高中第3节 遗传密码的破译（选学）教案及反思

第四章  基因的表达

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