第3节 遗传密码的破译(选学)课件 新人教版必修1

分析归纳，表达交流。 密码子具有 4、遗传密码 的特点
连续性、简并性、 通用性、 不重叠性
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。
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。
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
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：(
5、课堂练习
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
6、拓展练习 假如，我们利用(UUC)n核苷酸长链 合成了含有丝氨酸的多肽，那么丝 氨酸可能的密码子是什么？如何运 用实验方法确证苏氨酸的密码子究 竟是什么？
第四章《基因的表达》
第三节 遗传密码的破译 （选学）
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？
1954年科普作家伽莫夫
1. 遗传密 码阅读方 式
(G.Gamor)对破译密码首先提 出了挑战。当年，他在《自然
用二个或三个、四个核苷酸构造重复共聚体来确 定密码子
提示：
重复顺序 (UC)n
可组成的三联 密码 UCU-CUC
(UUC); (UCU); (CUU)
多肽的氨基酸 组成 丝--亮
苯丙氨酸, 丝氨 酸, 亮氨酸
(UUC)n
(UUAC)n
(UUA-CUUACU-UAC)
亮- 亮-苏-酪
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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？
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。
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。如果是 (ACC) n可以吗？ 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。
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？
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。
接下来，人们不禁又
问题探究
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？以重叠和非 重叠方式阅读DNA序列会 有什么不同呢？
学生活动
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 1 的,这一改变将影响____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 3 非重叠的,这一改变将影响____ 个氨基酸,如果密码是重叠的,又 3 将影响_____个氨基酸。
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。
3.2 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
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
深入探究
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？
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