遗传密码的破译（教案）高中生物人教版必修二

第三节   遗传密码的破译
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，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验推断，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验
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． 尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验
课时安排
1课时
教学过程
1． 研究背景
什么是莫尔思电码呢？它是由美国画家和电报发明人发明的一套有“点”和“划”构成的系统，通过“点”和“划”间隔的不同顺序来表达不同的英文字母、数字、和标点符号。请根据莫尔思电码表，将书本中问题探讨中的那段电文译成英文。
学生：where are genes located
学生：基因位于DNA上
要破译一个未知的密码，一般的思路就是比较编码的信息，即密码和相应的译文。对遗传密码来说最简单的破译方法就是将DNA顺序或mRNA顺序和多肽相比较。但和一般的破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白质的顺序是已知的，未知的都是密码。
2． 遗传密码的阅读方式的探索
1954年科普作家伽莫夫在理论上尝试了遗传密码的解读，他设想：
若一种碱基与一种氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而已知的天然氨基酸有20种，因此不可由一种碱基对应一种氨基酸
若2个碱基与一种氨基酸对应的话4种碱基共有16种不同的排列组合，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就可以解决问题。4个碱基与一种氨基酸对应的话就会产生256种排列组合。相比较而言。只有三联体较为符合20种氨基酸
伽莫夫是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，人们不禁要问在三联体中的每个碱基只读一次还是重复阅读呢？以重叠阅读和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同？思考P74的问题：
当图中的DNA的第3个碱基发生改变的时，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
生：一个
如果密码子是重叠的，这一改变又将影响多少个氨基酸？
生：三个
当图中的DNA的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
生：将会影响后面所以的氨基酸
如果插入两个碱基呢？
生：也会影响后面所以的氨基酸
如果插入3个碱基呢？
生：将会在原氨基酸的序列中多一个氨基酸
当图中的DNA的的第3个碱基T后插入一个碱基A的话，如果密码子是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果插入2个，3个呢？
生：如果插入1个碱基，影响3个氨基酸，多肽比原来正常多肽多1个氨基酸
生：如果插入2个碱基，影响4个氨基酸，多肽比原来正常多肽多2个氨基酸
生：如果插入3个碱基，影响5个氨基酸，多肽比原来正常多肽多3个氨基酸
3． 遗传密码的验证（克里克实验）
1957年，克里克设计了一个实验，有力的证明三联密码的真实性，他用T4噬菌体染色体上的一个基因通过原黄素处理可以使DNA脱落和插入单个碱基，通过这样的方法他们发现加入或减少一个或两个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常的蛋白质，而加入或减少三个碱基却可以合成正常的蛋白质，为什么会这样呢？
结合书本74页有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解
当插入1、2个碱基时，会对后面所以的氨基酸产生影响。当插入3个碱基时，则可能对部分的氨基酸有影响，所以有可能合成正常功能的蛋白质
补充遗传密码的特点：
不间断性：mRNA的三联体密码是连续排列的，相临密码之间无核苷酸间隔。
不重叠性：对于特定的三联体密码而言，其中每个核苷酸都具有不重叠性。不重叠性使密码简单而准确无误。并且当一个核苷酸被异常核苷酸取代时，不会在肽链中影响多个氨基酸。
减并性
通用性
起始码和终止码：GUG作为起始码，到目前为止只在一种噬菌体蛋白质中发现过，在正常情况下，它是缬氨酸的密码子。所以说肽链合成的第一个氨基酸总是甲硫氨酸。
4． 遗传密码对应规则的发现
马太和尼伦伯格和克里克的方法和思路完全不同，他们采用的体外合成蛋白质的技术
（1） 去模板：除去DNA和mRNA。在细胞提取液中含有核糖体、ATP及各种氨基酸。是一个完整的翻译系统
（2） 加入多聚尿嘧啶核苷酸代替天然的mRNA，发现合成了单一的多肽，既多聚苯丙氨酸。这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，也说明UUU是苯丙氨酸的密码子。
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