遗传与进化-遗传密码的破译》必修.ppt

遗传密码的破译 王树仁 广东省珠海市实验中学 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。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 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 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”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。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，如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？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5060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”。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。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？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。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。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。说课人：王树仁珠海市实验中学