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1、第四章第四章 基因的表达基因的表达第三节第三节 遗传密码的破译遗传密码的破译八师第二高级中学八师第二高级中学八师第二高级中学八师第二高级中学 李菊梅李菊梅李菊梅李菊梅教学目标教学目标1 知道遗传密码的破译过程。2体会科学成果的发现需要有大胆的猜想和严谨的实验做基础。3理解遗传密码破译的意义教学重点教学重点了解遗传密码的破译过程。了解遗传密码的破译过程。教学难点教学难点了解遗传密码对应规则的发现。了解遗传密码对应规则的发现。请看下列一段符号请看下列一段符号 莫尔斯密码表莫尔斯密码表/DNAWhere are genes located （基因在哪里）（基因在哪里）复习提问复习提问1什么叫复制、转
2、录、翻译？什么叫复制、转录、翻译？2遗传信息是怎样传递的？遗传信息是怎样传递的？3什么叫密码子？什么叫密码子？基因表达：基因表达：DNA（基因）（基因）蛋白质蛋白质mRNA转录转录翻译翻译RNA（遗传信息流动规律）（遗传信息流动规律）中心法则：中心法则：复复制制 请看资料分析请看资料分析课本课本P P6969 资料资料11 RNA RNA复制酶复制酶RNA 资料资料22 RNA 逆转录酶逆转录酶DNA 逆转录逆转录 资料资料33结构异常蛋白结构异常蛋白PrPsc结构正常蛋白结构正常蛋白PrPc 科学科学发展是永无止境发展是永无止境的，需要不断的，需要不断发展和完善发展和完善随着实验数据的积累，
3、人们发现了中心法则并不完善随着实验数据的积累，人们发现了中心法则并不完善 基因可以指导蛋白质的合成基因可以指导蛋白质的合成 生物体里是否也蕴含着一套对应的遗传密码生物体里是否也蕴含着一套对应的遗传密码？在哪里？如何指导？在哪里？如何指导？1953年年，沃森，沃森-克里克构建克里克构建出了出了DNA的的双螺旋结构模型双螺旋结构模型。DNA是通过是通过RNA上上的的碱基编码氨基酸碱基编码氨基酸 1958年，年，克里克克里克提出提出“中心法则中心法则”认为认为 遗传信遗传信息可以从息可以从DNA流向流向DNA，也可以从，也可以从DNA流向流向RNA，进而流向蛋白质，揭示遗传信息流动的方向。，进而流向
4、蛋白质，揭示遗传信息流动的方向。？几个碱基编码一个氨基酸呢几个碱基编码一个氨基酸呢 1954年，美籍俄裔科普作家科普作家伽莫夫（GGamow）应用排列组合计算来研究遗传密码，并在在自然自然NatureNature杂志首次发表了文章，指杂志首次发表了文章，指出出三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸的三联三联体体假说。三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢重复阅读呢？GGUUCGCACGCUGGUUCGCACGCU一、遗传密码的解读方式一、遗传密码的解读方式非重叠的非重叠的阅读方式阅读方式GGUUC
5、GCACGCUGGUUCGCACGCU重叠的阅重叠的阅读方式读方式两种阅读方式得到的氨基酸序列不同两种阅读方式得到的氨基酸序列不同G G T T C G C A C1 1）如果密码的阅读是重叠阅读，将影响）如果密码的阅读是重叠阅读，将影响 个氨基酸个氨基酸 如果密码的阅读是非重叠阅读，将影响如果密码的阅读是非重叠阅读，将影响 个氨基酸个氨基酸3以以P74“思考与讨论思考与讨论”去理解遗传密码的阅读方式去理解遗传密码的阅读方式异常UG G U T C G C A C异常1非重叠的阅读方式影响更小非重叠的阅读方式影响更小二、克里克的实验证据二、克里克的实验证据 19611961年，克里克与布雷纳合
6、作，利用大肠杆菌的年，克里克与布雷纳合作，利用大肠杆菌的T T4 4噬菌体噬菌体做做移码突变实验。移码突变实验。用药物处理用药物处理T T4 4噬菌体，研究噬菌体，研究某个基因某个基因碱基发碱基发生增加或缺失生增加或缺失对其所编码的对其所编码的蛋白质蛋白质影响。影响。关键酶关键酶 T T4 4噬菌体噬菌体野生型能在大肠杆菌野生型能在大肠杆菌K K菌株菌株上上生长，形成嗜菌斑生长，形成嗜菌斑。1 1、缺失一个核苷酸时，在缺失一个核苷酸时，在K K菌株上不生长菌株上不生长 插入一个核苷酸时，在插入一个核苷酸时，在K K菌株上不生长菌株上不生长2 2、缺失两个核苷酸时，在、缺失两个核苷酸时，在K K
7、菌株上不生长菌株上不生长 插入两个核苷酸时，在插入两个核苷酸时，在K K菌株上不生长菌株上不生长3 3、缺失三个核苷酸时，在、缺失三个核苷酸时，在K K菌株上菌株上生长生长（拟野生型）（拟野生型）插入三个核苷酸时，在插入三个核苷酸时，在K K菌株上菌株上生长生长（拟野生型（拟野生型）尝试解释为何会出现这样的实验结果？尝试解释为何会出现这样的实验结果？改变三个核苷酸对氨基酸的序列影响改变三个核苷酸对氨基酸的序列影响最小最小。只。只能解释为三个碱基编码一个氨基酸。能解释为三个碱基编码一个氨基酸。实验结果：请比较分析下图请比较分析下图:插入插入_个碱基对原有氨基酸序列个碱基对原有氨基酸序列影响最小。
8、影响最小。GGTTCG CAC GCT TTG AGC插插一一个个碱碱基基GGT ATCGCA CGC TTT GAG C插插二二个个碱碱基基GGT AAT CGC ACG CTT TGA GC插插三三个个碱碱基基GGU AAA TCGCAC GCT TTGAGC3原因就是三个碱基决定一个密码子原因就是三个碱基决定一个密码子1、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、编码间没有分隔符却无法说明一个密码子对应的究竟是哪个氨基酸。却无法说明一个密码子对应的究竟是哪个氨基酸。克里克通过实验得出遗传密码的性质：三、遗传密码对应规则的发现三、遗传密码
9、对应规则的发现尼伦伯格尼伦伯格和和马太马太的实验的实验：蛋白质体外合成的实验示意图蛋白质体外合成的实验示意图 阅读教材阅读教材75页页的实验过程和结果的实验过程和结果，思考并讨，思考并讨论论以下几个问题。以下几个问题。苯丙氨酸苯丙氨酸的密码子为的密码子为UUU（1）、）、实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？思考思考（2）、）、为什么要除去细胞提取液中的为什么要除去细胞提取液中的DNA和和mRNA？作为模板作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成直接控制蛋白质（多肽）的合成 原有的原有的mRNAmRNA会作为合成蛋白会作为合成蛋白质质的模板干扰实验结果的模
10、板干扰实验结果；DNADNA可能可能作为作为mRNAmRNA合成的模板，而新合成的合成的模板，而新合成的mRNAmRNA也会干扰实验结果也会干扰实验结果。（3）、如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具）、如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，你将如何设计对照组？说服力，你将如何设计对照组？作为作为对照实验对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸不加入多聚尿嘧啶核苷酸。在此后的六七年在此后的六七年里，科学家沿着里，科学家沿着体体外合成蛋白质的思外合成蛋白质的思路路，不断地改进实，不断地改进实验方法，破译出了验方
11、法，破译出了全部的密码子，并全部的密码子，并编制出了编制出了密码子表密码子表。不间断性不间断性不重叠性不重叠性简并性简并性通用性通用性有起始密码与终止密码有起始密码与终止密码四、遗传密码的特点四、遗传密码的特点 遗传密码的破译树立了生物学史上一座伟大的里程碑，遗传密码的破译树立了生物学史上一座伟大的里程碑，意味着人类探索和揭示生命本质的研究向前迈进一大步，为意味着人类探索和揭示生命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。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遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现遗传
12、密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现是是是是基因工程的三大基石基因工程的三大基石基因工程的三大基石基因工程的三大基石。遗传密码破译的意义遗传密码破译的意义纵观下遗传密码的破译过程：纵观下遗传密码的破译过程：生命科学的研究是个漫长而艰辛的历程；是不分国籍、不生命科学的研究是个漫长而艰辛的历程；是不分国籍、不分学科的合作；要具备分学科的合作；要具备“敏锐、大胆、睿智和创新”的的 科学科学素养。素养。1 1、19541954年科普作家伽莫夫用数学的方法年科普作家伽莫夫用数学的方法推断推断3 3个碱基编码一个氨基酸。个碱基编码一个氨基酸。2 2、
13、19611961年克里克第一个用年克里克第一个用T T4 4噬菌体实验噬菌体实验证明证明了遗传密码中了遗传密码中3 3个碱基编码个碱基编码一个氨基酸。一个氨基酸。3 3、19611961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外合成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破译了第一个遗个遗传密码。传密码。4 4、19691969年科学家们年科学家们破译了全部破译了全部的密码。的密码。“一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人”尼伦伯格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、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：（大的是：（）A在相关的基因的
14、碱基序列中删除或增加一个碱基对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在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对C C课堂自检课堂自检2、最早提出、最早提出3个碱基编码一个氨基酸的科学家和首次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：（用实验的方法加以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、
15、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D D3、采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实、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（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 B B 今天，我们沿着科学家的足迹，获取了今天，我们沿着科学家的足迹，获取了破译遗传密码的科学实验方法，在
16、今后的破译遗传密码的科学实验方法，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。法来解决生物学问题。最后，让我们通过一个最后，让我们通过一个视频短片视频短片来了解遗传来了解遗传信息的传递。信息的传递。二、克里克的实验证据：二、克里克的实验证据：不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和终止密码不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和终止密码三、遗传密码对应规则的发现：三、遗传密码对应规则的发现：1.3个相邻的碱基成为密码子2.从一个固定的起点开始，以非重从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读叠的方式阅读3.编码之间没有分隔符编码之间没有分隔符遗传密码的性质遗传密码的性质四、遗传密码的特性四、遗传密码的特性非重叠的形式非重叠的形式一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式 ：尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验：尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验：破译了第一个遗传密码：破译了第一个遗传密码：UUU苯丙氨酸苯丙氨酸本节知识小结本节知识小结课后作业2、比较莫尔斯密码和遗传密码的不同点、比较莫尔斯密码和遗传密码的不同点1、完成课本、完成课本P76练习题练习题3、比较克里克与尼伦伯格所采用的实验方法各、比较克里克与尼伦伯格所采用的实验方法各有何优势和不足。有何优势和不足。谢谢大家谢谢大家再见！再见！