高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译（选学）》优质教案

1、.第3节 ?遗传密码的破译?应城市第二高级中学 张亚军教学目的:1 说出遗传密码的阅读方式2 说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验推断，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验教学重点:遗传密码的破译过程，引导学生感受这种思维过程并产生与科学家的思维共鸣教学难点:1 克里克的T4噬菌体实验2 尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验课时安排1课时教学过程:导入:生活中到处都是密码,正确的解读密码有时是非常有用的,如:二战中因图灵创造了密码破译机而有效的获取敌方军情 ,从而彻底的改变战争的形势.研究背景: 1944年，理论物理学家薛定谔发表大胆地预言：染色体是由一些同分异构的单体连续

2、所组成。这种连续体的准确性组成了遗传密码。同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“· 、“，通过排列组合来储存遗传信息。 什么是莫尔思电码呢？它是由美国画家和电报创造人创造的一套有“点和“划构成的系统，通过“点和“划间隔的不同顺序来表达不同的英文字母、数字、和标点符号。请根据莫尔思电码表，将书本中问题讨论中的那段电文译成英文。学生：where are genes located学生：基因位于DNA上要破译一个未知的密码，一般的思路就是比较信息，即密码和译文。和一般的破译密码不同的是，遗传密码是全然未知的。遗传密码的“· 、“是什么?怎么方式储存遗传信息?195

3、3年沃森和克里克建立DNA双螺旋模型，给予科学家们很大的鼓励。破译遗传密码成了势在必行的工作。 1944年，薛定谔在遗传物质的化学本质是尚未明确，十年后DNA双螺旋模型才得以建立的背景下：将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码，实在是一种超越时代的远见卓识。 对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA顺序和蛋白质多肽链相比较。DNA、mRNA 4种碱基蛋白质的氨基酸 20种四种碱基20种氨基酸蛋白质的呢？此处:加强学生讨论探究1 遗传密码的阅读方式的探究1954年科普作家伽莫夫在理论上尝试了遗传密码的解读 伽莫夫是用数学的排列组合的方法在理论上作出推测的，后来的实验证实这一推测是

4、完全正确的。他设想：假设一种碱基与一种氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而的天然氨基酸有20种，因此不可由一种碱基对应一种氨基酸,假设2个碱基与一种氨基酸对应的话4种碱基共有16种不同的排列组合，也缺乏以编码20种氨基酸,因此他认为3个碱基编码一种氨基酸就可以解决问题。4个碱基与一种氨基酸对应的话就会产生256种排列组合。相比较而言。只有三联体较为符合20种氨基酸 此处:加强学生讨论探究接下来，人们不禁要问在三联体中的每个碱基只读一次还是重复阅读呢？以重叠阅读和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同？学生互动:用四种颜色的磁铁代替4中碱基来替代一段碱基序列GGTTCGCACGCT 当图中

5、的DNA的第3个碱基发生改变的时，假如密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：一个假如密码子是重叠的，这一改变又将影响多少个氨基酸？生：三个1957年布伦纳Brenner.S从理论上对蛋白质的氨基酸顺序分析：指出不存在氨基酸的邻位限制作用。否认了遗传密码重叠阅读的可能性。遗传密码真的是以3个碱基为一组吗?遗传密码的阅读方式终究是重叠的还是非重叠的?密码之间是否有分隔符?解答这些问题不能只靠理论推导,必须拿出实验证据2 遗传密码的验证克里克实验 1961年，克里克和他的同事设计了一个实验，他们用T4噬菌体染色体上的一个基因通过原黄素处理可以使DNA脱落和插入单个碱基，通过这样的方法他们

6、发现参加或减少一个或两个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常的蛋白质，而参加或减少三个碱基却可以合成正常的蛋白质，为什么会这样呢？ 当图中的DNA的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，假如密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：将会影响后面所有的氨基酸假如插入两个碱基呢？生：也会影响后面所有的氨基酸假如插入3个碱基呢？生：将会在原氨基酸的序列中多一个氨基酸当图中的DNA的的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，假如密码子是重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？假如插入2个，3个呢？生：假如插入1个碱基，影响3个氨基酸，多肽比原来正常多肽多1个氨基酸生：假如插入2个碱基，影响4个氨基酸，多肽比

7、原来正常多肽多2个氨基酸生：假如插入3个碱基，影响5个氨基酸，多肽比原来正常多肽多3个氨基酸类比分析：几个碱基编码一个氨基酸？原句中每个单词都有3个字母组成，7个单词连成一句 THE FAT CAT ATE THE BIG RAT在原第2个单词中插入一个字母R。 THE FA R /TCA TAT ETH EBI GRA T在原第2个单词中插入二个字母R。 THE FAR /RTC ATA TET HEB IGR AT在原第2个单词中插入三个字母。 THE FAR /ROT / CAT ATE THE BIG RAT当插入1、2个碱基时，会对后面所以的氨基酸产生影响。当插入3个碱基时，那么可能

8、对部分的氨基酸有影响，所以有可能合成正常功能的蛋白质结论：遗传密码中 3个 碱基编码一个氨基酸遗传密码从一个固定的起点开场,以 非重叠 的方式阅读，编码之间 没有 分隔符 同年,马太和尼伦伯格和克里克的方法和思路完全不同，他们采用的体外合成蛋白质的技术, 对遗传密码对应的规那么发起了挑战3 遗传密码对应规那么的发现 1961年，尼伦伯格和马太利用破碎的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，破译了第一个遗传密码。 假如是你，如何设计实验破译遗传密码？（1） 去原细胞中模板：每只试管中参加除去DNA和mRNA细胞提取液。 在细胞提取液中含有核糖体、ATP及各种成分的完

9、好系统（2） 加人工合成的模版:每只试管中参加参加多聚尿嘧啶核苷酸代替天然的mRNA（3） 加材料:每只试管中参加一种氨基酸发现合成了单一的多肽，既多聚苯丙氨酸。这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，也说明UUU是苯丙氨酸的密码子。 这一结果证实了无细胞系统的成功，同时还说明UUU是苯丙氨酸的密码子，这是第一个遗传密码子被破译。 在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子。完毕语: 我们注意到整个破译过程有薛定谔大胆的想象，伽莫夫的睿智的逻辑思维推理，克里克及尼伦伯格敏锐的创新性实验；他们的奉献不仅仅是对遗传密码的破译，更重要的是对生物研究方法上开启了新的思维方式。 归结起来：大胆、睿智、敏锐和创新是科学家的重要素养。