2017-2018学年人教版必修二 遗传密码的破译 学案

《遗传密码的破译》教案一、选题原因及教材分析：《遗传密码的破译》是人教版高中生物必修2第4章《基因的表达》中的一节内容。

在教材中属于选学内容，但考虑到该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，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，培养学生的生物科学素养，达到知识、能力、情感三者合一的教学目标。

同时本课通过对遗传密码破译的深入认识，也为之后学习理解基因突变的内容打下了坚实的基础。

二、学情分析及教学目标的设定：通过对本章第一节的学习，学生对遗传密码的作用及原理已经有清楚的认识，但是对遗传密码的破译过程并不了解，而且有着较强的学习欲望。

高二学生的逻辑推理能力较强，已经可以理解克里克和尼伦伯格的实验原理及实验结论的推导过程。

所以根据以上学情，我设立了以下教学目标：知识与能力目标：（1）通过教师讲解、阅读文本，能够简述遗传密码的结构特点及阅读方式。

（2）通过师生互动、小组讨论，能够说明克里克及尼伦伯格实验原理及结论。

学科素养（1）基础知识（遗传密码的结构特点及阅读方式；克里克及尼伦伯格实验原理及结论）；（2）基本技能（通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力；通过总结遗传密码的特点训练学生对比分析、归纳总结能力）；（3）基本思想（通过遗传密码的结构特定及阅读方式的学习，能够再现科学史让学生体验科学方法与科学态度）；（4）基本活动经验（通过遗传密码的结构特定及阅读方式的学习，感受科学知识发现过程的艰辛和漫长）。

三、教学重点难点及突破方法：本课的教学重点及难点是克里克及尼伦伯格实验原理及结论的认识过程。

教师利用多媒体课件辅助教学，同时引导学生层层深入理解实验原理，通过讨论学习的方法了解学生的学习过程，及时修正一些错误的想法，使学生最终理解实验的原理及结论。

四、教学过程：新课导入：本课教师杜撰了一个小故事：“校园内离奇的谋杀案”柯南发留在被害人衣服内的一张神秘纸条“AUGCUAUUGUAA”怎样来破译这张纸条的信息呢？引导学生阅读并利用遗传密码子表发现其中包含了“甲硫氨酸、亮氨酸、亮氨酸、终止密码子”4个密码子的信息，最终将犯罪嫌疑人锁定为贾亮亮。

《遗传密码的破译》教学设计桐城八中毛玉一、教材分析这节课是必修二《分子与细胞》第四章第三节的内容，属于选学范围。

虽然是选学内容，但遗传密码的破译这一事件本身在生物学史上占有重要地位，有很高的科学教育价值，体现了科学理论和科学实验在科学研究中的重要作用，为学生学习探究方法提供了难得的范例。

所以，将这节内容纳入课堂授课范围。

二、学情分析同学们在第一节学习了基因的表达，即遗传信息的转录和翻译。

熟悉了遗传密码子表以及遗传密码子在翻译过程中的重要作用，理解了碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的，对进一步了解遗传密码子是如何破译的，有强烈的兴趣。

三、教学目标1、知识目标:⑴、遗传密码是如何破译的⑵、遗传密码有哪些特点2、能力目标:⑴、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⑵、通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力⑶、通过总结遗传密码的特点训练学生对比分析、归纳总结能力3、情感目标:⑴、通过再现科学史让学生体验科学方法与科学态度⑵、通过再现科学史让学生感受科学知识发现过程的艰辛和漫长四、教学重难点教学重点遗传密码的破译过程教学难点遗传密码的破译过程五、教学方法引导学生通过数学方法推理和猜想“碱基与氨基酸的对应关系”;根据科学资料，运用英语词句类比推理“碱基与氨基酸的对应关系”;借鉴科学家的实验方法，小组合作设计实验方案，探究与体验破译遗传密码的方法和过程。

六、教学过程1、导入新课(问题导入)mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的?mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的?下面将通过同学们的探究性学习活动，研究碱基与氨基酸之间的对应关系。

2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系资料1:mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢?如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。

想一想，①如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢?②如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢?③由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸?学生通过数学运算、小组讨论、推理猜想，即可确定“理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸”。

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。

《遗传密码的破译》教学设计方案遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太的实验：每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。

学生阅读教材75页的实验过程和结果，思考并讨论以下几个问题。

（1）实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？（作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成）（2）为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？（原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果。

）（3）如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，作为本节课的难点，采用学生阅读教材、教师讲解和问题串探究三方面学习相结合，让学生层层递进，逐渐突破难点。

从实验中认识到遗传密码是如何被破译的，提高学生的实验探究能力。

遗传密码的展示密码子表，通过以上学习总结密码子特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始密码与终止密码课堂小结纵观下遗传密码的破译过程和遗传密码破译的意义。

课外视频：了解下近百年来人类探索生命的历史步伐。

习题巩固（2019，全国Ⅰ卷2）用体外实验的方法可合成多肽链。

已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（C ）①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸利用今年高考题，提高学生对于知识的重视程度，并检测知识的学习程度。

板书设计第3节遗传密码的破译。

第3节遗传密码的破译【考点解读】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教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验【自主探究】1、学海导航：2、例题精析：例1已知某tRNA一端的三个碱基序列是GAU，它转运的是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码子是下面哪个碱基序列转录来的？（）A、GATB、GAUC、CUAD、CTA解析：从转录、翻译逆行推理。

tRNA的特定的三个碱基是GAU，那么根据碱基互补配对原则，决定此氨基酸的mRNA上的密码子是CUA。

mRNA是由DNA转录而来的，所以mRNA上CUA是由DNA上的GAT转录来的.答案:A例2揭示基因化学本质的表述是（）A．基因是遗传物质的功能单位 B．基因是有遗传效应的DNA片段C．基因是蕴含遗传信息的核苷酯序列 D．基因在染色体上呈线性排列解析：考查基因的概念，从遗传学角度，基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；从细胞学角度，基因在染色体上呈线性排列；从分子学角度，基因是具有遗传效应的DNA片段，这也就揭示了基因的化学本质是DNA。

答案：B例3、科学家已经证明密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。

（1）据理论推测，mRNA上的三个相邻的碱基可以构成________种排列方式，实际上决定氨基酸的密码子共有________种。

（2）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子UUU。

1959年，科学家M.Nireber和S.Ochoa用人工合成只含U的RNA为模版，在一定条件下合成只有苯丙氨酸组成的多肽，这里一定的条件应是________________________________________________。

（3）继上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相同排列的mRNA为模版，检验一个密码子是否含有三个碱基。

如果密码子是连续翻译的：①假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽中应由_______种氨基酸组成。

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。

遗传密码的破译[知识目标]遗传密码的破译过程。

[能力目标]1．运用已有的知识和经验提出假说2．运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论[情感态度价值观]体验人类遗传密码的破译过程。

[知识导航]1．_______年________________提出了DNA双螺旋结构模型2.伽莫夫提出__________________________的设想一．遗传密码的阅读方式：1．方式: ①_________方式和②____________方式2.写出下列DNA序列以上述两种方式阅读后的密码子及决定氨基酸的个数GGTTCGCACGCT①密码子:____________________________________________________氨基酸个数:_____②密码子:____________________________________________________氨基酸个数_____ [思考]1．当上图中的DNA的第三个碱基T发生改变时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响个氨基酸。

2．①在图中的DNA的第三个碱基T后插入一个碱基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响个氨基酸。

②在图中的DNA的第三个碱基T后插入两个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响个氨基酸。

③在图中的DNA的第三个碱基T后插入三个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响个氨基酸。

二．克里克的实验证据1．克里克是第一个用实验证明_________________________________________的科学家。

2．实验材料：_____________3．实验过程：在相关的碱基序列中增加或删除一个或两个碱基,__________正常功能的蛋白质；当增加或删除三个碱基时，却_____________正常功能的蛋白质4．结论：___________________________________________________________________。

高中生物人教版必修二第四章基因的达遗传密码的破译教案导语：基因的遗传密码是生物学中非常重要的一个概念，对于我们了解基因的表达和遗传规律起到了至关重要的作用。

本文将针对高中生物人教版必修二第四章基因的达遗传密码的破译进行教案设计，以帮助学生更好地掌握相关知识。

一、教学目标：1. 理解基因的概念、结构和功能；2. 理解遗传密码的概念和作用；3. 掌握遗传密码的破译方法及其意义；4. 了解基因的表达调控机制。

二、教学准备：1. 教材：高中生物人教版必修二教材；2. 备课资料：基因和遗传密码的相关知识资料、多媒体教学PPT。

三、教学过程：Step 1：导入新知1. 利用多媒体教学PPT展示基因的概念和结构，引导学生了解基因是DNA分子的一部分，携带着生物遗传信息；2. 引发学生对基因的结构和功能的思考，鼓励他们提出问题和疑惑。

Step 2：讲解基因的概念和结构1. 通过多媒体教学PPT详细介绍基因的概念和结构，并带领学生理解基因携带着生物的遗传信息；2. 强调基因在细胞和个体遗传中的重要性。

Step 3：引入遗传密码的概念1. 利用多媒体教学PPT展示遗传密码的概念和意义，引导学生思考基因如何通过遗传密码来传递信号；2. 与学生进行互动讨论，帮助他们确立对遗传密码的理解。

Step 4：讲解遗传密码的破译方法1. 通过多媒体教学PPT详细介绍遗传密码的破译方法，包括RNA转录和翻译的过程；2. 强调破译遗传密码的重要性和意义，使学生认识到它对认识生命本质和人类医学等领域的意义。

Step 5：讲解基因的表达调控机制1. 通过多媒体教学PPT展示基因的表达调控机制，包括转录因子的作用、编码RNA的不同种类及其功能等；2. 帮助学生理解基因在表达调控过程中的重要性。

Step 6：案例分析与讨论1. 提供相关的基因研究案例，让学生运用所学知识分析和讨论；2. 引导学生思考遗传密码的研究对于人类健康和疾病治疗的意义。

《破译遗传密码》导学案一、学习目标1、了解遗传密码的概念和基本特点。

2、掌握遗传密码破译的历史进程和关键实验。

3、理解遗传密码的破译对于生命科学研究的重要意义。

4、培养科学思维和实验探究能力。

二、学习重难点1、重点（1）遗传密码的组成和特点。

（2）遗传密码破译的关键实验和方法。

2、难点（1）对遗传密码破译实验的原理和数据分析。

（2）理解遗传密码的通用性和简并性。

三、知识回顾在学习遗传密码的破译之前，让我们先来回顾一下一些与遗传相关的基础知识。

1、基因是什么？基因是具有遗传效应的 DNA 片段，它控制着生物体的性状表现。

2、 DNA 的结构是怎样的？DNA 是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成的双螺旋结构，碱基遵循互补配对原则。

3、中心法则是什么？中心法则描述了遗传信息从 DNA 传递到 RNA，再从 RNA 指导蛋白质合成的过程。

四、遗传密码的概念遗传密码是指 mRNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。

五、遗传密码破译的历史进程1、伽莫夫的理论推测伽莫夫提出了三联体密码的假说，认为三个碱基决定一个氨基酸。

2、尼伦伯格和马太的实验他们通过无细胞体系实验，成功破译了第一个遗传密码。

实验过程：在含有核糖体、各种 tRNA、相关的酶以及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（UUU……）的无细胞体系中，加入放射性标记的苯丙氨酸，结果发现产生了放射性标记的聚苯丙氨酸。

这表明 UUU 是苯丙氨酸的密码子。

3、后续的研究随着技术的不断进步，科学家们逐渐破译了更多的遗传密码，最终确定了 64 种遗传密码与 20 种氨基酸的对应关系。

六、遗传密码的特点1、通用性几乎所有生物都使用相同的遗传密码，这表明生命在进化上具有统一性。

2、简并性一种氨基酸可以由多个密码子编码，这增加了遗传信息的容错性。

3、连续性在 mRNA 上，密码子是连续排列的，中间没有间隔。

4、不重叠性每个碱基只参与一个密码子的组成，密码子之间互不重叠。

七、遗传密码破译的意义1、加深了对生命本质的理解遗传密码的破译让我们更加深入地了解了基因是如何控制蛋白质合成，从而控制生命活动的。

课后检测融会贯通作业时限：30分钟作业满分：50分一、选择题(每小题2分，共24分)1．在遗传密码的阅读方式验证实验中，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．关于遗传密码的叙述正确的是()A．遗传密码子是DNA上能够决定一个氨基酸的3个相邻的碱基B．人和细菌共用一套遗传密码子C．因为有20种氨基酸，所以遗传密码子也一定有20种D．遗传密码子的形成主要是在核糖体上3．第一个被破译的密码子和其编码的氨基酸分别是()A．UUU(苯丙氨酸)B．AUG(甲硫氨酸)C．GUU(缬氨酸)D．UAA(终止密码子)4.1个mRNA分子部分核苷酸顺序如下：……GAG CUG AUU UAG AUG……(终止密码子是UAA、UAG、UGA)其密码编号是121、122、123、124、125，经翻译后合成的多肽链含() A．121个氨基酸残基B．122个氨基酸残基C．123个氨基酸残基D．124个氨基酸残基5．如图是两种化学合成的mRNA分子和两种以它们为模板合成的多肽。

两种多肽中存在的氨基酸种类最可能为()mRNA多肽……AGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAG…… P6.一种人工合成的mRNA(含碱基U和C)，其中碱基U的含量是碱基C的3倍，试问这种人工合成的mRNA最多可能有多少种密码子() A．4种B．6种C．8种D．64种7．如果一个基因的中部缺失了1个核苷酸对，不可能的后果是()A．没有蛋白质产物B．翻译为蛋白质时在缺失位置终止C．所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸D．翻译的蛋白质中，缺失部位以后的氨基酸序列发生变化8．有一DNA片段的碱基序列为AGA TGG GAC ACT，若将第三个碱基由A改为T时，按非重叠阅读和重叠阅读两种方式分别影响几个氨基酸()A．1、2 B．3、1C．1、3 D．1、19．mRNA碱基序列中，随机插入3个碱基，则此mRNA所控制的氨基酸序列的变化为() A．没有改变B．插入第一个碱基后的密码子所控制的氨基酸全部改变C．插入第三个碱基后的密码子所控制的氨基酸全部改变D．插入第一和第三个碱基间的密码子所控制的氨基酸全部改变10．尼伦伯格和马太采用了蛋白质体外合成技术成功地揭示了决定苯丙氨酸的密码子为UUU。