第3节 遗传密码的破译(选学)
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第四章《基因的表达》
第三节 遗传密码的破译
（选学）
导入新课
（情景导入）
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。
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
3、科学实验
3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验
思考与 讨论
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_1___个氨基 酸,如果是重叠的又将影响 __3___个氨基酸。
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__3__ 个氨基酸,如果密码是重叠的,又 将影响__3___个氨基酸。
学生活动
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，在决定的第二个氣基酸后面会插入 一个新的氨基酸，后面被决定的氣基酸都 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u。
如果是你，如何设计实验破译遗传密码？
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。
3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
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。
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。
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。
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。
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。
深入探究
伽莫夫指出的三个碱基编码一个 氨基酸正确吗？阅读方式究竟是 重叠还是非重叠的？密码之间是 否有分隔符？
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
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？
2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应关系
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”。
问题探究
科学家为什么要研究遗传密码的 阋读方式呢？因为，即使是同一个碱 基序列，不同的阋读方式解读出来的 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 阋读方式来阋读下列碱基序列，看看 结果有何区别？
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。
1. 遗传密 码阅读方 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，阋读的时候只 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个阋读单位，依次阋读。 但是， 从理论上来说，还有一种阋读方式是重 叠的阋读方式。
为什么会产生这样的现象呢？ 请分析找出原因
Biblioteka Baidu
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
第三节 遗传密码的破译
（选学）
导入新课
（情景导入）
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。
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
3、科学实验
3.3霍拉纳的 RNA重复序 列翻译实验
思考与 讨论
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_1___个氨基 酸,如果是重叠的又将影响 __3___个氨基酸。
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__3__ 个氨基酸,如果密码是重叠的,又 将影响__3___个氨基酸。
学生活动
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，在决定的第二个氣基酸后面会插入 一个新的氨基酸，后面被决定的氣基酸都 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u。
如果是你，如何设计实验破译遗传密码？
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。
3.2 尼伦伯格 和马太的大 肠杆菌实验
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。
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。
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。
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。
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。
深入探究
伽莫夫指出的三个碱基编码一个 氨基酸正确吗？阅读方式究竟是 重叠还是非重叠的？密码之间是 否有分隔符？
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
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？
2、从数学 角度认识碱 基与氨基酸 的对应关系
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”。
问题探究
科学家为什么要研究遗传密码的 阋读方式呢？因为，即使是同一个碱 基序列，不同的阋读方式解读出来的 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 阋读方式来阋读下列碱基序列，看看 结果有何区别？
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。
1. 遗传密 码阅读方 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，阋读的时候只 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个阋读单位，依次阋读。 但是， 从理论上来说，还有一种阋读方式是重 叠的阋读方式。
为什么会产生这样的现象呢？ 请分析找出原因
Biblioteka Baidu
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