第3节.遗传密码的破译(修改版)
高一生物遗传密码的破译(2019年新版)
问题探讨
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？
研究的背景：
“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。
可胜数 养喜阳处者逆死” 尝从入上林 不害有子建 舜从匿空出 给餽饟 其言也善 ”高帝曰：“公罢矣 虽舜禹复生 一动一静者 天王除道 合葬长陵 隄繇不息 徒以婉佞贵幸 与魏惠王会杜平 楚自汉中 匈奴数侵盗北边 部乘众神於瑶光 建父不害无罪 以沛公为汉王 东巡狩 言“吾欲见
巨公” 曰：“崔 ”乃求得赵歇 吏治尚循谨甚 二岁中 其春 至余吾水上而还 於坛中央 占病 抑心而自彊； 归而林父曰：“臣为督将 汉王从之 河南上富人助贫人者籍 作黥布列传第三十一 帝年少 而燕用栗腹之谋 以赐吏卒劳苦者 祸之兴自爱姬殖 以故久不伐胡 夏后帝启 而厚送之
多言 魏置相 乃力战而死 徙燕王韩广为辽东王 罪及其宗 以相人说韩信曰：“仆尝受相人之术 长与户齐 取材用 秦称之 以衤复道故 士大夫亦久劳矣 而鬼神山川封禅与为多焉 大喜 下武信君 荒淫相越 欲地接以前通大夏 无後也 於是周公举康叔为周司寇 夫以秦之彊 上召贵掌 子周繇
立 孰为夫子 封破奴为浞野侯 攻齐昔阳 命曰横吉安 齐诸驺子 越王同姓 诏内後宫 夺其大臣园以为囿 妾欲言酒之有药 温舒击东越还 四十一年 其死未能半日也 亟勿服 恣欲自快 履舄交错 使其声足以乐而不流 不循其礼 贺 卒曰：“臣欺君 能也；次曰季札 惜其方不尽 请复战
第3节 遗传密码的破译
（1）在下列基因的改变中，合成出具有正常功能
蛋白质的可能性最大的是：（ C 碱基对 B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个 碱基对 C．在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个 碱基对 ） A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个
D．在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个
碱基对
练习:
（2）最早提出3个碱基编码一个氨基 酸的科学家和首次用实验的方法加以 证明的科学家分别是：（ D ）
遗传密码的阅读方式:
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《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。第三个碱基(T)发生改变时, 1 如果密码是非重叠的,这一改变将影响______ 3 个氨基酸,如果是重叠的又将影响________个 氨基酸。
克里克第一个用实验证明：遗传 密码中3个碱基编码1个氨基酸；同时 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。
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 ：
遗传密码对应规则的发现:
2、当图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个A 时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响多少 个氨基酸,如果是重叠的又将影响多少个氨基 酸?如果插入2个、3个碱基呢？
3 请比较分析下图:插入___个碱基对原有 氨基酸序列影响最小.
GGTTCGCACGCTTTGAGC 插 二 个 碱 基 GGTATC GCACGC TTTGAG C GGTAAT CGCACG CTTTGA GC GGTAAATCG CACGCTTTG AGC
第3节 遗传密码的破译(选学) (2)
4.3 遗传密码的破译（选学）预习案（课前自主学习）知识梳理1、遗传密码的阅读方式1954年科普作家伽莫夫对破译遗传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 个碱基编码一个氨基酸。
但是，3个碱基决定1个氨基酸，在这三个碱基中的每个碱基是只读一次还是重复阅读呢？以重叠方式和非重叠方式阅读DNA 序列会有什么不同呢？2.克里克的实验证据克里克以 为实验材料，研究其中某个基因的 对 的影响。
克里克发现，在相关碱基序列中增加或者删除 碱基，都不能产生正常功能的蛋白质；而当增加或者删除______个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
克里克是第一个用实验证明遗传密码中_________________的科学家。
其实验表明：遗传密码从________开始，以 的方式阅读，编码之间 分隔符。
3.遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太采用了 技术。
他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入 的细胞提取液，以及人工合成的 ，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了___________________实验结果说明： 导致了多聚苯丙氨酸的合成。
结合克里克得出的_________ 的实验结论，结果说明与苯丙氨酸对应的密码子应该是 。
探究案（课中小组合作探究）探究一 克里克的实验证据阅读课本74页图4-10，讨论下列问题：1. 当图中DNA 的第三个碱基T 发生改变时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？2.在图中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，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3个碱基呢？探究二遗传密码规则的发现1.阅读教材75页“遗传密码对应规则的发现”，思考并讨论：①实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？②尼伦伯格和马太的实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？③如果你是尼伦伯格或马太，你将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尼伦伯格和马太的实验巧妙之处是什么？⑤要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？2.比较克里克和尼伦伯格所采用的实验方法，这两种方法各有哪些优势和不足？总结整理1.请你构建本节知识框架图训练案（当堂检测）1.下列哪位科学家第一个用实验证明遗传密码中每相邻三个碱基编码一个氨基酸（）A．伽莫夫B．克里克C．尼伦伯格D．马太2.在一个DNA分子中如果插入了一个碱基对，则（）A．不能转录B．在转录时造成插入点以前的遗传密码改变C．不能翻译D．在转录时造成插入点以后的遗传密码改变3.A、C、G各表示核酸的一个基本单位,则“ACG”表示的一定不是（）A．基因B．密码子C．反密码子D．遗传信息4.如果DNA分子模板链上的TAA变成了TAC，那么相应的遗传密码将会（）A．由AUU变为AUG B．由UUA变为UACC．由AUG变为AUU D．由UAA变为UAC5.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．CTA6.在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋白质的可能性最大的是（）A.在相关的基因的的碱基序列中增加或删除一个碱基对B.在相关的基因的的碱基序列中增加或删除两个碱基对C.在相关的基因的的碱基序列中增加或删除三个碱基对D.在相关的基因的的碱基序列中增加或删除四个碱基对7.采用蛋白质体外合成技术揭示遗传密码实验中，改变下列哪项操作，即可测出全部的遗传密码与氨基酸的对应规则（）A.无DNA和mRNA的细胞提取液B.人工合成的多聚核苷酸C.加入的氨基酸种类和数量D.测定多肽链中氨基酸种类的方法8.继克里克的实验后，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。
《第4章 第3节 遗传密码的破译(选学)》教学设计教学反思-2023-2024学年高中生物人教版必
《遗传密码的破译(选学)》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识目标：学生能够理解并描述基因、密码子和终止子等基本概念。
2. 能力目标：学生能够通过实验分析，推断遗传密码的具体含义和作用。
3. 情感目标：培养学生的科学探索精神，提高团队协作和沟通能力。
二、教学重难点1. 教学重点：讲解遗传密码的基本概念和作用，通过实验分析破译遗传密码。
2. 教学难点：如何引导学生正确理解遗传密码的含义及其在生物体内的具体应用。
三、教学准备1. 准备相关的教学PPT和实验器材。
2. 安排学生进行小组实验，要求学生认真观察和分析实验结果。
3. 提前布置阅读相关文献的作业，以便在课堂中进行讨论和交流。
4. 准备一些相关视频和图片，以增加学生对遗传密码的感性认识。
四、教学过程：（一）导入新课1. 介绍密码子的概念。
引用一些关于基因工程、基因治疗、人类基因组计划等的研究实例，引导学生思考密码子的意义和重要性。
2. 引导学生回忆必修三单元的相关内容，对遗传学中的遗传信息和遗传密码有初步的认识。
（二）学习目标1. 了解密码子的概念。
2. 理解并掌握遗传密码的基本内容，包括种类、特征、影响等。
3. 理解并掌握遗传密码与生物多样性的关系。
（三）探究活动1. 学生分组讨论，尝试用自己的话解释密码子的概念和作用。
2. 通过小组合作，探讨不同物种中遗传密码的特点和差异性。
3. 分析遗传密码与生物多样性之间的关系。
（四）精讲点拨1. 详细讲解密码子的概念和作用，结合一些生动的案例，使学生更深入地理解密码子的意义。
2. 讲解遗传密码的基本内容，包括种类、特征、影响等，并引导学生思考遗传密码与生物多样性的关系。
3. 针对探究活动中的问题，进行重点讲解和引导，帮助学生深入理解遗传密码的内涵和意义。
（五）课堂小结1. 回顾本节课的主要内容，包括密码子的概念、遗传密码的基本内容、与生物多样性的关系等。
2. 强调遗传密码在生物科学中的重要性和应用前景。
补充--4.3遗传密码的破译
Байду номын сангаас 第一套密码子的诞生
• 1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四 种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系， 做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编 码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一 个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情 况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。 那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨 基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256 种氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有43=64这 种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能 满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能 保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过 程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷 酸决定一个氨基酸也是不可能的。
3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结 合：
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码的新方法，即tRNA与确定 密码子结合实验。该方法利用了如下事实:在缺乏蛋白质合成所需的因 子的条件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能与核糖体-mRNA复合物 结合。最重要的是这种结合并不一定需要长的mRNA分子，而三核苷 酸实际上就可以与核糖体结合。 例如，当polyU与核糖体混合时，仅有Phe-tRNA(苯丙氨酰-tRNA)与之 结合;相应地Pro-tRNA(脯氨酰-tRNA)特异地与polyC结合。还有GUU 可促进Val-tRNA(缬氨酰-tRNA)结合，UUG促进Leu-tRNA(亮氨酰tRNA)结合等。 虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可按设想的序列合成，但并不是全 部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合 并不象UUU或GUU等那样有效，以致不能确定它们是否能为特异的 氨基酸编码。
遗传密码的破译tc.ppt
C ━·━· P ·━ ━·
D ━·· Q ━ ━·━
E·
R ·━ ·
F ··━· S ···
G ━ ━· T ━
H ···· U ··━
I ··
V···━
J·━ ━ ━ W ·━ ━
K ━ ·━ X ━ ··━
L ·━·· Y ━·━ ━
遗传密码的特点：不间断性；不重叠性；简并性；通用性。
练习
（1）在下列基因的改变中，合成出具有正
常功能蛋白质的可能性最大的是：（ C ）
A．在相关的基因的碱基序列中删除或增 加一个碱基
B．在相关的基因的碱基序列中删除或增 加二个碱基
C．在相关的基因的碱基序列中删除或增 加三个碱基对
D．在相关的基因的碱基序列中删除或增 加四个碱基对
插一个碱基
GGT ATC GCA CGC TTT GAG C
插二个碱基
GGT AAT CGC ACG CTT TGA GC
插三个碱基
GGT AAA TCG CAC GCT TTG AGC
GGT TCG CAC GCT TTG AGC
减少三个碱基
GGT TCG CAC GCT TTG AGC GGT TGA GCT TTG AGC
the fat cat ate the big rat
插入一个字母r
the fat car tat eth ebi gra t
插入两个字母r
the fat car tar tet heb igr at
插入三个字母
the fat car tar toe the big rat
GGT TCG CAC GCT TTG AGC
GGTTCGCACGCT
第四章第三节遗传密码的破译
翠园中学生物组
3 请比较分析下图:增加或插入___个碱基对原有氨基 酸序列影响最小。
GGTTCGCACGCTTTGAGC 插入1个碱基： GGTATCGCACGCTTTGAGC
GGTAATCGCACGCTTTGAGC 插入2个碱基： 插入3个碱基： GGTAAATCGCACGCTTTGAGC
3、科学实验
3.2尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
上述方法只能破译AAA是 赖氨酸的密码子，CCC是 脯氨酸的密码子，GGG是 甘氨酸的密码子，UUU是 苯丙氨酸的密码子。只能 确定4种氨基酸的遗传密码， 所以密码子中肯定还有2种 或3种碱基组合的情况。
引入科学资料4
材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一 种新的RNA合成方法，通过这种方法合 3、科学实验 成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单 位的重复序列，例如:将A、C两种核苷 酸缩合为ACACACACAC……长链，以它作 人工信使进行蛋白质合成，结果发现产 3.3霍拉纳的 物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏 RNA重复序 氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC； 列翻译实验 同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也 可能是ACA。
·－ －/ ···· · ·－ · /· －· /－ / / /· －/· /· －· /－· /·· －·/－－－/－· /· /· /· ·/· · －· －/ －/· · /－·/
Where are genes located
－·/－· － · /· DNA
mRNA是怎样把其中的碱基序列转 化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？ mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应 的？
B
第3节 遗传密码的破译(选学) (3)
在相关碱基序列中增加或删除2个碱基，无 法产生正常功能的蛋白质；
在相关碱基序列中增加或删除3个碱基，却 合成了正常功能的蛋白质。
实验结论：
1.遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。 2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重 读的方式阅读，编码之间没有分隔符。
新课导入
旧知回顾
遗传密码 (genetic code): DNA（或mRNA）中核苷酸序列与蛋白质中氨基
酸序列之间的对应关系。 密码子(codon)：
mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨 基酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。
蛋白质合成体系的主要原料是20种氨基酸， 怎样使这些氨基酸正确而有序的连接起来，最重 要的一项工作就是破译信使RNA的密码子。
苯丙氨酸－－UUU。
四、遗传密码的特点
1.不间断性即连续性 mRNA的三联体密码是 连续不断的，相邻密码之间无核苷酸间隔。
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。不重叠性使 密码解读简单而准确无误而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，不过，在大肠杆菌噬菌体基因组中，确有部 分遗传密码是重叠的，这可以看做是一种例外。
课堂练习
1.组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子：
（ ）D
A.16
B.32
C.46
D.64
2.在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋白质
的可能性最大的是：（ C ）
A.在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对
B.在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对
C.在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对
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分析归纳，表达交流。 4、遗传密码 的特点 密码子具有连续性、简并性、通用性
小 结
今天，我们沿着科学家的足 迹，运用数学方法和科学实验探 究了“氨基酸和碱基之间的数量 关系”，获取了破译氨基酸密码 子的科学实验方法，在今后的学 习中我们要借鉴、创新及运用这 些方法来解决生物学问题。
第3节 ห้องสมุดไป่ตู้传密码的破译
破译了其他遗传密码 3、遗传密码的特点 连续性、简并性、通用性
5、课堂练习
（略）
6、作业布置
假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链 合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏 氨酸可能的密码子有哪些？如何运 用实验方法确证苏氨酸的密码子究 竟是什么？
提示：参考霍拉纳的设计方法。
3、科学实验
学生小组讨论、大胆设想、制定方案、 对比分析。
3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验
设想：再用类似的方法合成含有苏 氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模 板RNA上有ACA或CAC，即可确定。
方案：如合成（CAA）n长链，重复 上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天 冬酰胺和苏氨酸的多聚体。 将科学家和自己的实验结果对比分析， 即可确定ACA是苏氨酸的密码子， CAC是组氨酸的密码子。
1、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系
理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸
板 书 设 计
2、科学家破译遗传密码的过程 2.1克里克T4噬菌体实验
信使RNA上的每3个碱基决定一个氨基酸
2.2 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验 破译了遗传密码AAA、GGG、CCC、UUU
3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
提示：把THE FAT CAT ATE THE BIG RAT中的单词看作决定一个氨基酸的密 码子
3、科学实验
THE FAT CAT ATE THE BIG RAT
试着插入或删去其中的一个、两个、三 个字母，看后面的语意会有什么变化？
3.1 克里克T4 噬菌体实验
通过小组推演讨论，会发现只有插入或 删去其中的三个字母，后面的语意才不 变。究其原因为三个字母组成一个单词。
3、科学实验
3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验
材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一种 新的RNA合成方法，通过这种方法合成的 RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重 复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为 ACACACACAC……长链，以它作人工信使进 行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和 组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可 能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的 密码子可能是CAC，也可能是ACA。 如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是 ACA还是CAC呢？请设计实验证明。
3、科学实验
3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验
运用此类方法就可以破译其他氨 基酸的遗传密码。所有遗传密码 破译之后就等到了课本第65页的 密码子表。
请认真阅读密码子表，分析回答下列问 题，总结遗传密码的特点。
4、遗传密码 的特点
1、在mRNA上两个密码子之间有无核苷 酸隔开？ 2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以 上的密码子？ 3、密码子都决定氨基酸吗？ 4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌， 控制合成了人的胰岛素，说明什么？
学生通过数学运算、小组讨论、 推理猜想，即可确定“理论上应 该是三个碱基决定一个氨基酸”。 2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应关系
上述结论仅为数学推理，如何证 明呢？
引入科学资料2
3、科学实验
3.1 克里克T4 噬菌体实验
资料2：上世纪50～60年代，DNA分子结 构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌 体的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。 为什么会产生这样的现象呢？ 请分析找出原因
3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
3、科学实验
3.2尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
上述方法只能破译AAA是赖氨酸的 密码子，CCC是脯氨酸的密码子， GGG是甘氨酸的密码子，UUU是 苯丙氨酸的密码子。只能确定4种 氨基酸的遗传密码，所以密码子中 肯定还有2种或3种碱基组合的情况。
引入科学资料4
第3节.遗传密码的破译
四川省郫县第四中学 生物组
1、导入新课
（问题导入）
mRNA是怎样把其中的碱基 序列转化为蛋白质中相应氨基 酸排列次序的？mRNA的碱基与 氨基酸之间是如何对应的？
下面将通过同学们的探究 性学习活动，研究碱基与氨基 酸之间的对应关系。
2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应关系
提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。
3、科学实验
学生根据资料内容，分组讨论，大胆探 究，设计方案。 实验方案设计过程面临3个问题： 合成怎样的RNA作为模板？ 需要一组还是多组实验？ 氨基酸怎样加入？ 教师引导鼓励，学生思考探究、讨论争 辩，达成共识：用单核苷酸人工合成 RNA，分多个实验组，分别加入不同的 氨基酸，即可破译UUU-苯丙氨酸。
资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质 的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决 定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱 基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决 定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。
想一想，①如果2个相邻碱基决定一种氨 基酸呢？②如果3个相邻碱基决定一种氨 基酸呢？③由此分析你认为应该由多少 个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以 组合出构成蛋白质的20种氨基酸？
类比推理即可得知：“出现上述现象的 原因是，信使RNA上的每三个碱基决定 一个氨基酸”。
引入科学资料3
3、科学实验
3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大 肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利 用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的 实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白 质所需的各种成分。利用这个实验系统， 尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验， 破译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨 酸。 如果是你，如何设计实验破译遗传密码？