4.3_遗传密码的破译

遗传密码的破译（选学）●从容说课本节的主要内容是遗传密码的破译过程。

自从“一基因一酶”学说建立（1941年）以后，人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。

“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20世纪50年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

早在遗传物质的化学本质尚未确定之前，1944年理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。

这种连续体的精确性组成了遗传密码。

他认为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。

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor 对破译密码首先提出了挑战，他用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。

但人们不禁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？1957年Brenner.S发表理论文章，他通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不存在氨基酸的邻位限制作用，从而在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。

而克里克在1961年第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。

同一年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译了第一个遗传密码。

后来尼伦伯格和他的小组采用了一把钥匙开一把锁的思路，一举破译了全部的密码。

遗传密码的破译是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。

遗传密码的破译，测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。

本节内容实际上是对科学史的介绍，但其实际目的是让学生学习其中蕴含的科学研究方法，学习这些科学家的那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思，开拓学生的思维方式，培养学生具有科学家的思维素养。

4.3 遗传密码的破译（选学）一、教学目标1.知识目标：（1）说出遗传密码的阅读方式；（2）说出遗传密码的破译过程。

2.能力目标：（1）运用已有的知识和经验提出假说；（2）运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论；（3）尝试设计破译遗传密码的实验；（4）能够在今后的学习过程中合理运用科学研究的一般方法。

3.情感目标:(1)体验遗传密码破译的过程，感受科学知识发现过程的艰辛和漫长；(2)对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩；(3)认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。

二、教学的重点和难点重点：遗传密码的破译过程；难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

三、对课程内容和学生的分析：1.教材分析：本节是人教版高中生物必修2《遗传与进化》第4章《基因表达》第3节的内容，在教材中属于选学内容。

是为了满足学生多样化的需求而设计的；面向基础较好、学有余力的学生；同时该内容蕴含丰富的生物科学史探究素材，适合学生进行探究性学习。

这节课的主要内容是遗传密码的破译过程，是本章第一节的重要补充。

而且遗传密码的特点是进一步理解基因突变的类型和基因工程部分的理论基础。

2.学情分析学生在本章第1节中已经学习了遗传密码，对遗传密码的位置、组成和作用有了清楚的认识，为学生进一步认识和理解遗传密码的破译创造了条件。

学生对科学探究的一般过程的理解程度，将是学习蛋白质体外合成试验设计思想时遇到的最主要的影响因素。

学生在学习过程中除了采用个体学习的方法外，在问题面前可能会采取小组讨论的合作性方式进行讨论学习。

四、教学策略以再现遗传密码破译的生物科学史做为课堂教学活动的背景，以设置问题的方法引导学生学习，以解决问题为主线，采用个体学习与合作学习相结合的教学策略展开教学活动,同时也体现了假说演绎推理的方法。

主要教具：多媒体课件、黑板、粉笔。

课型：新授课课时：一课时五、教学过程:导言:在第一节我们学习了遗传密码，知道了mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫1个密码子，同时科学家将64个遗传密码子编制出一个密码子表（显示密码子表）。

第3节遗传密码的破译教学目标1．说出遗传密码的阅读方式2．说出遗传密码的破译过程，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1．研究背景什么是莫尔思电码呢？它是由美国画家和电报发明人发明的一套有“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，将书本中问题探讨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编码的信息，即密码和相应的译文。

对遗传密码来说最简单的破译方法就是将DNA顺序或mRNA顺序和多肽相比较。

但和一般的破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白质的顺序是已知的，未知的都是密码。

2．遗传密码的阅读方式的探索1954年科普作家伽莫夫在理论上尝试了遗传密码的解读，他设想：若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，而已知的天然氨基酸有20种，因此不可由一种碱基对应一种氨基酸若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完全正确的。

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？思考P74的问题：当图中的DNA的第3个碱基发生改变的时，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：一个如果密码子是重叠的，这一改变又将影响多少个氨基酸？生：三个当图中的DNA的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？生：将会影响后面所以的氨基酸如果插入两个碱基呢？生：也会影响后面所以的氨基酸如果插入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，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果插入2个，3个呢？生：如果插入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：如果插入2个碱基，影响4个氨基酸，多肽比原来正常多肽多2个氨基酸生：如果插入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3．遗传密码的验证（克里克实验）1957年，克里克设计了一个实验，有力的证明三联密码的真实性，他用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发现加入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，而加入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？结合书本74页有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解当插入1、2个碱基时，会对后面所以的氨基酸产生影响。

遗传密码的破译（选学）教学目标知识目标1.分析遗传密码破译的方法；2.概述遗传密码的特点。

情感目标1.通过再现遗传密码破译的科学史，体验类比推理对提出假说的重要性，体验假说的对实验设计的重要性；2.通过分析遗传密码破译的实验，体验实验设计思路及方法在生物学研究中的重要作用。

能力目标1.领悟假说演绎、类比推理等科学思维方法；2. 能通过分析实验过程和实验结果得出正确结论。

教学重点遗传密码的破译过程。

教学难点1.克里克T4噬菌体实验；2.尼伦伯格蛋白质体外合成实验；3.霍拉纳蛋白质体外合成实验教学过程教学流程简图：引入：提问：PPT上图中是谍战剧中常见的场景，猜测一下工作人员手中拿的是什么？请将电文译成英文。

• — — /• • • • / •/• — • / •/• —/ • — • / • /— — •/•/ — • /•/ • • • / • — • • / — — — /— • — • /• — / — /•/ — • • /（提供摩尔斯密码）讲解：要破译未知的电文，一般利用密码本把电文翻译成相应的译文。

在生物体的细胞内，也有类似的信息的转化，比如在基因的表达过程中碱基的序列转化成的氨基酸的序列，那相当于么电文的mRNA翻译成相应的译文氨基酸的序列最关键的是依靠什么？我们这节课学习的内容就是密码表的获得过程，即：遗传密码的破译。

遗传密码阅读方式之猜想：刚才翻译的电文，每个密码之间用斜线隔开，阅读时只需逐个翻译密码就可以了。

遗传密码的阅读方式是什么形式？1954年美国核物理学家、宇宙学家伽莫夫在1955-1956年提出“三联体”概念的密码设想: 核苷酸链上碱基的阅读是不重叠的，并且三个碱基决定一个氨基酸。

我们上节课学习翻译过程，确实是按照这种方式阅读的，但是在加莫夫时代得人们不禁要问在三联体中的每个碱基到底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？观察下图：当图中的DNA的第3个碱基发生改变的时，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码子是重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？最终还是利用实验对演绎推理进行求证。

德钝市安静阳光实验学校4.3 遗传密码的破译(选学) 每课一练（人教版必修2）1尼伦伯格和马太采用蛋白质体外合成的技术,用人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸合成多聚苯丙氨酸的肽链时,加入细胞液。

下列是合成过程中利用的细胞液成分,其中正确的是( )。

①ATP②酶③tRNA④苯丙氨酸⑤mRNA⑥DNA⑦rRNAA.①②③④⑦B.①②④⑤⑦C.②③④⑤⑥D.③④⑤⑥⑦解析:尼伦伯格和马太在使用细胞液时,除去了对合成蛋白质有影响的DNA和mRNA。

答案:A2遗传密码的阅读方式为( )。

A.重叠的B.非重叠的C.以任意3个碱基为1个阅读单位进行阅读D.以相邻的3个碱基为1个阅读单位即可答案:B3艾滋病病毒在逆转录酶的作用下,能形成DNA。

下列哪项是艾滋病病毒依据碱基互补配对原则进行的逆转录过程?( )模板AGCU AGCT AGCU AGCT产物答案:C4若细胞质中tRNA1(AUU)可转运氨基酸a,tRNA2(ACG)可转运氨基酸b,tRNA3(UAC)可转运氨基酸c,今以DNA中一条链……A—C—G—T—A—C—A—T—T……为模板合成蛋白质,该蛋白质基本组成单位的排列顺序可能为( )。

A.a—b—cB.c—b—aC.b—c—aD.b—a—c解析:DNA模板链……A—C—G—T—A—C—A—T—T……,其转录的信使RNA的密码子的排序顺序为UGC、AUG、UAA,对应的转运RNA依次为tRNA2(ACG)、tRNA3(UAC)、tRNA1(AUU),则该蛋白质基本组成单位的排列顺序是b—c—a。

答案:C一、选择题1蛋白质体外合成实验破译出的第一个密码子是哪一种氨基酸对应的?( )A.亮氨酸B.甘氨酸C.苯丙氨酸D.丙氨酸答案:C2下列关于RNA的叙述错误的是( )。

A.有些生物中的RNA具有催化功能B.转运RNA上的碱基只有三个C.mRNA与tRNA在核糖体上发生配对D.RNA也可以作为某些生物的遗传物质解析:tRNA是运载氨基酸的工具,是RNA中的一种,与其他种类RNA一样,是单链结构,属于生物大分子,并非只有三个碱基,tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状,它的平面形状如三叶草的叶,其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对,称为反密码子。