遗传密码子的破译教案
一、教学内容：遗传密码子的破译
二、教学目标：
1.知识与技能：
了解遗传密码子的定义，知道遗传密码子的破译过程。
掌握遗传密码子的内容，特性，特殊的密码子及其发现的意义。
2.过程与方法：
分析遗传密码子的发现过程及其特性，总结其规律。
3.情感、态度与价值观：
通过遗传密码子的破译的学习，培养学生的辩证思维能力和实验动手能力。 通过分析遗传密码子的破译意义，初步训练学生分析实际问题的能力。
三、学习者分析：
通过调查问卷的形式对学习者进行遗传密码子的破译的前概念的调查，通过分析调查结果发现大家对遗传密码子的认识很浅，只有1/2的学生知道遗传密码子的作用及其阅读方式，而只有1/5的知道起始密码子和终止密码子的个数和其是否编码氨基酸，基本上没人知道总共有多少个遗传密码子，因而在教学过程中应该注意在这些方面的教学。
四、教材分析：
遗传密码子是一节选学课，课程主要讲遗传密码子的探索发现过程，其探索过程主要通过实验的形式进行发现，对于没怎么进行实验的中学生来说有一定难度，前面课程已经学习了转录翻译过程，已经知道什么是密码子和密码子的作用，有一定的基础。
五、教学重难点：
1.教学重点：三个碱基决定一个氨基酸这一结论的探索过程。
2.教学难点：重叠阅读方式和非重叠阅读方式
六、教学用具与教学方法
1.教学准备：多媒体PPT
2.教学方法：
以讲授法为主，以讨论、探究、实验教学法为辅。
分组学习，问题讨论，激发思维，实施探究,分析归纳，总结梳理。
七、教学设计
教学安排：1课时
时间安排：用5-10分钟时间进行新课的导入，30-35分钟进行新课的展开，最后花5-10分钟进行课程总结。
1．课程的导入：
通过给同学几分钟时间让学生对应左图的莫尔斯密码表将书上给的那一段密码文字翻译出来，然后问“学生如果没有这个密码表，他们能译出来吗？再问那么密码表重要吗？”
“同学们那你们知道我们身体里也藏有一个密码表吗？知道它是什么吗？了解它吗？好，这节课我们就来学习这个我们身体里的密码子-----遗传密码子”
2．新课的展开：
我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。当年，他在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。
（一.）遗传密码子的阅读方式：
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？
响__1___个氨基酸,如果是重叠的又将影响___3__个氨基酸。
当图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个碱基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响__3___个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影响___3___个氨基酸。
（二．）遗传密码子的验证（克里克的实验）
1961年,克里克对T4噬菌体DNA上的一个基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。 通过这样的方法他们发现加入或减少1个和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。
为什么会这样呢？ 这只能解释为：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。 请比较分析下图:插入__3_个碱基对原有氨基酸序列影响最小.
原序列：GGTTCGCACGCTTTGAGC
插一个碱基GGTATCGCACGCTTTGAGC
插二个碱基GGTAATCGCACGCTTTGAGC
插三个碱基GGTAAATCGCACGCTTTG
进一步分析：减少_3__个碱基对原有氨基酸序列影响最小。
克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。这个实验还同时表明: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。
（三．）遗传密码对应规则的发现
1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei） 的实验 ：
这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！ 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，并编制出了密码子表。这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。
（四．）遗传密码子的性质：
1、不间断性
mRNA的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。所以若在某基因编码区(能指导蛋白质合成的区域)的DNA序列或mRNA中间插入或删除1~2个核苷酸,则其后的三联体组合方式都会改变,不能合成正常的蛋白质.
2、不重叠性
对于特定的三联体密码而言，其中的每个核苷酸都具有不重叠性。例如如果RNA分子UCAGACUGC的密码解读顺序为:UCA、GAC、UGC,则它不可以同时解读为:UCA、CAG、AGA、GAC„„等.不重叠性使密码解读简单而准确无误.并且,当一
个核苷酸被异常核苷酸取代时,不会在肽链中影响到多个氨基酸.
3、简并性
绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，这一现象称做简并性，编玛相同氨基酸的密码子称同义密码子。由于兼并性,某些DNA碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变。
4、通用性
除线粒体的个别密码外，生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间， 蛋白质合成机制及其mRNA都是可以互换的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然。
5、起始码与终止码 UAG、UAA、UGA为终止码，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止。AUG是甲硫氨酸的密码，同时又是起始密码。
九．板书：
遗传密码子的破译
一、什么是密码子？ 重复阅读框架
非重复的阅读框架
克里克的实验
尼伦伯格和马太的实验
四、遗传密码子的性质：不间断性，不重叠性，简并性，通用性
十．小结：
我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。
归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获奖时说的：一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。
十．课后作业题：
例1已知某tRNA一端的三个碱基序列是GAU，它转运的是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码子是下面哪个碱基序列转录来的？ （ ）
A、GAT B、GAU C、CUA D、CTA
解析：从转录、翻译逆行推理。tRNA的特定的三个碱基是GAU，那么根据碱基互补配对原则，决定此氨基酸的mRNA上的密码子是CUA。mRNA是由DNA转录
而来的，所以mRNA上CUA是由DNA上的GAT转录来的.
答案:A
例2揭示基因化学本质的表述是（ ）
A．基因是遗传物质的功能单位 B．基因是有遗传效应的DNA片段
C．基因是蕴含遗传信息的核苷酯序列 D．基因在染色体上呈线性排列 解析：考查基因的概念，从遗传学角度，基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；从细胞学角度，基因在染色体上呈线性排列；从分子学角度，基因是具有遗传效应的DNA片段，这也就揭示了基因的化学本质是DNA。 答案：B
例3、科学家已经证明密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
（1）据理论推测，mRNA上的三个相邻的碱基可以构成________种排列方式，实际上决定氨基酸的密码子共有________种。
（2）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子UUU。1959年，科学家M.Nireber和S.Ochoa用人工合成只含U的RNA为模版，在一定条件下合成只有苯丙氨酸组成的多肽，这里一定的条件应是________________________________________________。
（3）继上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相同排 列的mRNA为模版，检验一个密码子是否含有三个碱基。 如果密码子是连续翻译的：
①假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽中应由_______种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基，则该RNA指导合成的多肽链中应由________种氨基酸组成。
解析：（1）mRNA上碱基共有A、G、C、U四种，三个相邻的碱基构成一个密码子，根据数学原理应有43即64种。这其中有三种是终止密码子，实际上mRNA上决定氨基酸的
密码子共有61种。（2）这里一定的条件是指基因控制蛋白质合成的第二阶段既翻译阶
段所需条件。（3）C、U两种碱基相间排列，假如一个密码子中含有两个或四个碱基，
则密码子为CU或CUCU，决定一种氨基酸组成。②假如一个密码子中含有三个碱基，则密码子CUC、UCU，决定两种氨基酸组成。
答案：（1）43＝64 61 （2）tRNA、氨基酸、能量、酶、核糖体等
（3）① 1 ② 2