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視頻標簽：遺傳密碼的破譯
所屬欄目：高中生物優(yōu)質(zhì)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(yōu)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(xué)內(nèi)容，但是對密碼子的深入探究，可以讓學(xué)生不僅知其然還能知其所以然，使學(xué)生對遺傳密碼的認識更加完整和清晰。并且對后面學(xué)習(xí)基因突變也有幫助。 二、學(xué)情分析
學(xué)生通過本章第一節(jié)內(nèi)容“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”的學(xué)習(xí)，了解了翻譯的過程，對密碼子也有了初步認識。但是關(guān)于mRNA堿基序列和蛋白質(zhì)的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系，只是停留在機械的記憶層面，但學(xué)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(xué)目標 1、 生命觀念
結(jié)構(gòu)與功能觀、生命的信息觀：闡明mRNA上的堿基序列和蛋白質(zhì)的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系 2、 科學(xué)思維
培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)進行推理、分析的能力。 3、 科學(xué)探究
培養(yǎng)學(xué)生針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問以及實驗設(shè)計的能力。在探究過程中激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。 4、 社會責(zé)任
體驗科學(xué)家的探索歷程，建立辯證的唯物主義觀。 三、教學(xué)重難點 ·
1、 遺傳密碼的破譯過程
2、尼倫伯格和馬太設(shè)計的蛋白質(zhì)體外合成實驗 四、設(shè)計思路
根據(jù)科學(xué)史中科學(xué)家破譯遺傳密碼的關(guān)鍵點設(shè)計問題，環(huán)環(huán)相扣，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地思索、探究。 五、教學(xué)過程 教師活動
學(xué)生活動
活動目的
導(dǎo)入新課：由電報中密碼的破譯導(dǎo)入生物體內(nèi)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(gòu)成蛋白質(zhì)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(shè)想 教師引導(dǎo)：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(jù)堿基序列和20種氨基酸的對應(yīng)關(guān)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(xué)生對破譯電報密碼的好奇，引起學(xué)生對破譯遺傳密碼的興趣
引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識，解決新問題
引導(dǎo)學(xué)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(chǎn)生怎樣的影響？ 教師補充：科學(xué)家將單堿基改變引入TMVmRNA時，發(fā)現(xiàn)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(cè)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(xué)家通過實驗發(fā)現(xiàn)增加或刪除一個堿基，會導(dǎo)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(shù)目來證明密碼子由三個堿基組成？
教師引導(dǎo)：AUG CAG CCA ACG
在第二個堿基（U）后插入三個堿基CCC 后變?yōu)锳UC CCG CAG CCA ACG
教師補充：1961年克里克以T4噬菌體為實驗材料，發(fā)現(xiàn)在相關(guān)堿基序列中增加或刪除一個或兩個堿基時，都無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，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(zhì)。
二、遺傳密碼的對應(yīng)規(guī)則
教師介紹：1961年兩個年輕的科學(xué)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(zhì)的體外合成技術(shù) 思考問題7：體外合成蛋白質(zhì)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(xué)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(xué)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(jié)論：從該位點起氨基酸序列全部改變
學(xué)生分組討論、代表發(fā)言
思考并回答問題6： 學(xué)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(jié)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(xué)生討論，代表發(fā)言 思考并回答問題7：氨基酸、mRNA、核糖體、tRNA、能量
引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較、分析
引導(dǎo)學(xué)生進行思維遷移、提出解決問題的方案
聯(lián)系已有知識，理解新的實驗技術(shù)
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(dǎo)
：只有加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了肽鏈（多聚苯丙氨酸），由此你能得出什么結(jié)論？ 教師總結(jié)：通過實驗可知UUU是苯丙氨酸的密碼子
思考問題9：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)體外翻譯可以從人工合成mRNA的任一點開始，據(jù)此推測多聚核苷酸（AAG）會翻譯成幾種肽鏈？
展示結(jié)果：多聚賴氨酸+多聚精氨酸+多聚谷氨酸
教師引導(dǎo):怎樣知道哪個是賴氨酸的密碼子呢
資料：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人工合成的三核苷酸可使相應(yīng)的氨酰tRNA結(jié)合在核糖體上，形成復(fù)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(dǎo)賴氨酸-tRNA與核糖體形成復(fù)合物，否則就不能形成復(fù)合物。
教師引導(dǎo)：怎么檢測復(fù)合物是否形成呢？
教師講解：14C標記賴氨酸與tRNA結(jié)合形成帶有放射性同位素標記的賴氨酸-tRNA，只有形成復(fù)合物才會黏附在膜上，檢測出放射性。
教師引導(dǎo)：實驗結(jié)果只有AAG那組檢測出放射性，由此得出什么結(jié)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(shù)的氨基酸含有多個密碼子，稱為密碼子的簡并性。
課堂練習(xí)：
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(zhì)的模板干擾實驗結(jié)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(jié)果
學(xué)生討論,代表發(fā)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(xué)生閱讀資料并思考
思考、理解怎樣利用新的技術(shù)進一步破譯遺傳密碼
由實驗結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論：AAG是賴氨酸的密碼子
引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有的轉(zhuǎn)錄和翻譯知識，對實驗結(jié)果進行分析
引導(dǎo)學(xué)生通過推理得出結(jié)論
引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料，獲取新信息
引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行分析
檢測學(xué)生本堂課的學(xué)習(xí)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(zhì)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(shè)計
遺傳密碼的破譯
閱讀方式 對應(yīng)規(guī)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(lián)體
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jjlqy.cn
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