第四章 基因的表达
第3节 遗传密码的破译（选学）教案
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。
教学重点：遗传密码的破译过程。
教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。
教学方法：直观教学法。
教学过程
导入：1944年奥地利物理学家薛定谔就在他的《生命是什么》一书中，最早提出了遗传密码的设想。他猜想染色体中的有机单体严格、精确地排列，构成了遗传密码。遗传密码决定了生物的遗传性状。这个大胆的猜想，吸引了一批优秀的科学家投身到生命科学的研究中，去破译遗传密码。
[问题探讨]展示教材P73莫尔斯密码表及相关问题，学生回答：译成英文为：Where are genes located. 用莫尔斯密码回答为—··/—·/·基因位于DNA上。
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。
一、遗传密码的阅读方式
1954年科普作家伽莫夫对破译密码首先提出了挑战。他设想：若一种碱基与一个氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知天然的氨基酸有20种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸；若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42＝16种，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。伽莫夫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，人们不禁又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？呈现教材P74图片。
[思考与讨论] 1、学生回答：如密码子是非重叠的可能影响1个氨基酸，如是重叠的，可能影响3个氨基酸。2、学生回答：插入1个A，非重叠将会影响后面所有的氨基酸。插入2个碱基，非重叠则影响后面所有的氨基酸。插入3个碱基，非重叠将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸；插入1个A，重叠将会影响3个氨基酸，多肽比原来正常多肽多1个氨基酸。插入2个碱基，重叠则影响4个氨基酸。多肽比原来正常多肽多2个氨基酸。插入3个碱基，重叠则影响5个氨基酸，多肽比原来正常多肽多3个氨基酸。
遗传密码真的是以3个碱基为一组吗？阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的？必须拿出实验证据。
二、克里克的实验证据
学生阅读教材P74相关内容，结合有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解，进行类比分析。克里克对遗传密码提出了4个特点：⑴3个碱基一组，编码一个氨基酸。⑵密码是不重叠的。⑶碱基的顺序是从固定起点解读的。⑷密码是简并的，即某个特定的氨基酸可以由几个碱基三联体来编码。
三、遗传密码对应规则的发现
如何找出64种密码子到底对应哪种氨基酸呢？
呈现教材P75蛋白质体外合成的实验示意图，结合下列问题讲解：
1、尼伦伯格和马太的实验巧妙之处是什么？]
2、为什么要除去细胞提取液中的DNA和RNA？
3、如果你是尼伦伯格或马太，你准备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、你能想到其他的密码如何破译吗？
在以后的六七年里，科学家沿着蛋白质体外合成的思路，不断地改进实验方法，破译了全部的密码子，并编制出了密码子表。
（三）总结
教材中安排了蛋白质体外合成的实验示意图，意在帮助学生理解这个实验的设计思路。作为示意图，它只画出了4种氨基酸。实际实验中，测试的是组成蛋白质的20种氨基酸。在这20种氨基酸中，只有加入了苯丙氨酸的试管才出现多聚苯丙氨酸的肽链。教材中的旁栏思考题意在让学生学会科学实验中对照组的设置。只有对照设置正确，实验结果才无懈可击。
在这个实验中，加入的多聚尿嘧啶核苷酸实际上起到了mRNA的作用，再结合克里克得出的3个碱基决定1个氨基酸的实验结论，苯丙氨酸对应的密码子就应是UUU。同理，如果分别加入多聚腺嘌呤核苷酸(polyA)、多聚胞嘧啶核苷酸(polyC)、多聚鸟嘌呤核苷酸(polyG)，在蛋白质体外合成系统中分别出现了多聚赖氨酸、多聚脯氨酸和多聚甘氨酸，则可推出与赖氨酸对应的密码子应是AAA，与脯氨酸对应的密码子应是CCC，与甘氨酸对应的密码子应是GGG。
板书设计
第3节遗传密码的破译（选学）
1944年薛定谔提出了遗传密码的设想
1954年伽莫夫用数学的方法，推断3个碱基编码一个氨基酸
遗传密码
的破译 1957年否定了遗传密码重叠阅读的可能性
1961年克里克实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸 1961年尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码
1965年破译了全部的密码
2013-2014学年高一生物下学期 第四章 第3节 遗传密码的破译（选学）教案2 新人教版
课 题
第四章第3节 遗传密码的破译（选学）
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
教学
方法
讲述与学生练习、讨论相结合
教
材
分
析
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
教具
实物投影仪，计算机
教
学
过
程
遗传密码的阅读方式
观察与思考
回顾“问题探讨”并参照课本74页图4-10以重叠和非重叠的方式阅读DNA序列，思考遗传密码的阅读方式？
归纳与总结
结论：
重叠和非重叠的方式阅读同一DNA序列其结果是________，并且产生的影响也是 ____________________________________
克里克的实验证据
以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响。
实验现象： 结论：
教
学
过
程
遗传密码对应规则的发现
尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验
思路：________________________________
要点：________________________________
结论：________________________________
典型例题：
例1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、CTA
解析：从转录、翻译逆行推理。tRNA的特定的三个碱基是GAU，那么根据碱基互补配对原则，决定此氨基酸的mRNA上的密码子是CUA。mRNA是由DNA转录而来的，所以mRNA上CUA是由DNA上的GAT转录来的.
答案:A
例2揭示基因化学本质的表述是（ ）
??? A．基因是遗传物质的功能单位????????? B．基因是有遗传效应的DNA片段
??? C．基因是蕴含遗传信息的核苷酯序列??? D．基因在染色体上呈线性排列
? 解析：考查基因的概念，从遗传学角度，基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；从细胞学角度，基因在染色体上呈线性排列；从分子学角度，基因是具有遗传效应的DNA片段，这也就揭示了基因的化学本质是DNA。
答案：B
例3、科学家已经证明密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
（1）据理论推测，mRNA上的三个相邻的碱基可以构成________种排列方式，实际上决定氨基酸的密码子共有________种。
（2）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子UUU。1959年，科学家M.Nireber和S.Ochoa用人工合成只含U的RNA为模版，在一定条件下合成只有苯丙氨酸组成的多肽，这里一定的条件应是________________________________________________。
（3）继上述实验后，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。如果密码子是连续翻译的：
①假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽中应由_______种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基，则该RNA指导合成的多肽链中应由________种氨基酸组成。
解析：（1）mRNA上碱基共有A、G、C、U四种，三个相邻的碱基构成一个密码子，根据数学原理应有43即64种。这其中有三种是终止密码子，实际上mRNA上决定氨基酸的
密码子共有61种。（2）这里一定的条件是指基因控制蛋白质合成的第二阶段既翻译阶
段所需条件。（3）C、U两种碱基相间排列，假如一个密码子中含有两个或四个碱基，
则密码子为CU或CUCU，决定一种氨基酸组成。②假如一个密码子中含有三个碱基，则密码子CUC、UCU，决定两种氨基酸组成。
答案：（1）43＝64 61 （2）tRNA、氨基酸、能量、酶、核糖体等
（3）① 1 ② 2
目标检测：
1、把小鼠的信使RNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白。这个事实说明（ ）
A．控制蛋白质合成的基因位于信使RNA上
B．小鼠的信使RNA能使大肠杆菌向小鼠转化
C．生物的遗传密码都相同
D．小鼠是信使RNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠DNA
2、在DNA分子上，转录形成甲硫氨酸（AUG）的密码子的三个碱基是（ ）
A、AUG B、TAC C、ATG D、UAC
3、控制合成蛋白质（含100个氨基酸）的基因中，含有的嘌呤碱基有（ ）
A、600个 B、300个 C、100个 D、不能确定
4、下列物质从结构层次看，从简单到复杂的顺序是（ ）
A、脱氧核苷酸→基因→染色体→DNA B、脱氧核苷酸→基因→DNA→染色体
C、基因→脱氧核苷酸→染色体→DNA D、基因→DNA→脱氧核苷酸→染色体
5.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为（ ）
A、na/6 B、na/3－18(n/3－1) C、na－18(n－1) D、na/6－18(n/6－1)
答案 1：C 2：B 3：B 4：B 5：D
6、科学工作者发现野猪某一个基因在于家猪的对应基因的某些片段不同，下表I是家猪和野猪的某个基因转录的两种不同的信使RNA分子片段（每个密码只写出前两个碱基）：
表I：UA UA UA UA UA UA 家猪 信使RNA
UU UU UU UC UC UC 野猪 信使RNA
表II： 密码子表（部分）
请根据表I、表II分析回答下列问题：
（1）野猪和家猪的信使RNA翻译成的蛋白质分子中可能存在的氨基酸的种数分别为 和 。
（2）比较上表密码子和氨基酸的关系可以作出哪些推断？
（3）在决定野猪信使RNA片段第一个密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的蛋白质吗？为什么？有何生物学意义？
答案：（1）3、1（2）一种氨基酸可以有几种不同的密码子决定，一种密码子只能决定一种氨基酸；个别密码子不能决定氨基酸（3）不一定。如UUU密码子决定的氨基酸是苯丙氨酸，决定该密码子的DNA碱基对是AAA//TTT，当发生变化成为AAG//TTC，AAG转录的密码子是UUC，翻译的仍然是苯丙氨酸。维持遗传性状的相对稳定。
作
业
教
学
后
记
课件25张PPT。第4章 基因的表达 第3节 遗传密码的破译人教版必修2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，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？ 历史的步伐1、1866年，孟德尔提出遗传定律。
2、1883年，科学家发现马蛔虫配中的染色体数目只有体细胞中的一半。
3、1890年，科学家确认了减数分裂产生配子。
4、1891年，科学家描述了减数分裂的全过程。
5、1902年，鲍维丰(T.Boveri)和1903年萨顿(W.Sutton)在研究减数分裂时，发现遗传因子的行为与染色体行为呈平行关系，提出染色体是遗传因子载体，可说是染色体遗传学说的初步论证。
6、1909年的约翰逊(W.Johannsen)称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”，并明确区别基因型和表型。
7、1909年，詹森斯 (F.A.Janssen)观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现象提供了基础。
8、1909年，摩尔根(T.H.Morgan,1866-1945)开始对果蝇迸行实验遗传学研究，发现了伴性遗传的规律。他和他的学生还发现了连锁、交换和不分离规律等。并进一步证明基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。 1926年摩尔根提出基因学说，发表《基因论》历史的步伐9、 20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。
10、1928年格里菲思的肺炎双球菌实验。
11、1940年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌的转化的实验。
12、1941年提出了一个基因一种酶的假说。一个基因一种酶假说暗示了基因的作用
是指导蛋白质分子的最后构型，从而决定其特异性。
13、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，遗传物质是一种信息分子，可能类似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。
14、1952年赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。确认DNA是遗传物质。
15、1953年，沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。
16、1957年提出一个中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，
进而流向蛋白质。
17、1958年科学家以大肠杆菌为实验材料，证实了DNA的半保留复制。
18、1961年克里克等证明了他于1958年提出的关于遗传三联密码的推测，1969年
Nirenberg 等解译出全部遗传密码。
19、60年代，阐明mRNA、tRNA 及核糖体的功能、蛋白质生物合成的过程。
研究的背景： 1941年比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum ）的工作则强有力地证明了基因突变引起了酶的改变，而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成，从而提出了一个基因一种酶的假说。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。他认为遗传物质是一种信息分子，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。 莫尔斯电报? : 短音 念作"滴（di）"??? — : 长音 念作"答（da）" 字码: A: ? — ???? B: — ? ? ? ?? C: — ? — ? ?? D: — ? ? ?? ? E: ? ?????? ?F: ? ? — ? ?? G: — — ? ?? H: ? ? ? ? ??? ?I: ? ? ???? ?J: ? — — — ?? ?K: — ? — ???? ?L: ? — ? ? M: — — ??? N: — ? ???? O: — — — ??? P: ? — — ? ??? Q: — — ? — ??? R: ? — ? S: ? ? ? ??? T: — ????? ?U: ? ? — ??? V: ? ? ? — ??? W: ? — — ???? X: — ? ? — Y: — ? — — ?? Z: — — ? ? ?? ??: ? ? — — ? ? ? /: — ? ? — ? ?? ? — : — ? ? ? ? — 数码(长码): 1: ? — — — — ? 2: ? ? — — — ? 3: ? ? ? — — ? 4: ? ? ? ? — ? 5: ? ? ? ? ? 6: — ? ? ? ? ? 7: — — ? ? ? ? 8: — — — ? ? ? 9: — — — — ? ? 0: — — — — — 研究的背景： 1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书，而当时遗传物质的化学本质是尚未明确的，十年后DNA双螺旋模型才得以建立，在这样的背景下能将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码形式，实在是一种超越时代的远见卓识。 到1953年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。 遗传密码的试拼与阅读方式的探索 对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA顺序和多肽相比较。但和一般破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白的顺序是已知的，未知的都是密码。1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解得越来越多。但是直到1969年前后经历了十多年时间，多位科学家的执着研究才破译了密码，其中最为重要的几项工作其思路之新颖、方法之精巧都闪烁着科学的智慧之光。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。他以著有《奇异王国的汤姆金斯》等优秀的科学幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他不是一位实验科学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。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 接下来，人们不禁又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？ 《思考与讨论》遗传密码的试拼与阅读方式的探索 遗传密码的试拼与阅读方式的探索 1957年Brenner.S发表了一篇令人兴奋的理论文章，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，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。同时人们也发现在镰刀形细胞贫血的例子中，血红蛋白中仅有一个氨基酸发生改变。 遗传密码的试拼与阅读方式的探索 很遗憾，伽莫夫也许是考虑到效率的问题，认为一个碱基可能被重复读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的，因此氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一的关系。 智者千虑，必有一失。很多著名的科学家也有过类似的失误。在资料较少的情况下，对未知的真理作出推断，难免会发生偏差，但瑕不掩瑜，人们对他们的那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神，巧妙的构思仍敬佩不已。 遗传密码子的验证（克里克的实验） 他们用T4噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄素处理，可以使DNA脱落或插入单个碱基，插入叫“加字”突变，脱落叫“减字”突变，无论加字和减字都可以引起移码突变。Crick小组用这种方法获得一系列的T4噬菌体“加字”和“减字”突变，再进行杂交来获得加入或减少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变。
通过这样的方法他们发现加入或减少一个和二个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质，为什么会这样呢？ 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 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！ 对比克里克和尼伦伯格的实验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。
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。 小结 1、 1941年提出了一个基因一种酶的假说。一个基因一种酶假说暗示了基因的作用是指导蛋白质分子的最后构型，从而决定其特异性。
2、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，遗传物质是一种信息分子，可能类似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。
3、1953年，沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。
4、1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解得越来越多。
5、1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。指出三个碱基编码一个氨基酸，他同时也认为遗传密码的阅读是完全重叠的，因此氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一的关系。
6、1957年提出一个中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。
7、1957年Brenner.S发表的理论文章，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，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
8、1961年克里克等证明了关于遗传三联密码的推测。
9、1962年尼伦伯格和马太蛋白质体外合成实验破译出了第一个遗传密码UUU。
10、1969年科学家们解译出全部遗传密码。小结 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，遗传密码可能与莫尔斯电码类似，通过排列组合来储存遗传信息。
1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。
1957年Brenner.S发表文章，在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
1961年克里克第一个用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。
1961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。
1969年科学家们破译了全部的密码。小结 我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，薛定谔是以富有远见卓识的大胆的想象来预测遗传密码的形式的，伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱基组成的，同时他也预测了密码的阅读方式，尽管智者千虑，必有一失，但巧妙的构思依然显示了其睿智和创新。克里克则是巧妙地设计实验，利用原黄素处理噬菌体，使DNA脱落或插入单个碱基的方法从实验上证明了伽莫夫的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成成功地破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。
归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获时说过：一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。 练习（P76第2题） 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：（ ）
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C练习D（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：（ ）
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、克里克练习（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（ ）
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 B第三节 遗传密码的破译
教学目标
说出遗传密码的阅读方式。
说出遗传密码的破译过程。
教学重点
遗传密码的破译过程。
教学难点
尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。
自主学习
一、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？
思考：课本74页思考与讨论。
遗传密码的验证（克里克的实验）
实验材料：
研究方法：增加或减少某个基因的碱基对其所编码的蛋白质的影响。
实验结果：在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基， （能或不能）产生正常功能的蛋白质；增加或者删除两个碱基， （能或不能）产生正常功能的蛋白质；当增加或者删除三个碱基时， （能或不能）合成具有正常功能的蛋白质。
4、实验结论：克里克是第一个用实验证明遗传密码中 的科学家。
5、同时表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以 的方式阅读，编码之间没有 。
三、遗传密码对应规则的发现
尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。
1、实验技术： 。
2、实验过程：在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了 的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
3、实验结果：只有加入了 的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
4、实验结论：3个碱基决定1个氨基酸，与苯丙氨酸对应的密码子应该是 。
在此后的六七年里，科学家沿着 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（图4-1）。
知识总结
遗传密码的特点：
1、不间断性：mRNA的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。所以，若在某基因编码区的DNA序列或其mRNA中间插入或删除1~2个核苷酸，则其后的三联体组合方式都会改变，不能合成正常的蛋白质。
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。并且，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。
3、简并性：绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，这一现象称做简并性。由于简并性，某些DNA碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变，这对维持物种的稳定性有重要意义。
4、通用性：生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间，蛋白质合成机制及其mRNA都是可以互换的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然。
巩固练习
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：（ ）
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
D．在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对
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：（ ）
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
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：( )
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
4、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
5、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UAC C．由AUG变为AUU D．由UAA变为UAC
6、关于密码子的叙述中错误的是：（ ） A．能决定氨基酸的密码子有64个 B．CTA肯定不是密码子
C．一种氨基酸可有一到多个对应的密码子 D．同一密码子在人和猴子细胞中可决定同一种氨基酸
7、把小鼠的信使RNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白，
这个事实说明：（ ）
A．控制蛋白质合成的基因位于信使RNA上
B．小鼠的信使RNA能使大肠杆菌向小鼠转化
C．生物的遗传密码都相同
D．小鼠的信使RNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠DNA
8、大肠杆菌某基因原有183对碱基，现经过突变，成为180对碱基（减少的碱基对与终止
密码子无关），它指导合成的蛋白质分子与原来基因指导合成的蛋白质分子相比较，差异可
能为：（ ）
A．只差一个氨基酸，其他顺序不变 B．除长度相差一个氨基酸外，其他顺序也有改变
C．长度不变，但顺序改变 D．A、B都有可能
高中生物《遗传与进化第四章第3节遗传密码的破译（选学）》检测题 新人教版必修2
一、选择题
1、把小鼠的信使RNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白。这个事实说明（ ）
A．控制蛋白质合成的基因位于信使RNA上
B．小鼠的信使RNA能使大肠杆菌向小鼠转化
C．生物的遗传密码都相同
D．小鼠是信使RNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠DNA
2、在DNA分子上，转录形成甲硫氨酸（AUG）的密码子的三个碱基是（ ）
A、AUG B、TAC C、ATG D、UAC
3、控制合成蛋白质（含100个氨基酸）的基因中，含有的嘌呤碱基有（ ）
A、600个 B、300个 C、100个 D、不能确定
4、下列物质从结构层次看，从简单到复杂的顺序是（ ）
A、脱氧核苷酸→基因→染色体→DNA B、脱氧核苷酸→基因→DNA→染色体
C、基因→脱氧核苷酸→染色体→DNA D、基因→DNA→脱氧核苷酸→染色体
5.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为（ ）
A、na/6 B、na/3－18(n/3－1) C、na－18(n－1) D、na/6－18(n/6－1)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
答案
二、非选择题
6.遗传工程技术正使医学行业发生着很大的变化，比如20世纪90年代诞生的动物乳腺反应器技术就是一个生动例子。几年前科学家将人体控制合成胰岛素的基因成功地导入到一奶牛体内，从而稳定地从其乳汁中获得了大量的胰岛素。分析回答：
（1）遗传工程的理论基础是 法则，它可以用下面的公式表示________________。
（2）胰岛素基因与奶牛的其他基因相比主要差别在于______________________，这也反映出不同生物的DNA分子具有________性。
（3）若只有一个胰岛素基因成功地导入奶牛体细胞并定位于某一条常染色体上，则此奶牛将胰岛素基因传给所生后代的几率是________。
（4）由此可知，________生殖产生的后代很难保持遗传性状的稳定，所以该奶牛最理想的繁殖是用________技术繁殖。该技术繁殖出奶牛后代中雄牛占________。
（5）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时需经过________和翻译两个步骤，在 “翻译”中需要的模板是________，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬运工兼装配工是________，将氨基酸以肽链连接成蛋白质的场所是________。“翻译”可理解为将由________个“字母” 组成的核酸“语言”翻译成由________个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看________RNA在翻译中充任着“译员”。
（6）如果将药物蛋白质基因转移到牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用其尿液生产提取药物比用乳汁提取药物的优越性在于：处于不同发育期的________动物都可生产药物。
7、科学工作者发现野猪某一个基因在于家猪的对应基因的某些片段不同，下表I是家猪和野猪的某个基因转录的两种不同的信使RNA分子片段（每个密码只写出前两个碱基）：
表I：UA UA UA UA UA UA 家猪 信使RNA
UU UU UU UC UC UC 野猪 信使RNA
表II： 密码子表（部分）
请根据表I、表II分析回答下列问题：
（1）野猪和家猪的信使RNA翻译成的蛋白质分子中可能存在的氨基酸的种数分别为
和 。
（2）比较上表密码子和氨基酸的关系可以作出哪些推断？
（3）在决定野猪信使RNA片段第一个密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的蛋白质吗？为什么？有何生物学意义？
8、浙江省农业科学院陈锦清教授发现了油菜产油机制：光合作用产生磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运向种子的两条途径，如甲图所示。图乙是控制PEPcas酶II合成的基因，其中a链是转录链，陈教授及助手诱导b链也能转录，从而转录出双链信使RNA。并根据这一机制培养出世界上含油量最高的油菜新品系。
请回答：
（1）你认为提高油菜产量的基本思路是 。
（2）控制酶II合成的基因的结构单位是 。
（3）从图乙到合成出图甲中的蛋白质遗传信息的传递过程是
。
（4）据研究，油菜产量提高的原因是双链信使RNA的形成阻碍了形成酶II的
过程。
参考答案：
第3节 遗传密码的破译（选学）（课时13）
一、选择题
1―5 CBBBD
二、非选择题
6、 转录 翻译
（1）中心 DNA――→RNA――→蛋白质
（2）碱基对的排列顺序不同 特异
（3）0 （4）有性 克隆 0
（5）转录 mRNA tRNA 核糖体 4 20 转运
（6）雌雄
7、（1）3、1
（2）一种氨基酸可以有几种不同的密码子决定，一种密码子只能决定一种氨基酸；个别密码子不能决定氨基酸
（3）不一定。如UUU密码子决定的氨基酸是苯丙氨酸，决定该密码子的DNA碱基对是AAA//TTT，当发生变化成为AAG//TTC，AAG转录的密码子是UUC，翻译的仍然是苯丙氨酸。维持遗传性状的相对稳定。
8、（1）提高酶I的活性，抑制酶II的活性。
（2）脱氧核苷酸
转录 翻译
（3）DNA――→信使RNA――→蛋白质
（4）翻译
