第3节遗传密码的破译(选学)(20210206144438)
第3节 遗传密码的破译(选学).doc
第3节遗传密码的破译（选学）学习导航1.学习目标（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.学习建议（1）“克里克的实验”是比较深奥的知识,可采用与英文句子类比的方法，使复杂的问题更容易理解。
（2）遗传密码的破译过程是本节的主要内容，可通过比较分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路的差异,初步理解遗传密码的破译方法。
即克里克通过研究碱基的改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质，这种方法不需要理解蛋白质合成的过程，就能推断出密码子的总体特征，但不是直接证据，而且工作量大。
尼伦伯格通过建立蛋白质体外合成系统，直接破解了遗传密码的对应规则，这种方法快速、直接，但是这种方法的建立需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件。
自我测评一、选择题1.下列各项中，错误的是（）。
a.克里克t4噬菌体实验不能证明苯丙氨酸的密码子是uuub.克里克t4噬菌体实验表明遗传密码的阅读方式是非重叠的阅读方式c.尼伦伯格和马太的实验可以说明三个碱基决定一个氨基酸d.以上两个实验对遗传密码的破译都做出了贡献，促进了科学的发展2.某个真核细胞中的dna可以转录出mrna的个数是（）。
a.1b.2c.3d.多个3.下图为mrna的一段碱基序列，其中含有的遗传密码子有（）。
↓起点gguucgcacgcuua.1个b.2个c.3个d.4个4.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.在相关基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对b.在相关基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对c.在相关基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对d.在相关基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对5.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加以验证的科学家分别是（）。
a.克里克、伽莫夫b.克里克、沃森c.摩尔根、孟德尔d.伽莫夫、克里克6.尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技术进行的实验没有说明（）。
a.多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成b.尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链c.结合克里克的研究成果，得出与苯丙氨酸对应的密码子是uuud.细胞提取液中的遗传信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽链7.某信使rna上有1800个碱基，则该信使rna控制合成的多肽链上最多有多少个氨基酸？（）a.200b.300c.400d.6008.在遗传密码子的阅读方式验证实验中，克里克没有证明的是（）。
4.3 遗传密码的破译(选学)
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(选学)
1961-1962年，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验 ：
每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA 的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结
果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
思考：
1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRA？
细胞中原有的mRA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结 果；细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新
合成的mRNA也会干扰实验的结果，因些要除去。
2、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？
作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外， 其它所有成分都与实验组的试管相同。
1、非重叠的方式阅读 2、重叠的方式阅读
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？
将第三个碱基T变为A时，DNA转录形成的mRNA序列的变 化：
CCCCUAAAGGCCGGUUGGCCGGAA…….
非重叠阅读方式阅读结果： CCU AGC GUG CGA… 重叠阅读方式阅读结果：
4. 1969年科学家们破译了全部的密码。
课堂练习
密码非重叠阅读时，插入1、2个碱基,插入点后 面所有密码子都改变；插入3个碱基，在原来的密 码子序列中多出一个密码子，其余密码子不变。
重叠方式阅读：
未插入碱基时的阅读结果： CCA CAA AAG AGC GCG CGU GUG UGC GCG CGA…
插入一个碱基A时，阅读结果： CCA CAU AUA UAG AGC GCG CGU GUG UGC GCG…
高中生物必修二精品课件10：4.3 遗传密码的破译(选学)
3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种
观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽
4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链
实验结论： 苯丙氨酸的密码子——UUU
遗传密码的破译
1954年，伽莫夫用数学的方法推断： 3个碱基编码1个氨基酸 1961年，克里克第一个用T4噬菌体实验证明：
• 1961年12月30日，克里克等人在《自然》杂志发表了一篇题为 “蛋白质遗传密码的一般性质”的论文。说明了遗传密码具有 下列的一般性质：
1.mRNA上3个相邻的碱基成为三联体，又叫密码子。 2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读。 3.编码间没有分隔符。
哪几个碱基决定某一种氨基酸？ 尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验 实验原理：以人工合成的RNA作模板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系
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！
遗传密码对应规则的发现
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。
加以证明的科学家分别是（ D ）
A．克里克、伽莫夫
B．克里克、沃森式化
C．摩尔根、尼伦伯格 D．伽莫夫、克里克
巩固.提升
3、采用蛋白质体外合成的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 ( B ) A．无DNA和mRNA细胞的提取液 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
人教版高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译(选学)》 教案
第3节遗传密码的破译三维目标1.知识与技能（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，克里克的实验证据，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验。
2.过程与方法（1）感受和重温科学家的思维历程。
（2）类比的学习方法。
3.情感态度与价值观（1）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。
（2）认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。
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.尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。
教具准备多媒体演示课件课时安排1课时教学过程［情境创设］在第1节我们学习了有关基因指导蛋白质合成的过程，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，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？就是通过密码子。
（呈现密码子表）现在大家已经十分清楚了这些遗传密码，而当时是经过许多科学家艰辛的思考和探索，最后被几个年轻人的富有创新的实验才破译的，这个过程充满了思维的智慧。
那这些遗传密码是怎样被破译的呢？让我们重新重温一下这段科学史，追寻科学家探索的足迹，对我们的思维会有好的启迪作用的。
［师生互动］1.研究背景在孟德尔遗传规律于1900年被再次证实之后，许多科学家投入到遗传问题的研究上来，试图揭示基因的本质和作用原理。
“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。
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。
第三节 遗传密码的破译(选学)
《遗传密码的破译》参考课件1
3 基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_____ 3 个 个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影响______
氨基酸。
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
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。
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
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。
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
进一步分析上图:
3 个碱基对原有氨基酸序列影响最小。 减少___
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。
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 ：
第3节 遗传密码的破译（选学）
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
第3节遗传密码的破译(选学)
第3节遗传密码的破译（选学）问题探讨莫尔斯密码是一种电报密码。
1.请你根据左侧提供的莫尔斯密码表，将下面用莫尔斯密码编写的问题译成英文，每个密码之间已用斜线分隔开。
•——/••••/•/•—•/•/•—/•—•/•/——•/•/—•/•/•••/•—••/—/———/—•—•/•—/•/—••/2.请用莫尔斯密码回答上面的问题。
3.如果没有左图，你能够根据用莫尔斯密码写成的句子及其对应的英文，破译莫尔斯密码，总结出左图这样的密码表吗？本节聚焦：•遗传密码是如何破译的？•遗传密码有哪些特点？遗传密码的破译是生物学史上一个伟大的里程碑。
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。
在伽莫夫（G. Gamov，1904—1968）提出3个碱基编码1个氨基酸的设想之后，科学家通过不断地推测与实验，最终找到了答案。
遗传密码的阅读方式回顾“问题探讨”中由莫尔斯密码写出的问题，其中每个密码之间都已用斜线分隔开，阅读时只需逐个翻译密码就可以了。
类推到遗传密码，如果3个碱基决定1个氨基酸，是不是也只需以3个碱基为1个阅读单位，依次阅读呢？从理论上分析，除了这种方式以外，还存在着另外一种阅读方式，即重叠的阅读方式（图4-10）科学家为什么要分析遗传密码的阅读方式呢？这是因为，即使是同一个碱基序列，不同的阅读方式解读出来的含义会完全不同。
要正确地理解遗传密码的含义，必须掌握密码的阅读方式。
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？如果插人2个、3个碱基呢？克里克的实验证据遗传密码真的是以3个碱基为一组吗？遗传密码的阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的？密码之间是否有分隔符？解答这些题，不能只靠理论推导，必须拿出实验证据。
第3节 遗传密码的破译(选学)
5.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？
在对照组的试管中，不加入多聚尿嘧啶核苷酸， 其它所有成分都与实验组的试管相同。
比较克里克与尼伦柏格和马太所采用的实验方法， 想一想这两种方法的主要思路有什么样的不同。
克里克的T4噬菌体实验
遗传密码对应规则的发现
思考：
1.实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是__作__为__模__板__m_R_N_A__ ___直__接__控__制__蛋__白__质__(_多__肽__)_合__成_____。
2.细胞提取液为该实验具体提供了_能__量__、__酶__、__核__糖__体__、_ __t_R_N_A_
CCUAGCGUGCGA 非重叠阅读方式阅读结果： CCU AGC GUG CGA…
重叠阅读方式阅读结果：
CCU CUA UAG AGC GCG CGU GUG UGC …
结果：改变DNA序列的一个碱基，密码以非重叠方式阅 读时，影响__1_个氨基酸，密码以重叠方式阅读时，影 响_3__个氨基酸。
M: — — N: — • O: — — — P: • — — • Q: — — • — R: • — •
S: • • • T: — U: • • — V: • • • — W: • — — X: — • • —
Y: — • — — Z: — — • • ?: • • — — • • /: — • • — • — : — • • • • —
通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗传 密码的性质。
尼伦柏格、马太体外蛋白质合成实验
建立体外蛋白质合成系统，直接破译遗传密码。
在接下来的六七年里，科学家破译出了全部的 密码子，并编制出了密码子表。
人教版高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译(选学)》优秀课件(21张)
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成 。2021/8/112021/8/112021/8/112021/8/118/11/2021
14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。2021年8月 11日星 期三2021/8/112021/8/112021/8/11
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。2021/8/112021/8/112021/8/112021/8/11
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。10:516.17.202110:516.17.202110:5110:51:196.17.202110:516.17.2021
THE FAR /RTC ATA TET HEB IGR AT
③在原第2个单词中插入三个字母。
THE FAR /ROT / CAT ATE THE BIG RAT
遗传密码子的验证（克里克的实验）
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,以非重叠 的 方式阅读，编码之间 没有 分隔符
高中生物《第四章 第三节 遗传密码的破译(选学)》课件3 新人教必修2
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。当尼伦伯格把人工 合成的全部由尿嘧啶组成的RNA加入蛋白质体 外合成系统后，得到的新合成的蛋白质只含 苯丙氨酸，结果说明UUU是编码苯丙氨酸的密 码子。这是第一个被破译的三联体密码。
• 1964年，尼伦伯格等找到了另外一种高效破译遗传密 码的方法。他们首先在体外合成全部64种三核苷酸分 子（即长度为3个碱基的RNA，如AGC、UCC、UGA 等等），同时制备20种氨基酸混合溶液，每种混合溶 液中分别含有一种用14C作放射性标记的氨基酸和其 他19种氨基酸。然后，向各混合溶液添加tRNA分子， 实验时，取某一种三核苷酸分子（如CGU）和核糖
3．ABO血型
由三个复等位基因决定，分别为IA、IB、 i，但IA与IB间表示共显性，它们对i都表现 为显性，所以，IA、IB、i之间可组成6种基 因型，但只显现4种表型。ABO血型系统的遗 传，符合孟德尔定律。
4．Rh血型与母子间不相容
Rh血型最初认为是由一对等位基因R和r 决定。RR和Rr为Rh＋，rr为 Rh－。现在知道 Rh血型由18个以上复等位基因决定的。
复多位基因
1．概念
复等位基因是指位于同一基因座位中，
一组等位基因的数目在两个以上，作用
类似，都影响同一器官的形状和性质，
有遗传上称复等位基因 a3，…就构成一个复等
，位如基A因→系a1列，。a2，对
这一复等位基因系列来讲，每一个体只
可能有其中的两个基因。
2．复等位基因的多态现象
在有一个复等位基因的系列中，可能有的 基因型数目取决于复等位基因的数目。计算公 式为：基因型数目＝n（n＋1）/2（n代表复等 位基因数目）。其中纯合体数＝n，杂合体数 ＝n（n－1）/2，复等位基因的多态现象，增 加了生物的多样性和适应性。