联系本站客服加+微信号15139388181 或QQ：983228566 |
视频标签：遗传密码的破译
所属栏目：高中生物优质课视频
视频课题：人教版高中生物必修二4.3遗传密码的破译-福建省 - 宁德
本视频配套资料的教学设计、课件 /课堂实录及教案下载可联本站系客服
《遗传密码的破译（选学）》教学设计
一、教材分析
《遗传密码的破译》是高中生物必修2第4章《基因的表达》中的一节内容，是对本章
第一节《基因指导蛋白质的合成》的重要补充，在教材中属于选学内容。该内容是理解基因突变和基因工程的理论基础，同时也蕴涵着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。通过经历和体验科学探究历程，激发学生学习生物学的兴趣，发展学生的生物学核心素养。
二、学情分析
学生通过本章第一节《基因指导蛋白质的合成》的学习，对遗传密码的特点、作用有了清楚的认识，为进一步认识和理解《遗传密码的破译》创造了条件。
高一的学生，学习兴趣浓厚、思维较活跃，但未经过系统的科学探究训练，理性思维能力亟待提高。因此，在学习科学史的过程中，应注意设置问题串，适时引导和启发学生思考，加强其对破译过程的理解，以期发展其生物学核心素养。
三、教学目标
1、运用排列组合的相关知识，解释碱基与氨基酸的数量对应关系； 2、比较不同方式的阅读结果，说出遗传密码的阅读方式是非重叠阅读； 3、基于克里克的实验证据，论证遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸； 4、讨论蛋白质体外合成实验和霍拉纳实验，分析并尝试破译遗传密码。
四、教学重点
遗传密码的破译过程。
五、教学难点
尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。
六、课时安排
1课时
七、教学过程
（一）设置游戏，趣味导入
1、展示图片，介绍摩尔斯电码。
图1.摩尔斯电码表 图2.泰坦尼克号海报 图3.名侦探柯南截图
2、趣味游戏：“谁是大侦探？”。
用“希沃白板”自带的“乐器”功能，弹出“— · ·/— ·/· —”，让学生破译。
【设计意图：①趣味游戏，激发学生对本节课学习的兴趣；②通过参与游戏，学生认识到“莫尔斯电码表”的重要性，进而感悟到生物学中破译遗传密码的重要性。】
（二）重温历史，亲历探究
1、早期研究
简单介绍“一个基因一个酶”假说
【设计意图：交代科学史背景，同时指出破译遗传密码，实际上就是要找到基因中的碱基序列与它所编码的氨基酸序列之间的对应关系，这也是本节课的设计思路。】
2、破译一：遗传密码的组成
PPT上呈现思路，让学生们分组交流、讨论，通过排列组合计算，明确：当3个以上的碱基决定1种氨基酸时，4种碱基才够决定20种氨基酸。请一位学生上台，展示小组交流成果，其他同学点评。
图4.授课PPT截图
师：历史上，第一位对遗传密码提出挑战的，是科普作家伽莫夫。1954年，他在《Nature》杂志上首次发表了遗传密码的理论研究文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。另外，考虑到效率的问题，伽莫夫认为一个碱基可能被重复读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的。
【设计意图：①小组合作学习，上台发言，训练了学生的合作能力、语言表达能力和评价能力；②运用数学推理，得出结论，训练了学生的科学思维，同时体现学科之间的关联，启发学生可以结合数学方法来解决生物问题；③简单介绍科普作家伽莫夫，让学生体悟到科学发现需要大胆想象，同时引出遗传密码的阅读方式，自然过渡到下一个教学内容。】
3、破译二：遗传密码的阅读方式
（1）以“…GGACTCCTC…”序列为例，介绍重叠阅读和非重叠阅读两种方式。 （2）介绍科学史
师：1957年，布伦纳发表了一篇令人兴奋的理论文章，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，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
（3）分析“镰刀型细胞贫血症”，验证遗传密码的阅读方式
分别用两种阅读方式，分析血红蛋白序列在改变前后，所编码的氨基酸的变化情况，得出遗传密码是非重叠阅读的。
阅读方式 遗传 密码 碱基 序列
正常序列： …GGACTCCTC… 异常序列：
…GGACACCTC… 重叠阅读
… 、 、 、 、 、 、 … … 、 、 、 、 、 、 … 非重叠阅读 … 、 、 …
… 、 、 …
【设计意图：①学生在本章第二节“基因对性状的控制”的学习中，已经对镰刀型细胞贫血症有所了解，因而采用这个例子，学生不陌生，更容易得出结论。同时，这个例子也为下一章第一节“基因突变和基因重组”做了很好的铺垫。②通过比较两种阅读方式的结果，进而推出结论，不仅训练了学生的理性思维，也比直接告知学生结论，印象更为深刻。】
4、克里克的实验证据
（1）分析资料，理解克里克的实验
1961年，克里克与布雷纳合作，利用大肠杆菌的T4噬菌体做突变实验，研究某个基因中碱基发生增加或缺失，对其所编码的蛋白质的影响。
增加/删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→影响 （大/小）
增加/删除两个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→影响 （大/小） 增加/删除三个碱基，合成具有正常功能的蛋白质→影响 （大/小）
（2）用“ABC ABC ABC ABC …”序列，类比分析克里克的实验
增加一个碱基 ABC AAB CAB CAB C… 增加两个碱基 ABC AAA BCA BCA BC… 增加三个碱基 ABC AAA ABC ABC ABC…
【设计意图：①克里克的实验证据不仅可以表明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸，还能表明遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式进行阅读，编码之间没有分隔符。可以讨论的东西太多了，有点混乱，所以只选“3个碱基编码1个氨基酸”这一点展开分析。 ②用“ABC ABC ABC ABC …”序列，类比分析克里克的实验，结果简单明了，同
时也训练了学生的类比分析能力。】
5、破译三：遗传密码的对应规则 （1）蛋白质体外合成实验
学生小组合作，自学以下实验资料，思考并讨论学案中的问题串。
实验步骤：
1）取20只试管，标号，往每只试管中分别加入一种用14C标记的氨基酸，如1号试管中加入标记的酪氨酸，2号试管中加入标记的丝氨酸等；
2）每只试管中均加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（UUUUU……）； 3）每只试管中均加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； 4）补充能量，保温使其合成新的蛋白质；
5）用三氯乙酸将蛋白质沉淀，并转移至滤纸片上，测定其放射性的有无或强度。 实验结果：
添加了放射性标记的苯丙氨酸体系中检测到合成的蛋白质有放射性，而其他氨基酸均没有这种效应。
思考与讨论：
1）本实验的自变量是什么？起什么作用？
2）加入的多聚尿嘧啶核苷酸（UUUUU……）起什么作用？ 3）为什么细胞提取液中要除去DNA和mRNA？
4）除去了DNA和mRNA的细胞提取液能为翻译提供了哪些条件？ 5）根据实验结果，你可以得出什么结论？
（2）霍拉纳实验
举例，让学生进行简单推理，理解霍拉纳的实验设计。 实验序号
重复的mRNA序列 可能的密码子
多肽中氨基酸的组成 1 UCUCUCUCUCUC…
丝氨酸、亮氨酸 2 UUCUUCUUCUUC… 丝氨酸、亮氨酸、
苯丙氨酸 3 UUACUUACUUAC…
亮氨酸、亮氨酸、 苏氨酸、酪氨酸
（3）小结
师：利用这种方法，霍拉纳破译了很多遗传密码。同期，尼伦伯格等也找到了另外一种高效破译遗传密码的方法。直至1966年，64种遗传密码全部被破译，并有了第一张遗传密码子表。1968年，尼伦伯格由于“对遗传密码及其在蛋白质合成过程方面作用的解释”而与霍拉纳及霍利分享了诺贝尔生理学或医学奖。
【设计意图：1.课本对“蛋白质体外合成实验”进行了简化处理，而本节课则还原真实的实验步骤，更尊重科学史；2.小组合作，思考并讨论问题串，思维碰撞的同时，有助于学生理解实验内容；3.补充霍拉纳的实验内容，训练学生的科学思维。】
（三）总结历程，当堂检测
总结遗传密码的破译历程，并用希沃白板中的趣味游戏（几道判断题）来检测学生的掌握情况。
【设计意图：将检测用的判断题设置成了趣味游戏，PK赛的形式，更吸引学生。】
八、教后反思
1、本节课为遗传密码的破译历程，科学史中涉及的实验非常多，教师要对众多实验进行取舍，并对实验内容进行适当处理。比如克里克的实验证据，可以用来说明遗传密码的许多特点，但容易混乱且有一定难度，故而本节课就只用于验证遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸；再比如尼伦伯格的另一种破译方法，由于时间关系并没采用，而换成了容易推理的霍拉纳实验。
2、高一的学生，没有进行过实验专题训练，实验探究能力比较弱，因而本节课更偏向于科学思维的训练。反思：接下来要有意识地训练学生的实验探究能力。
3、本节课其实还设置了一题高考选择题（2019全国I.2）对全体学生进行评价，但在上课过程中忘了发送作业，最后只完成了游戏PK环节，评价没有涵盖全体学生。反思：以后备课要更充分！
4、科学史是进行情感、态度和价值观教育的良好素材。本节课由于时间关系，舍弃了“尼伦伯格事迹”这一教育环节，故而在情感教育这一项上比较薄弱。反思：需更加充分备课，思考如何在各个环节、各个实验中渗透情感教育。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
