滤膜。

教学目标一、知识与技能1．说出遗传密码的阅读方式。

2．说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验推断，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验。

二、过程与方法了解遗传密码的破译过程，了解科学探究的方法，感受科学思维过程。

三、情感、态度与价值观通过遗传密码的破译过程，产生与科学家的思维共鸣和良好的心理体验。

教学重点、难点教学重点：遗传密码的破译过程。

教学难点：尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验。

教学突破阅读分析教材资料，结合已有转录、翻译的知识，通过对科学探索过程的分析学习，理解尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验，体会科学探究的思维过程，理解遗传密码的破译过程。

教法与学法导航教法：指导分析法、直观教学法。

学法：阅读分析、合作探究、直观演示等方法。

教学准备教师准备：相关的挂图、研究资料等。

学生准备：搜集遗传密码破译的史实。

教学过程1．研究背景什么是莫尔思电码呢？它是由美国画家和电报发明人发明的一套有“点”和“划”构成的系统，通过“点”和“划”间隔的不同顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。

请根据莫尔思电码表，将书本中问题探讨中的那段电文译成英文。

学生：where are genes located学生：基因位于DNA上要破译一个未知的密码，一般的思路就是比较编码的信息，即密码和相应的译文。

对遗传密码来说最简单的破译方法就是将DNA顺序或mRNA顺序和多肽相比较。

但和一般的破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白质的顺序是已知的，未知的都是密码。

2．遗传密码的阅读方式的探索当图中的DNA 的第3个碱基发生改变的时，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：一个。

如果密码子是重叠的，这一改变又将影响多少个氨基酸？生：三个。

当图中的DNA的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：将会影响后面所有的氨基酸。

如果插入两个碱基呢？生：也会影响后面所有的氨基酸。

第3节《遗传密码的破译》(应城市第二高级中学张亚军)教学目标:1．说出遗传密码的阅读方式2．说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验推断，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验教学重点:遗传密码的破译过程，引导学生感受这种思维过程并产生与科学家的思维共鸣教学难点:1．克里克的T4噬菌体实验2．尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验课时安排1课时教学过程:导入:生活中到处都是密码,正确的解读密码有时是非常有用的,如:二战中因图灵发明了密码破译机而有效的获取敌方军情,从而彻底的扭转战争的形势.研究背景:1944年，理论物理学家薛定谔发表大胆地预言：染色体是由一些同分异构的单体连续所组成。

这种连续体的精确性组成了遗传密码。

同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“·”、“—”，通过排列组合来储存遗传信息。

(什么是莫尔思电码呢？它是由美国画家和电报发明人发明的一套有“点”和“划”构成的系统，通过“点”和“划”间隔的不同顺序来表达不同的英文字母、数字、和标点符号。

请根据莫尔思电码表，将书本中问题探讨中的那段电文译成英文。

学生：where are genes located学生：基因位于DNA上)要破译一个未知的密码，一般的思路就是比较信息，即密码和译文。

和一般的破译密码不同的是，遗传密码是全然未知的。

遗传密码的“·”、“—”是什么?怎么方式储存遗传信息?1953年沃森和克里克建立DNA双螺旋模型，给予科学家们很大的激励。

破译遗传密码成了势在必行的工作。

(1944年，薛定谔在遗传物质的化学本质是尚未明确，十年后DNA 双螺旋模型才得以建立的背景下：将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码，实在是一种超越时代的远见卓识。

)对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA 顺序和蛋白质（多肽链）相比较。

DNA、mRNA — 4种碱基蛋白质的氨基酸— 20种四种碱基—20种氨基酸（蛋白质的）呢？此处:加强学生讨论探究1．遗传密码的阅读方式的探索1954年科普作家伽莫夫在理论上尝试了遗传密码的解读伽莫夫是用数学的排列组合的方法在理论上作出推测的，后来的实验证实这一推测是完全正确的。

高中生物 4.3 遗传密码的破译（选学）导学案新人教版必修24、3 遗传密码的破译（选学）导学案新人教版必修2课题：4、3 遗传密码的破译（选学）第周第课时授课人：审批人：学习目标1、说出遗传密码的阅读方式。

2、说出遗传密码的破译过程。

学习重点遗传密码的破译过程。

学习难点尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

学生活动教学设计自主研讨目标与导入导入：1944年奥地利物理学家薛定谔就在他的《生命是什么》一书中，最早提出了遗传密码的设想。

他猜想染色体中的有机单体严格、精确地排列，构成了遗传密码。

遗传密码决定了生物的遗传性状。

这个大胆的猜想，吸引了一批优秀的科学家投身到生命科学的研究中，去破译遗传密码小组合作，问题探讨独立思考，基础巩固小组合作，思考探究自学与诊断一、遗传密码的阅读方式1954年科普作家伽莫夫对破译密码首先提出了挑战。

他设想：若一种碱基与一个氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知天然的氨基酸有20种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸；若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42＝16种，也不足以编码20种氨基酸；因此他认为3个碱基，编码一种氨基酸。

伽莫夫用数学的排列组合的方法在理论上作出推测的，后来的实验证实这一推测是完全正确的。

合作互动互动与展示二、克里克的实验证据学生阅读教材P74相关内容，结合有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解，进行类比分析。

克里克对遗传密码提出了4个特点：⑴3个碱基一组，编码一个氨基酸。

⑵密码是不重叠的。

⑶碱基的顺序是从固定起点解读的。

⑷密码是简并的，即某个特定的氨基酸可以由几个碱基三联体来编码。

三、遗传密码对应规则的发现1、尼伦伯格和马太的实验巧妙之处是什么？2、为什么要除去细胞提取液中的DNA和RNA？3、如果你是尼伦伯格或马太，你准备如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？精讲与点拨1944年薛定谔提出了遗传密码的设想1954年伽莫夫用数学的方法，推断3个碱基编码一个氨基酸遗传密码的破译1957年否定遗传密码重叠阅读的可能性1961年克里克实验证明了遗传密码中3 个碱基编码一个氨基酸1961年尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码1965年破译了全部的密码独立思考，提高升华检测与评价总结与升华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。

第3节遗传密码的破译三维目标1.知识与技能（1）说出遗传密码的阅读方式。

（2）说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验证据，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验。

2.过程与方法（1）感受和重温科学家的思维历程。

（2）类比的学习方法。

3.情感态度与价值观（1）对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩。

（2）认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。

教学重点遗传密码的破译过程，引导学生感受这种思维过程并产生与科学家的思维共鸣。

教学难点1.克里克的T4噬菌体实验。

2.尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

教具准备多媒体演示课件课时安排1课时教学过程［情境创设］在第1节我们学习了有关基因指导蛋白质合成的过程，我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？就是通过密码子。

（呈现密码子表）现在大家已经十分清楚了这些遗传密码，而当时是经过许多科学家艰辛的思考和探索，最后被几个年轻人的富有创新的实验才破译的，这个过程充满了思维的智慧。

那这些遗传密码是怎样被破译的呢？让我们重新重温一下这段科学史，追寻科学家探索的足迹，对我们的思维会有好的启迪作用的。

［师生互动］1.研究背景在孟德尔遗传规律于1900年被再次证实之后，许多科学家投入到遗传问题的研究上来，试图揭示基因的本质和作用原理。

“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA →RNA→蛋白质。

那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。

这种连续体的精确性组成了遗传密码。

他认为同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“·”“—”，通过排列组合来储存遗传信息。