遗传密码的破译
说课
一、教材分析
遗传密码的破译，就等于编著了一本生命科学的辞典，而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物都是按照这本辞典查阅和翻译着自己的蛋白质，又按照这本辞典营造和传递着生命。这一发现是分子生物学和分子遗传学发展中的一个重大里程碑，是20世纪生命科学中最令人激动的巨大成就之一，也是后来蓬勃兴起的基因工程和人类基因组计划得以实现的基础。
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，在教材中本来属于选学内容，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。
教
学
目
标
1、知识目标：

A、遗传密码是如何破译的

B、遗传密码有哪些特点
2、能力目标：
a.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
b.通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力
c.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
教
学
目
标
3、情感目标：
a.通过再现科学史让学生体验科学方法与科学态度
b.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
教
学
目
标
教学重点
教学难点
遗传密码的破译过程
运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系”
二、教法学法
探究式教学
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。
三、教学流程
1、导入新课
2、从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系
3、科学家破译遗传密码的过程
4、遗传密码的特点
5、课堂练习
6、布置作业
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？
2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系
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”。
上述结论仅为数学推理，如何证明呢？
引入科学资料2
资料2：上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
3.1 克里克T4噬菌体实验
提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的单词看作决定一个氨基酸的密码子
为什么会产生这样的现象呢？
请分析找出原因
3、科学实验
3、科学实验
3.1 克里克T4噬菌体实验
THE FAT CAT ATE THE BIG RAT
试着插入或删去其中的一个、两个、三个字母，看后面的语意会有什么变化？
通过小组推演讨论，会发现只有插入或删去其中的三个字母，后面的语意才不变。究其原因为三个字母组成一个单词。
类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个碱基决定一个氨基酸”。
如何破译遗传密码呢？
引入科学资料3
资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。
如果是你，如何设计实验破译遗传密码？
提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。
3、科学实验
3.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
3.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
3、科学实验
学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。
实验方案设计过程面临3个问题：
合成怎样的RNA作为模板？
需要一组还是多组实验？
氨基酸怎样加入？
教师引导鼓励，学生思考探究、讨论争辩，达成共识：用单核苷酸人工合成RNA，分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，即可破译UUU-苯丙氨酸。
3.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
3、科学实验
上述方法只能破译AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。只能确定4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。
怎样破译其他的遗传密码呢？
引入科学资料4
材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。
3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？请设计实验证明。
提示：参考霍拉纳的设计方法。
3、科学实验
3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
3、科学实验
学生小组讨论、大胆设想、制定方案、
对比分析。
方案：如合成（CAA）n长链，重复上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天冬酰胺和苏氨酸的多聚体。
将科学家和自己的实验结果对比分析，即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC是组氨酸的密码子。
设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定。
3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
3、科学实验
运用此类方法就可以破译其他氨基酸的遗传密码。所有遗传密码破译之后就等到了课本第65页的密码子表。
请认真阅读密码子表，分析回答下列问题，总结遗传密码的特点。
4、遗传密码的特点
1、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸隔开？
2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以上的密码子？
3、密码子都决定氨基酸吗？
4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控制合成了人的胰岛素，说明什么？
分析归纳，表达交流。
4、遗传密码的特点
密码子具有连续性、简并性、通用性
今天，我们沿着科学家的足迹，运用数学方法和科学实验探究了“氨基酸和碱基之间的数量关系”，获取了破译氨基酸密码子的科学实验方法，在今后的学习中我们要借鉴、创新及运用这些方法来解决生物学问题。
小 结
板书设计
第3节 遗传密码的破译
1、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系
理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸
2、科学家破译遗传密码的过程
2.1克里克T4噬菌体实验
信使RNA上的每3个碱基决定一个氨基酸
2.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
破译了遗传密码AAA、GGG、CCC、UUU
3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
破译了其他遗传密码
3、遗传密码的特点
连续性、简并性、通用性
6、作业布置
5、课堂练习
（略）
假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏氨酸可能的密码子有哪些？如何运用实验方法确证苏氨酸的密码子究竟是什么？
四、教学反思
1、教材中丰富的科学史料，是我们在课堂上进行探究性学习活动的良好素材，教师要整理和运用好。千万不要低估学生的思维能力，当学生的思维能力被你想方设法激发出来的时候，你会发现他们的创造力是无穷的。
四、教学反思
2、探究性学习的目的并不仅仅是问题的解决，更重要的是在探究过程中体验和获取科学研究方法，培养合作与分享的精神以及实事求是的科学态度，锻炼思维能力，提高科学素养。
四、教学反思
3、学生是学习的主体，教师是引导者。我们要采取措施让学生积极主动地参与到学习活动中来，通过他们的思考、讨论、争辩、合作等活动来获取方法，建构知识。
谢谢！