遗传密码的破译第一一版

教学设计
教材分析
本课内容属于选学，由教师根据实际的教学进度等情况进行自主安排。

本节课主要阐述了遗传密码破译的过程，是对本章第一节“基因指导蛋白质的合成”的一个非常重要的补充。

第一节“基因指导蛋白质的合成”中虽然学习了遗传密码，但是，学生并不了解遗传密码到底是怎样被破译的，破译的过程和方法学生都不清楚，所以，学生通过本节课内容的学习，可以深刻地感受到破译过程的艰辛，并使学生通过这一研究过程学习其中蕴涵的科学研究方法——类比的研究方法。

在理解遗传密码的阅读方式时，有非重叠的阅读方式和重叠的阅读方式，到底是哪一种，我们是利用不同的阅读方式来阅读同一段DNA的碱基序列，然后通过实验证据，最后证明遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。

在学习“遗传密码对应规则”的时候，通过重现尼伦伯格和马太的实验，分析研究不同的氨基酸到底是由怎样的遗传密码来进行编码的，最终破译了第一个遗传密码，即苯丙氨酸对应的密码子应该是UUU。

后来，科学家沿着尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成的思路，不断地改进实验方法，终于破译出了全部的遗传密码，并在此基础上编制出了密码子表。

通过本课内容的学习，我们不仅要让学生掌握关于密码子的知识，知道密码子对应规则发现的历程，更要让学生学习科学家们在探索过程中的精神，以及科学的探索方法，做到学以致用，这才是我们真正要让学生理解和掌握的。

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。

3．理解类比的研究方法。

4．能够运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论。

内容提要
教学重点和难点
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。

课时安排
1课时
课前准备
1．教学过程中配套的学案
2．蛋白质体外合成的实验示意图
教学过程
导入新课
1．情境导入
莫尔斯密码，是由美国画家和电报发明人莫尔斯先生于1838年发明的一套由“点”和“划”构成的系统，通过“点”和“划”间隔的不同排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。

我们一起来看课本上的“问题探讨”，发现，要破译用莫尔斯密码编写的问题并把它译成英文，必须要根据教材中提供的莫尔斯密码表才行，这和我们的遗传密码编码氨基酸有着非常相似的地方。

2．复习导入
我们在学习第1节“基因指导蛋白质的合成”的时候，知道氨基酸是由密码子来进行编码的，而所谓的密码子，就是信使RNA上3个相邻的碱基。

为什么密码子是信使RNA上3个相邻的碱基呢？它是怎样被发现的呢？又是怎样被验证的呢？
今天，我们就来一起研究这个问题。

推进新课
学习目标一：遗传密码的阅读方式
[方法引导]
我们在利用莫尔斯密码表来写出问题的时候，其中每个密码子之间都是用斜线分隔开的，阅读的时候只要逐个翻译密码就可以了。

假如我们的遗传密码也可以用这种方法的话，那么，3个碱基决定1个氨基酸，只需要以3个碱基为1个阅读单位，依次阅读。

但是，从理论上来说，还有一种阅读方式是重叠的阅读方式。

科学家为什么要研究遗传密码的阅读方式呢？因为，即使是同一个碱基序列，不同的阅读方式解读出来的含义是完全不同的，所以要正确地理解遗传密码的含义，就必须掌握遗传密码的阅读方式。

现在，我们来看这样的例子。

思考：请同学们按照不同的遗传密码的阅读方式来阅读下列碱基序列，看看结果有何区别？
碱基序列：GGTTCGCACGCT
学生讨论回答。

点拨：以非重叠的阅读方式进行阅读，是按照GGT、TCG、CAC、GCT进行的，如果是按照重叠的阅读方式进行阅读，是按照GGT、GTT、TTC、TCG、CGC、GCA、CAC、ACG、CGC、GCT进行的，我们发现，两种不同的阅读方式，“阅读”出来的氨基酸的种类和数目都是不一样的。

所以，要正确地理解遗传密码的含义，就必须掌握遗传密码的阅读
方式。

再思考：假如在上面的碱基序列中的第3个碱基后面，再插入一个碱基(例如A)，按照两种不同的阅读方式，结果有何异同？如果插入3个碱基呢？
学生讨论回答。

点拨：按照非重叠的阅读方式进行阅读，除了前3个碱基决定的氨基酸不变外，后面的都要发生改变。

假如是按照重叠的方式进行阅读，除了决定的第一个氨基酸不变外，后面的所有被决定的氨基酸都会发生改变。

如果插入3个碱基，按照非重叠的方式进行阅读，在决定的第二个氨基酸后面会插入一个新的氨基酸，后面被决定的氨基酸都不发生改变。

假如按照重叠的方式进行阅读，第一个氨基酸不发生改变，后面会插入5个新的氨基酸，其后又不发生改变。

学习目标二：克里克的实验证据
[合作探究]
遗传密码的阅读到底是非重叠的阅读方式呢，还是以重叠的方式阅读的呢？遗传密码真的是以3个碱基为一组的吗？我们提出的这些疑问，仅仅靠理论推导是不行的，必须通过实验获得第一手资料作为证据，才有充分的说服力，才能得到人们的认可。

科学家克里克和他的同事们通过大量的实验工作，于1961年找到了让我们疑惑了很久的答案。

现在，让我来重现科学家克里克和他的同事们所做的实验。

实验重现：以T4噬菌体为实验材料，在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或者删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。

思考：为什么会出现这样的结果呢？
类比分析：参照教材中的例子，句中的每个单词都由3个字母组成，7个单词连成一句。

当第3个单词中插入字母R，仍然按照3个字母组成一个单词的阅读方式阅读，从插入处开始的所有单词都被改变。

若第3和第4个单词中分别插入字母R，从插入处开始的所有单词都被改变。

当第3、4、5个单词中都插入1个字母时，除了插入处的单词外，其他部分的单词都没有改变。

学生讨论。

点拨：氨基酸是由信使RNA上3个相邻的碱基形成的密码子来决定的。

实验可以证明：遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。

学习目标三：遗传密码对应规则的发现
1．遗传密码对应规则的发现
[方法引导]
通过科学家克里克和他的同事们所做的实验，我们可以得出遗传密码的总体特征，但是，
我们并不能够说明3个碱基对应的是哪一个氨基酸。

同样的，我们必须借助实验来破译由3个碱基排列成的1个密码子对应的氨基酸到底是哪一种。

就在科学家克里克和他的同事们完成他们的实验的同一年，有两个年轻人做了个实验，破译了第一个密码，这两个年轻人是尼伦伯格和马太。

让我们一起来看他们的实验。

实验重现：这是一个蛋白质在体外合成的技术。

他们在每支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RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结果，加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。

思考：(1)为什么要除去细胞提取液的DNA和mRNA?
(2)如果你是尼伦伯格或者马太，你将如何设计对照组实验，确保你的重大发现得到同行的认可？
(3)实验结果说明了什么？
学生讨论回答。

点拨：(1)假如不除去细胞提取液的DNA和mRNA，那么，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，因此需要除去细胞提取液中的DNA和mRNA。

(2)作为对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。

(3)实验结果说明：多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶核苷酸的碱基序列是由许多个尿嘧啶组成的(UUU……)，可见尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链。

结合克里克得出的3个碱基决定1个氨基酸的实验结论，与苯丙氨酸对应的密码子应该是UUU。

注意：教材中安排的蛋白质体外合成的实验示意图，旨在帮助学生进行理解这个实验的设计思路，因此，作为示意图，课本上只展示了4种氨基酸。

其实，在实际实验中，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了多聚苯丙氨酸组成的肽链。

2．对比克里克和尼伦伯格的实验
克里克用实验证明了遗传密码中的3个碱基编码1个氨基酸，而且，遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。

尼伦伯格和马太又破译了第一个遗传密码，此后，科学家又相继破译出了全部的遗传密码。

板书设计
本节课的内容虽然不是很多，但是具体内容比较抽象，比如说遗传密码的阅读方式，到底是非重叠的阅读方式，还是重叠的阅读方式，用实实在在的DNA碱基序列去探讨就显得容易得多，这样，学生也非常容易理解并且接受。

另外，“克里克的实验证据”这部分内容也并不容易理解，在这里，我们就可以运用类比的方法，对实例进行分析，再对实验进行分析，让学生真正理解这部分内容到底阐述了些什么，以此来帮助学生理解。

在处理“遗传密码对应规则的发现”这部分内容时，相对来说比较轻松，学生也能够理解这个实验说明的问题。

同时，学生对科学的探索也有了新的认识。

感谢您的阅读，祝您生活愉快。