第3节 遗传密码的破译（选学）教案
教学目标
1、说出遗传密码的阅读方式。
2、说出遗传密码的破译过程。
教学重点：遗传密码的破译过程。
教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。
教学方法：直观教学法。
教学过程
导入：1944年奥地利物理学家薛定谔就在他的《生命是什么》一书中，最早提出了遗传密码的设想。他猜想染色体中的有机单体严格、精确地排列，构成了遗传密码。遗传密码决定了生物的遗传性状。这个大胆的猜想，吸引了一批优秀的科学家投身到生命科学的研究中，去破译遗传密码。
[问题探讨]展示教材P73莫尔斯密码表及相关问题，学生回答：译成英文为：Where are genes located. 用莫尔斯密码回答为—··/—·/·基因位于DNA上。
自1953年DNA双螺旋结构模型提出以后，科学家就围绕遗传密码的破译展开了全方位的探索。
一、遗传密码的阅读方式
1954年科普作家伽莫夫对破译密码首先提出了挑战。他设想：若一种碱基与一个氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知天然的氨基酸有20种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸；若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42＝16种，也不足以编码20种氨基酸；因此他认为3个碱基，编码一种氨基酸。伽莫夫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完全正确的。
接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？呈现教材P74图片。
[思考与讨论]1、学生回答：如密码子是非重叠的可能影响1个氨基酸，如是重叠的，可能影响3个氨基酸。2、学生回答：插入1个A，非重叠将会影响后面所有的氨基酸。插入2个碱基，非重叠则影响后面所有的氨基酸。插入3个碱基，非重叠将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸；插入1个A，重叠将会影响3个氨基酸，多肽比原来正常多肽多1个氨基酸。插入2个碱基，重叠则影响4个氨基酸。多肽比原来正常多肽多2个氨基酸。插入3个碱基，重叠则影响5个氨基酸，多肽比原来正常多肽多3个氨基酸。
遗传密码真的是以3个碱基为一组吗？阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的？必须拿出实验证据。
二、克里克的实验证据
学生阅读教材P74相关内容，结合有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解，进行类比分析。克里克对遗传密码提出了4个特点：⑴3个碱基一组，编码一个氨基酸。⑵密码是不重叠的。⑶碱基的顺序是从固定起点解读的。⑷密码是简并的，即某个特定的氨基酸可以由几个碱基三联体来编码。
三、遗传密码对应规则的发现
如何找出64种密码子到底对应哪种氨基酸呢？
呈现教材P75蛋白质体外合成的实验示意图，结合下列问题讲解：
1、尼伦伯格和马太的实验巧妙之处是什么？
2、为什么要除去细胞提取液中的DNA和RNA？
3、如果你是尼伦伯格或马太，你准备如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？
4、你能想到其他的密码如何破译吗？
在以后的六七年里，科学家沿着蛋白质体外合成的思路，不断地改进实验方法，破译了全部的密码子，并编制出了密码子表。
（三）总结
教材中安排了蛋白质体外合成的实验示意图，意在帮助学生理解这个实验的设计思路。作为示意图，它只画出了4种氨基酸。实际实验中，测试的是组成蛋白质的20种氨基酸。在这20种氨基酸中，只有加入了苯丙氨酸的试管才出现多聚苯丙氨酸的肽链。教材中的旁栏思考题意在让学生学会科学实验中对照组的设置。只有对照设置正确，实验结果才无懈可击。
在这个实验中，加入的多聚尿嘧啶核苷酸实际上起到了mRNA的作用，再结合克里克得出的3个碱基决定1个氨基酸的实验结论，苯丙氨酸对应的密码子就应是UUU。同理，如果分别加入多聚腺嘌呤核苷酸(polyA)、多聚胞嘧啶核苷酸(polyC)、多聚鸟嘌呤核苷酸(polyG)，在蛋白质体外合成系统中分别出现了多聚赖氨酸、多聚脯氨酸和多聚甘氨酸，则可推出与赖氨酸对应的密码子应是AAA，与脯氨酸对应的密码子应是CCC，与甘氨酸对应的密码子应是GGG。
板书设计
第3节遗传密码的破译（选学）
1944年薛定谔提出了遗传密码的设想
1954年伽莫夫用数学的方法，推断3个碱基编码一个氨基酸
遗传密码的破译 1957年否定了遗传密码重叠阅读的可能性
1961年克里克 ( http: / / www.21cnjy.com )实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸 1961年尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码
1965年破译了全部的密码基因指导蛋白质的合成
一、 教学目标：
1.概述遗传信息的转录和翻译的过程。
2.运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。
二、教学重点和难点：
1.教学重点：
（1）了解基因控制蛋白质合成的中间物质──RNA的基本单位、化学组成和种类，以及它与DNA在组成、结构、功能和分布等方面的异同；
（2）理解基因表达的转录和翻译的概念及过程；
（3）比较转录和翻译的异同；
（4）认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；
（5）计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系。
2.教学重难点：
（1）理解基因表达的转录和翻译的概念和过程
（2）认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；
（3）计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系，以图解方法解决。
三、教学方法：
创设问题情境，结合教材有关转录和翻译的图解、各种对比表及flash动画演示，化抽象为具体，达到形象和直观的教学效果。
四、课时安排：
2 课时
五、教学实施的程序
教学内容 教师的组织和引导 学生活动 教学意图
问 题探 讨 引入课题：基因指导蛋白质的合成
遗传信息的转录 遗传信息的翻译
问题探讨与蛋白质合成有关的计算 第1课时播放5分钟《侏罗纪公园》电影。 提问：电影中的科学家是怎么使已灭绝的动 ( http: / / www.21cnjy.com )物复活的？
如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？
教师引导：基因(DNA)就像一张蓝图，生物体就是根据这张蓝图用蛋白质构建起来的。要解决这个问题，我们还需要研究“基因的表达”。
提出问题：基因是如何指导蛋白质合成的？ ( http: / / www.21cnjy.com )
问题情境：基因（DNA）在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质的核糖体上进行的，在细胞核的基因如何控制在细胞质中的蛋白质的合成呢？
教师指出：在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质能够作为传达DNA信息的信使，科学家发现此物质就是RNA。
问题情境：RNA又是如何解读DNA的信息呢？
解决问题的途径：
1.看图并列表比较：两种核酸（DNA和RNA）在化学元素、基本单位、化学组成、结构、功能和分布等方面的区别2.看图了解：三种RNA的结构及功能。
3 ( http: / / www.21cnjy.com ). 图示P63图4-4以DNA为模板转录RNA的图解。利用视频：显示转录过程。讲解DNA→mRNA的转录过程。讲述：细胞中游离的核糖核苷酸与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下，依次连接，形成一个mRNA分子。设问：DNA的碱基与RNA的碱基如何互补配对？（强调A-U）转录与复制过程有何异同？小结：场所：细胞核； 模板 ( http: / / www.21cnjy.com )：DNA解旋，以其中一条链为模板；
原料：4种核糖核苷酸（A、U、C、G）；
条件：ATP、酶（RNA聚合酶）； 产物：单链的mRNA（信使RNA）。
练习巩固第2课时问题情境：
转录得到的RNA仍是碱基序 ( http: / / www.21cnjy.com )列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将信息翻译成蛋白质？
解决问题的途径：
1.学习遗传密码破译的推测过程。思考：mRNA的4种碱基如何决定2 ( http: / / www.21cnjy.com )0种氨基酸？
推理：1种碱基决定1种氨基酸？（不可能）
2个碱基决定1种氨基酸？（16种组合方式也不能决定20种氨基酸，不行。）
提出：mRNA上每3个相邻的碱基决定1个氨基酸。密码子：mRNA上三个相邻的碱基称 ( http: / / www.21cnjy.com )为一个密码子。
2.查密码子表，分析密码子的特点：
(1)一个密码子决定一个特定的氨基酸；(2)有的氨基酸可能有一个以上的密码子；(3)起始密码子、终止密码子。64种密码：61个编码控制20种氨基酸合成，另外3个（UAG、UAA、UGA）不编码任何氨基酸，而是合成蛋白质的终止信号又称终止密码。
3.再次比较三种RNA（特别是tRNA）的功能。反密码子：每个tRNA上的三个碱基，可以与m ( http: / / www.21cnjy.com )RNA上的密码子互补配对，有61种。
4.比较遗传信息、遗传密码和反密码子。
5.讲述图解、利用动画：显示翻译过程。讲述：核糖体与mRNA的结 ( http: / / www.21cnjy.com )合部位会形成2个tRNA的结合位点。第一个携带氨基酸的tRNA的碱基与mRNA的碱基互补配对，进入位点1。第二个携带氨基酸的tRNA的碱基与mRNA的碱基互补配对，进入位点2。两个氨基酸脱水缩合，第一个氨基酸通过肽键转移到位点2的tRNA上。核糖体沿着mRNA移动，位点1的tRNA离开核糖体，位点2的tRNA进入位点1，第三个携带氨基酸的tRNA的碱基与mRNA的碱基互补配对，进入位点2，继续肽链的合成，直到读取到mRNA的终止密码为止。一个mRNA分子可以与多个核糖体结合，同时进行多条肽链的合成。
肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱落离，经过盘曲和折叠等方式形成具有一定空间结构和功能的蛋白质分子。小结：场所：细胞质的核糖体； 模板：以mRNA为模板；
原料：20种氨基酸（由tRNA搬运）；条件：ATP、酶
产物：有一定氨基酸顺序的肽链。
列表比较：翻译与转录、复制过程的异同点。
问题探讨：
大家再来探讨恐龙能否复活的问题。（基因如何表达？基因表达需要什么条件？）
教师对本节内容进行总结：基因的表达过程是在细胞中 ( http: / / www.21cnjy.com )完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子和核糖体，线粒体等众多细胞器一道，完成遗传信息的转录和翻译过程。在组成蛋白质的肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的岗位，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。归纳遗传信息流动方向：
与蛋白质合成有关的计算：思考：DNA的碱基、mRNA的碱基与氨基酸个数的关系？例：一条多肽链中有氨基酸1 000个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使RNA的基因分子分别至少有碱基多少个？A.3 000个和3 000个 B.1 000个和3 000个 C.1 000个和4 000个 D.3 000个和6 000个小结：DNA的碱基数:mRNA的碱基数:蛋白质的氨基酸数= 6:3:1 学生观看学生讨论，回答。 学生可能会想到，需要使恐龙DNA上的基因表达出来，表现恐龙的特性。 学生思考：有中间物质传递信息。看图表分析比较核糖与脱氧核糖的区别，DNA与RNA的区别，通过图形和CAI课件的演示，认识遗传信息的转录过程。
学生思考 完成练习。 思考碱基与氨基酸的对应关系；学会查密码子表，并了解推算密码子的数量和种类的方法；通过看图和CAI演示，感受和认识遗传信息的翻译过程。 学生观看。学生跟随教师讲解，理解翻译的过程。 学生思考，回答。 进一步讨论、争论利用DNA能否复活恐龙，从理论上和实际情况两种可能性讨论，认识保护物种的意义。完成练习。 提出探究的问题，引起悬念，明确探究的目标。
通过问题的步步深入，学生推理分析，形成结论。 结合图解、讲述、CAI课件，认识转录的过程。
巩固知识。 通过讲述、绘制图解、分析密码子表、CAI动态演示，展示遗传信息的转录和翻译的动态过程。
利用表解，引导学生通过观察、思考、归纳获得知识。让学生从细胞水平和分子水平两个层面，整体认识基因表达的意义。知识归纳使学生通过解决问题，灵活运用知识。
六、教学反思
由于本节内容抽象复杂, 插图多, 涉及 ( http: / / www.21cnjy.com )的物质种类也比较多，应要求学生做好课前预习。教学中，在处理主干知识和侧枝内容的关系时，要做到合理分配时间，明确不同内容的教学要求。教师要注意将知识及时进行归纳、比较和总结。要让学生了解各个知识点间的内在关系，又要能简洁、清晰地概述转录和翻译的过程。教师在备课时，一定要仔细分辨并揣摩插图所表达的意思，并能将不同的插图内容与教学流程有机地结合起来。在对插图的处理上，还应分清主次和轻重。教材在呈现教学内容时，采用图文并茂的方式来揭示转录与翻译的动态过程。因此，教师不仅要利用插图达到形象和直观的教学效果，还应配合教材中的文字描述作深入浅出的讲解，使文字信息与图形信息结合起来，让学生感知到基因的表达是一个多层次的、动态的、相互协调和配合的过程。尽可能利用多媒体课件进行教学。多媒体课件可以形象、生动地反映基因表达的过程，这是纸质教材难以做到的。在运用多媒体教学时，教师应注意选择时机，以达到帮助学生化解难点，化抽象为形象的目的。不能整节课由多媒体取代，完全弃图不用，从而忽视了学生识图、辨图和分析释图的技能培养。本节教学需要师生之间有良好的互动基础，教师应设计运用好教材中的问题串，以利于将问题步步深入，营造出探求、推理和发现的科学研究氛围，诱导学生积极应答，参与讨论，使教学活动能够顺利推进。教师要注意教材结尾的一段文字，以此引导学生从不同层次上认识基因表达的意义。第2节 基因对性状的控制
一、教学目标
1. 知识方面
⑴1解释中心法则。
⑵举例说明基因与性状的关系。
二、教学重点和难点
1.教学重点
（1）中心法则。
（2）基因、蛋白质与性状的关系。
2.教学难点：基因、蛋白质与性状的关系。
三、教学方法：讨论法、演示法、阅读指导法
四、教学课时：1课时
五、教学过程
教学内容 教师组织和引导 学生活动 教学意图
问题探讨 〖提示〗1.水中的叶比空气中的叶要狭小细长一些。2.这两种形态的叶，其细胞的基因组成应是一样的。3.为什么叶片细胞的基因组成相同，而叶片却表现出明显不同的形态？ 阅读思考回答 引入新课
一、中心法则的提出及其发展 引导学生阅读资料分析〖提示〗1.没有。实验证据指出了原有的中心法则所没有包含的遗传信息的可能传递途径，是对原有中心法则的补充而非否定。2.遗传信息从RNA流向DNA、从RNA流向RNA的结论是确信无疑的，而从蛋白质流向蛋白质的途径是有可能存在的。 阅读思考回答 学懂中心法则
二．基因、蛋白质和性状的关系旁栏思考题批判性思维技能训练 引导学生阅读，得出结论。（基因控制性状是通过控制蛋白质合成 ( http: / / www.21cnjy.com )来实现的，这里要注意充分运用两类遗传现象的实例来说明。一类是类似豌豆的圆粒与皱粒、白化病和侏儒症等实例，说明基因通过控制酶或激素的合成来控制细胞代谢过程，从而控制生物性状；另一类是类似囊性纤维病、镰刀型贫血症等实例，说明基因通过控制结构蛋白的合成，从而直接控制性状。以上分析综合如下图。由此可见，基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的。）（1）基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，如白化病等。（2）基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如镰刀型细胞贫血等。 ( http: / / www.21cnjy.com )提示：此题旨在引导学生认识基因与生物的性 ( http: / / www.21cnjy.com )状并非简单的一一对应关系。（最后，教师再通过“人的身高”这一事例，说明在自然界中，不仅存在单基因对性状的控制，而且存在多基因对性状的控制，以及环境对性状的影响等。）提示：此题旨在引导学生客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成往往是内因（基因）与外因（环境因素等）相互作用的结果。1.提示：翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。2.基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。 阅读思考总结 学三者关系
作业 练习一二。
