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1、遗传密码的破译遗传密码的破译高中生物人教版高中生物人教版 必修二必修二重庆市两江育才中学重庆市两江育才中学 毛述权毛述权Where are genes located?第第3 3节节 遗传密码的破译遗传密码的破译1.什么是遗传密码？2.碱基序列和氨基酸的对应关系如何？3.遗传密码的阅读方式是什么？4.运用什么方法可以破译遗传密码？研究内容：研究的背景：研究的背景：“中心法则中心法则”提出后更为明确地指出了提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNARNA蛋白质。那蛋白质。那DNA和蛋白质之间和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说究竟是什么关系？或
2、者说DNA是如何决定蛋是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在上个世纪五十白质？这个有趣而深奥的问题在上个世纪五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。问题探讨问题探讨 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，翻译实际上就是将就是将RNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱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？基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？中心法则：中心法则：DNA RNA 蛋白质蛋白质资料资料1 1：mRNAmRNA只有只有4 4种碱基（种碱基（A
3、A、G G、C C、U U），），mRNAmRNA的碱基序列就是遗传信息，的碱基序列就是遗传信息，而组成蛋白质的氨而组成蛋白质的氨基酸有基酸有2020种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的2020种氨基酸的呢？种氨基酸的呢？如果1个碱基序列决定一种氨基酸呢？如果2个相邻序列碱基决定一种氨基酸呢？如果3个相邻序列碱基决定一种氨基酸呢？分组讨论：你认为应该由多少个碱基序列编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？一一.从数学角度认识碱基序列与氨基酸的对应关系从数学角度认识碱基序列与氨基酸的对应关系二、遗传密码的破译过程学生活动：阅读教材P73P75内容
4、哪位科学家首次提出了遗传密码？哪位科学家证实了遗传密码？哪位科学家破译了遗传密码？伽莫夫克里克尼伦伯格、马太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 1954年科普作家年科普作家伽莫夫伽莫夫伽莫夫伽莫夫G.GamorG.Gamor对破译密码首对破译密码首先提出了挑战。当年，他在先提出了挑战。当年，他在自然自然Nature杂志首杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个连三个连三个连三个连续碱基编码一个氨基酸续碱基编码一个氨基酸续碱基编码一个氨基酸续碱基编码一个氨基酸-遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码。遗传密码的试拼与阅读方式的探索
5、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？序列会有什么不同呢？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 非重叠的阅读方式：GGT TCG CAC GCTGGTTCGCACGCT重叠的阅读方式：GGTTCGCACGCT思考思考:当图中当图中DNA的第三个碱基的第三个碱基(T)发生改发生改变时变时,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的,这一改这一改变将影响变将影响_个氨基酸
6、个氨基酸,如果是重如果是重叠的又将影响叠的又将影响_个氨基酸。个氨基酸。13_在图中在图中DNA的第三个碱基的第三个碱基(T)后插入一个碱后插入一个碱基基A,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的,这一改变将影响这一改变将影响_个氨基酸个氨基酸,如果密码是重叠的如果密码是重叠的,又将影又将影响响_个氨基酸。个氨基酸。33遗传密码子的验证（克里克的实验）遗传密码子的验证（克里克的实验）1961年年,克里克对克里克对T4噬菌体噬菌体DNA上的一个上的一个基因进行处理，使基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。增加或减少碱基。通过这样的方法他们发现加入或减少通过这样的方法他们发现加入或减少1个个和和2个
7、碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。可以合成正常功能的蛋白质。为什么会这样呢？为什么会这样呢？这只能解释为：这只能解释为：遗传密码中遗传密码中3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸个氨基酸。请比较分析下图请比较分析下图:插入插入_个碱基对原有个碱基对原有氨基酸序列影响最小氨基酸序列影响最小.GGTTCGCACGCTTTGAGC插插一一个个碱碱基基GGTATCGCACGCTTTGAGC插插二二个个碱碱基基GGTAATCGCACGCTTTGAGC插插三三个个碱碱基基G
8、GTAAATCGCACGCTTTGAGC3进一步分析上图进一步分析上图:减少减少_个碱基对原有氨基酸序个碱基对原有氨基酸序列影响最小列影响最小。3 克里克是第一个用实验证明克里克是第一个用实验证明遗传遗传密码中密码中3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸个氨基酸的科学的科学家。这个实验还同时表明家。这个实验还同时表明:遗传密码遗传密码从一个固定的起点开始从一个固定的起点开始,以以非重叠的非重叠的方式方式阅读阅读,编码之间没有分隔符。编码之间没有分隔符。遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现 1961-1962年，尼伦伯格（年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927）和马太（）和马太（H
9、.Matthaei）的实验的实验：遗传密码对应规则的发现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这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明功，同时还表明UUU是是苯丙氨酸苯丙氨酸的密码的密码子。子。这是第一个遗传密码子被破译。尼伦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伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系无细胞系统进行体外合成蛋白质统进行体外合成蛋白质，他这富有创新，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！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，科学家沿着体外合在接下来的六七年里，科学家沿着体外合
10、成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了出了全部的密码子，并编制出了密码子表密码子表。这。这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！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。要的推动作用。归结起来，我们看到，归结起来，我们看到，敏锐、大敏锐、大胆、睿智和创新胆、睿智和创新是科学家的重要素养，是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔
11、生理年诺贝尔生理学或医学奖获奖时说的：学或医学奖获奖时说的：一个善于捕一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。捉细节的人才是能领略事物真谛的人。小结小结 1.19541.1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3 3个个碱基编码一个氨基酸。碱基编码一个氨基酸。2.19612.1961年克里克第一个用年克里克第一个用T T4 4噬菌体实验证明了遗噬菌体实验证明了遗传密码中传密码中3 3个碱基编码一个氨基酸。个碱基编码一个氨基酸。3.19613.1961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外合成破译了第一个遗传密码。外合成破译
12、了第一个遗传密码。4.19694.1969年科学家们破译了全部的密码。年科学家们破译了全部的密码。练习练习C C（1）在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋）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（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在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对碱基对 B在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对碱基对 C在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对碱基对 D在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个
13、碱基对碱基对（2）最早提出）最早提出3个碱基编码一个氨基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：（证明的科学家分别是：（）A克里克、伽莫夫克里克、伽莫夫 B克里克、沃森式化克里克、沃森式化 C摩尔根、尼伦伯格摩尔根、尼伦伯格 D伽莫夫、克里克伽莫夫、克里克练习练习D练习练习B B（3）采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码）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：密码与氨基酸的对应规则：()A无无DNA和和mRNA细胞的提取液细胞的提取液B人工合成的多聚核苷酸人工合成的多聚核苷酸C加入的氨基酸种类和数量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测定多肽链中氨基酸种类的方法 课后作业1.遗传密码的种类：2.起始密码子：3.终止密码子：4.一种密码子对应 种氨基酸5.一种氨基酸是不是只能对应一种密码子课后猜想：地球上所有生物共用一套密码子说明了什么？可以从细胞学、进化等观点讨论。(2)细胞内是否也存在着其它类型的密码？