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视频标签：遗传密码的破译
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视频课题：人教版高中生物必修二4.3遗传密码的破译-安徽省优课
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遗传密码的破译
一、教材分析
“遗传密码的破译”虽然是选学内容，但是对密码子的深入探究，可以让学生不仅知其然还能知其所以然，使学生对遗传密码的认识更加完整和清晰。并且对后面学习基因突变也有帮助。 二、学情分析
学生通过本章第一节内容“基因指导蛋白质的合成”的学习，了解了翻译的过程，对密码子也有了初步认识。但是关于mRNA碱基序列和蛋白质的氨基酸序列之间的对应关系，只是停留在机械的记忆层面，但学生并不知道密码子表示怎么破译出来的，对此感到很好奇。 二、教学目标 1、 生命观念
结构与功能观、生命的信息观：阐明mRNA上的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列之间的对应关系 2、 科学思维
培养学生基于生物学事实和证据进行推理、分析的能力。 3、 科学探究
培养学生针对特定的生物学现象，进行观察、提问以及实验设计的能力。在探究过程中激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的团队合作精神。 4、 社会责任
体验科学家的探索历程，建立辩证的唯物主义观。 三、教学重难点 ·
1、 遗传密码的破译过程
2、尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验 四、设计思路
根据科学史中科学家破译遗传密码的关键点设计问题，环环相扣，引导学生逐步深入地思索、探究。 五、教学过程 教师活动
学生活动
活动目的
导入新课：由电报中密码的破译导入生物体内遗传密码的破译
思考问题1:你认为mRNA上几个碱基决定一个氨基酸？说说你的理由 已知：RNA含有4种碱基，构成蛋白质的氨基酸有20种 教师介绍：伽莫夫提出3个碱基编码1个氨基酸的设想 教师引导：如果3个碱基决定1个氨基酸，是不是以3个碱基为1个阅读单位，依次阅读呢？ 一、遗传密码的阅读方式 展示mRNA上的一段碱基序列：AUGCUA 思考问题2：按照非重叠的阅读方式可以读出几个密码子？
思考问题3：如果密码子间有重叠，最
思考问题1，并作答： 2个碱基-------16种碱基序列 3个碱基-------64种碱基序列 4个碱基-------256种碱基序列 根据碱基序列和20种氨基酸的对应关系，推知3个碱基决定一个氨基酸
思考并回答问题2：2个
AUG CUA 思考并回答问题3：4个
利用学生对破译电报密码的好奇，引起学生对破译遗传密码的兴趣
引导学生联系已有知识，解决新问题
引导学生观察、比较、分析
多能读出几个密码子？
思考问题4：改变这段mRNA序列中的第三个碱基（G）,如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？ 教师补充：科学家将单碱基改变引入TMVmRNA时，发现只是引起一个氨基酸改变，通过实验证明密码子是非重叠的。
展示无间隔：AUGCAGCCAACG
有间隔（密码子两侧会有一个或多个非翻译碱基）AUGZCAGZCCAZACGZ 思考问题5：如果在第二个碱基（U）后插入一个碱基C,这一改变将影响多少个氨基酸？
教师补充：科学家通过实验发现增加或删除一个碱基，会导致后面氨基酸序列全部改变，从而证明了密码子是无间隔阅读的。
思考与讨论问题6：
怎样通过改变碱基数目来证明密码子由三个碱基组成？
教师引导：AUG CAG CCA ACG
在第二个碱基（U）后插入三个碱基CCC 后变为AUC CCG CAG CCA ACG
教师补充：1961年克里克以T4噬菌体为实验材料，发现在相关碱基序列中增加或删除一个或两个碱基时，都无法产生正常功能的蛋白质，但是但增加或删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
二、遗传密码的对应规则
教师介绍：1961年两个年轻的科学家尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。 他们采用了蛋白质的体外合成技术 思考问题7：体外合成蛋白质需要具备哪些条件？
教师介绍：他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的mRNA：多聚尿嘧啶核苷酸
AUG UGC GCU CUA 学生写出改变后的序列，与原有序列进行比较
思考并回答问题4： 非重叠：影响1个氨基酸
重叠：影响多个氨基酸
思考并回答问题5： 学生写出改变后序列，与原有序列进行比较 无间隔：
AUC GCA GCC AAC 有间隔：
AUCGZ CAGZ CCAZ ACGZ 得出结论：从该位点起氨基酸序列全部改变
学生分组讨论、代表发言
思考并回答问题6： 学生写出改变后序列，与原有序列进行比较 AUG CAG CCA ACG
AUC CCG CAG CCA ACG 得出结论：增加或删除3个碱基后，仅该位点的氨基酸改变，之后的氨基酸序列不变
学生讨论，代表发言 思考并回答问题7：氨基酸、mRNA、核糖体、tRNA、能量
引导学生观察、比较、分析
引导学生进行思维迁移、提出解决问题的方案
联系已有知识，理解新的实验技术
思考问题8：为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？ 教师引导
：只有加入了苯丙氨酸的试管中出现了肽链（多聚苯丙氨酸），由此你能得出什么结论？ 教师总结：通过实验可知UUU是苯丙氨酸的密码子
思考问题9：经研究发现体外翻译可以从人工合成mRNA的任一点开始，据此推测多聚核苷酸（AAG）会翻译成几种肽链？
展示结果：多聚赖氨酸+多聚精氨酸+多聚谷氨酸
教师引导:怎样知道哪个是赖氨酸的密码子呢
资料：科学家发现，人工合成的三核苷酸可使相应的氨酰tRNA结合在核糖体上，形成复合物。
教师讲解：人工合成三种三核苷酸来分别模拟密码子：AAG、AGA、GAA，如果哪个是赖氨酸的密码子，就会引导赖氨酸-tRNA与核糖体形成复合物，否则就不能形成复合物。
教师引导：怎么检测复合物是否形成呢？
教师讲解：14C标记赖氨酸与tRNA结合形成带有放射性同位素标记的赖氨酸-tRNA，只有形成复合物才会黏附在膜上，检测出放射性。
教师引导：实验结果只有AAG那组检测出放射性，由此得出什么结论？ 通过上述方法，将64个密码子全部破译出来
展示密码子表
教师讲解：64个密码子中，有三个不编码氨基酸是终止密码子。61个编码氨基酸的密码子中有两个还具有起始翻译的作用。从表中可以看出绝大多数的氨基酸含有多个密码子，称为密码子的简并性。
课堂练习：
用体外实验的方法可合成多肽链。已知
思考并回答问题8： 细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果，细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果
学生讨论,代表发言 问题9：三种肽链
因为起点不同的情况下可以分别读出三种密码子：AAG、AGA、GAA
学生阅读资料并思考
思考、理解怎样利用新的技术进一步破译遗传密码
由实验结果得出相应的结论：AAG是赖氨酸的密码子
引导学生联系已有的转录和翻译知识，对实验结果进行分析
引导学生通过推理得出结论
引导学生阅读资料，获取新信息
引导学生对实验结果进行分析
检测学生本堂课的学习情况。
苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（）
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液 答案：③④⑤ 六、板书设计
遗传密码的破译
阅读方式 对应规则
人工合成的mRNA 肽链
UUUUUUUUU 多聚苯丙氨酸
替换一个 增加（或减少） 增加（或减少） 编码 碱基 一个碱基 三个碱基
AAGAAGAAG 三种肽链
改变一个 从该位点起AA 仅该位点AA改变， 人工合成三核苷酸： AAG 氨基酸 序列全部改变 其后AA序列不变 AGA GAA
非重叠 无间隔 三联体
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