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視頻標簽：遺傳密碼的破譯
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：人教版高中生物必修二4.3遺傳密碼的破譯-安徽省優課
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遺傳密碼的破譯
一、教材分析
“遺傳密碼的破譯”雖然是選學內容，但是對密碼子的深入探究，可以讓學生不僅知其然還能知其所以然，使學生對遺傳密碼的認識更加完整和清晰。并且對后面學習基因突變也有幫助。 二、學情分析
學生通過本章第一節內容“基因指導蛋白質的合成”的學習，了解了翻譯的過程，對密碼子也有了初步認識。但是關于mRNA堿基序列和蛋白質的氨基酸序列之間的對應關系，只是停留在機械的記憶層面，但學生并不知道密碼子表示怎么破譯出來的，對此感到很好奇。 二、教學目標 1、 生命觀念
結構與功能觀、生命的信息觀：闡明mRNA上的堿基序列和蛋白質的氨基酸序列之間的對應關系 2、 科學思維
培養學生基于生物學事實和證據進行推理、分析的能力。 3、 科學探究
培養學生針對特定的生物學現象，進行觀察、提問以及實驗設計的能力。在探究過程中激發學生的好奇心和求知欲，培養學生的團隊合作精神。 4、 社會責任
體驗科學家的探索歷程，建立辯證的唯物主義觀。 三、教學重難點 ·
1、 遺傳密碼的破譯過程
2、尼倫伯格和馬太設計的蛋白質體外合成實驗 四、設計思路
根據科學史中科學家破譯遺傳密碼的關鍵點設計問題，環環相扣，引導學生逐步深入地思索、探究。 五、教學過程 教師活動
學生活動
活動目的
導入新課：由電報中密碼的破譯導入生物體內遺傳密碼的破譯
思考問題1:你認為mRNA上幾個堿基決定一個氨基酸？說說你的理由 已知：RNA含有4種堿基，構成蛋白質的氨基酸有20種 教師介紹：伽莫夫提出3個堿基編碼1個氨基酸的設想 教師引導：如果3個堿基決定1個氨基酸，是不是以3個堿基為1個閱讀單位，依次閱讀呢？ 一、遺傳密碼的閱讀方式 展示mRNA上的一段堿基序列：AUGCUA 思考問題2：按照非重疊的閱讀方式可以讀出幾個密碼子？
思考問題3：如果密碼子間有重疊，最
思考問題1，并作答： 2個堿基-------16種堿基序列 3個堿基-------64種堿基序列 4個堿基-------256種堿基序列 根據堿基序列和20種氨基酸的對應關系，推知3個堿基決定一個氨基酸
思考并回答問題2：2個
AUG CUA 思考并回答問題3：4個
利用學生對破譯電報密碼的好奇，引起學生對破譯遺傳密碼的興趣
引導學生聯系已有知識，解決新問題
引導學生觀察、比較、分析
多能讀出幾個密碼子？
思考問題4：改變這段mRNA序列中的第三個堿基（G）,如果密碼是非重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果密碼是重疊的，又將產生怎樣的影響？ 教師補充：科學家將單堿基改變引入TMVmRNA時，發現只是引起一個氨基酸改變，通過實驗證明密碼子是非重疊的。
展示無間隔：AUGCAGCCAACG
有間隔（密碼子兩側會有一個或多個非翻譯堿基）AUGZCAGZCCAZACGZ 思考問題5：如果在第二個堿基（U）后插入一個堿基C,這一改變將影響多少個氨基酸？
教師補充：科學家通過實驗發現增加或刪除一個堿基，會導致后面氨基酸序列全部改變，從而證明了密碼子是無間隔閱讀的。
思考與討論問題6：
怎樣通過改變堿基數目來證明密碼子由三個堿基組成？
教師引導：AUG CAG CCA ACG
在第二個堿基（U）后插入三個堿基CCC 后變為AUC CCG CAG CCA ACG
教師補充：1961年克里克以T4噬菌體為實驗材料，發現在相關堿基序列中增加或刪除一個或兩個堿基時，都無法產生正常功能的蛋白質，但是但增加或刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質。
二、遺傳密碼的對應規則
教師介紹：1961年兩個年輕的科學家尼倫伯格和馬太破譯了第一個遺傳密碼。 他們采用了蛋白質的體外合成技術 思考問題7：體外合成蛋白質需要具備哪些條件？
教師介紹：他們在每個試管中分別加入一種氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液，以及人工合成的mRNA：多聚尿嘧啶核苷酸
AUG UGC GCU CUA 學生寫出改變后的序列，與原有序列進行比較
思考并回答問題4： 非重疊：影響1個氨基酸
重疊：影響多個氨基酸
思考并回答問題5： 學生寫出改變后序列，與原有序列進行比較 無間隔：
AUC GCA GCC AAC 有間隔：
AUCGZ CAGZ CCAZ ACGZ 得出結論：從該位點起氨基酸序列全部改變
學生分組討論、代表發言
思考并回答問題6： 學生寫出改變后序列，與原有序列進行比較 AUG CAG CCA ACG
AUC CCG CAG CCA ACG 得出結論：增加或刪除3個堿基后，僅該位點的氨基酸改變，之后的氨基酸序列不變
學生討論，代表發言 思考并回答問題7：氨基酸、mRNA、核糖體、tRNA、能量
引導學生觀察、比較、分析
引導學生進行思維遷移、提出解決問題的方案
聯系已有知識，理解新的實驗技術
思考問題8：為什么要除去細胞提取液中的DNA和mRNA？ 教師引導
：只有加入了苯丙氨酸的試管中出現了肽鏈（多聚苯丙氨酸），由此你能得出什么結論？ 教師總結：通過實驗可知UUU是苯丙氨酸的密碼子
思考問題9：經研究發現體外翻譯可以從人工合成mRNA的任一點開始，據此推測多聚核苷酸（AAG）會翻譯成幾種肽鏈？
展示結果：多聚賴氨酸+多聚精氨酸+多聚谷氨酸
教師引導:怎樣知道哪個是賴氨酸的密碼子呢
資料：科學家發現，人工合成的三核苷酸可使相應的氨酰tRNA結合在核糖體上，形成復合物。
教師講解：人工合成三種三核苷酸來分別模擬密碼子：AAG、AGA、GAA，如果哪個是賴氨酸的密碼子，就會引導賴氨酸-tRNA與核糖體形成復合物，否則就不能形成復合物。
教師引導：怎么檢測復合物是否形成呢？
教師講解：14C標記賴氨酸與tRNA結合形成帶有放射性同位素標記的賴氨酸-tRNA，只有形成復合物才會黏附在膜上，檢測出放射性。
教師引導：實驗結果只有AAG那組檢測出放射性，由此得出什么結論？ 通過上述方法，將64個密碼子全部破譯出來
展示密碼子表
教師講解：64個密碼子中，有三個不編碼氨基酸是終止密碼子。61個編碼氨基酸的密碼子中有兩個還具有起始翻譯的作用。從表中可以看出絕大多數的氨基酸含有多個密碼子，稱為密碼子的簡并性。
課堂練習：
用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知
思考并回答問題8： 細胞中原有的mRNA會作為合成蛋白質的模板干擾實驗結果，細胞中原有的DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會干擾實驗結果
學生討論,代表發言 問題9：三種肽鏈
因為起點不同的情況下可以分別讀出三種密碼子：AAG、AGA、GAA
學生閱讀資料并思考
思考、理解怎樣利用新的技術進一步破譯遺傳密碼
由實驗結果得出相應的結論：AAG是賴氨酸的密碼子
引導學生聯系已有的轉錄和翻譯知識，對實驗結果進行分析
引導學生通過推理得出結論
引導學生閱讀資料，獲取新信息
引導學生對實驗結果進行分析
檢測學生本堂課的學習情況。
苯丙氨酸的密碼子是UUU，若要在體外合成同位素標記的多肽鏈，所需的材料組合是（）
①同位素標記的tRNA ②蛋白質合成所需的酶 ③同位素標記的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的細胞裂解液 答案：③④⑤ 六、板書設計
遺傳密碼的破譯
閱讀方式 對應規則
人工合成的mRNA 肽鏈
UUUUUUUUU 多聚苯丙氨酸
替換一個 增加（或減少） 增加（或減少） 編碼 堿基 一個堿基 三個堿基
AAGAAGAAG 三種肽鏈
改變一個 從該位點起AA 僅該位點AA改變， 人工合成三核苷酸： AAG 氨基酸 序列全部改變 其后AA序列不變 AGA GAA
非重疊 無間隔 三聯體
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