第3节 遗传密码的破译(选学)
第3节 遗传密码的破译(选学)
遗传密码的破译素材阅读一、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》。
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。
《第4章 第3节 遗传密码的破译(选学)》教学设计教学反思-2023-2024学年高中生物人教版必
《遗传密码的破译(选学)》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识目标：学生能够理解并描述基因、密码子和终止子等基本概念。
2. 能力目标：学生能够通过实验分析，推断遗传密码的具体含义和作用。
3. 情感目标：培养学生的科学探索精神，提高团队协作和沟通能力。
二、教学重难点1. 教学重点：讲解遗传密码的基本概念和作用，通过实验分析破译遗传密码。
2. 教学难点：如何引导学生正确理解遗传密码的含义及其在生物体内的具体应用。
三、教学准备1. 准备相关的教学PPT和实验器材。
2. 安排学生进行小组实验，要求学生认真观察和分析实验结果。
3. 提前布置阅读相关文献的作业，以便在课堂中进行讨论和交流。
4. 准备一些相关视频和图片，以增加学生对遗传密码的感性认识。
四、教学过程：（一）导入新课1. 介绍密码子的概念。
引用一些关于基因工程、基因治疗、人类基因组计划等的研究实例，引导学生思考密码子的意义和重要性。
2. 引导学生回忆必修三单元的相关内容，对遗传学中的遗传信息和遗传密码有初步的认识。
（二）学习目标1. 了解密码子的概念。
2. 理解并掌握遗传密码的基本内容，包括种类、特征、影响等。
3. 理解并掌握遗传密码与生物多样性的关系。
（三）探究活动1. 学生分组讨论，尝试用自己的话解释密码子的概念和作用。
2. 通过小组合作，探讨不同物种中遗传密码的特点和差异性。
3. 分析遗传密码与生物多样性之间的关系。
（四）精讲点拨1. 详细讲解密码子的概念和作用，结合一些生动的案例，使学生更深入地理解密码子的意义。
2. 讲解遗传密码的基本内容，包括种类、特征、影响等，并引导学生思考遗传密码与生物多样性的关系。
3. 针对探究活动中的问题，进行重点讲解和引导，帮助学生深入理解遗传密码的内涵和意义。
（五）课堂小结1. 回顾本节课的主要内容，包括密码子的概念、遗传密码的基本内容、与生物多样性的关系等。
2. 强调遗传密码在生物科学中的重要性和应用前景。
4.3 遗传密码的破译(选学)
4.3 遗传密码的破译（选学）一、教学目标1.知识目标：（1）说出遗传密码的阅读方式；（2）说出遗传密码的破译过程。
2.能力目标：（1）运用已有的知识和经验提出假说；（2）运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论；（3）尝试设计破译遗传密码的实验；（4）能够在今后的学习过程中合理运用科学研究的一般方法。
3.情感目标:(1)体验遗传密码破译的过程，感受科学知识发现过程的艰辛和漫长；(2)对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩；(3)认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。
二、教学的重点和难点重点：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。
三、对课程内容和学生的分析：1.教材分析：本节是人教版高中生物必修2《遗传与进化》第4章《基因表达》第3节的内容，在教材中属于选学内容。
是为了满足学生多样化的需求而设计的；面向基础较好、学有余力的学生；同时该内容蕴含丰富的生物科学史探究素材，适合学生进行探究性学习。
这节课的主要内容是遗传密码的破译过程，是本章第一节的重要补充。
而且遗传密码的特点是进一步理解基因突变的类型和基因工程部分的理论基础。
2.学情分析学生在本章第1节中已经学习了遗传密码，对遗传密码的位置、组成和作用有了清楚的认识，为学生进一步认识和理解遗传密码的破译创造了条件。
学生对科学探究的一般过程的理解程度，将是学习蛋白质体外合成试验设计思想时遇到的最主要的影响因素。
学生在学习过程中除了采用个体学习的方法外，在问题面前可能会采取小组讨论的合作性方式进行讨论学习。
四、教学策略以再现遗传密码破译的生物科学史做为课堂教学活动的背景，以设置问题的方法引导学生学习，以解决问题为主线，采用个体学习与合作学习相结合的教学策略展开教学活动,同时也体现了假说演绎推理的方法。
主要教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
课型：新授课课时：一课时五、教学过程:导言:在第一节我们学习了遗传密码，知道了mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫1个密码子，同时科学家将64个遗传密码子编制出一个密码子表（显示密码子表）。
生物必修2：遗传密码的破译(选学)
一、遗传密码的阅读方式
1.非重叠的方式阅读
2.重叠的方式阅读
1.当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变 时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少 个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的
影响？
密码是非重叠的：1个氨基酸， 密码是重叠的： 3个氨基酸
2.当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个
新课导入
旧知回顾
遗传密码 (genetic code): DNA（或mRNA）中核苷酸序列与蛋白质中氨基 酸序列之间的对应关系。 密码子(codon)： mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨 基酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。
基 因 指 导 蛋 白 质 的 合 成
蛋白质合成体系的主要原料是20种氨基酸，
课堂练习
1.组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子： （ ）D A.16 B.32 C.46 D.64
2.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：（ C ） 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
结果：加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚 苯丙氨酸的肽链。
结果说明： 多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合 成，而多聚尿嘧啶的碱基序列是由多个尿嘧啶 组成的（UUUUUU· · · · · · ），可见尿嘧啶的碱基 序列编码由苯丙氨酸组成的肽链； 苯丙氨酸－－UUU。
四、遗传密码的特点 1.不间断性即连续性 mRNA的三联体密码是 连续不断的，相邻密码之间无核苷酸间隔。 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而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，不过，在大肠杆菌噬菌体基因组中，确有部 分遗传密码是重叠的，这可以看做是一种例外。
43高中生物必修二__第4章第3节___遗传密码的破译__导学案(选学)
第4章第3节 遗传密码的破译〖学习目标〗1、说出遗传密码的阅读方式。
2．说出遗传密码的破译过程。
〖使用说明及学法指导〗课前自行完成预习内容和预习自测，探究案，我们在课堂上会进行讨论，当堂检测是你们在课内最后5分钟要完成的。
〖预习自测〗一、知识梳理1.克里克是第一个用实验证明 ，同时实验还表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以 ，编码之间没有 。
2.两个名不见经传的年轻人 破译了第一个遗传密码，苯丙氨酸对应的密码子是 。
二、知识点拔1．遗传信息和遗传密码的比较遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，遗传密码是指mRNA 中的碱基排列顺序，其中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫一个密码子。
2．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(能指导蛋白质合成的区域)的DNA 序列或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。
例如如果RNA 分子UCAGACUGC 的密码解读顺序为:UCA 、GAC 、UGC,则它不可以同时解读为:UCA 、CAG 、AGA 、GAC ……等.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，编码相同氨基酸的密码子称同义密码子。
由于兼并性,某些DNA 碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变。
④.通用性：除线粒体的个别密码外，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。
⑤.起始密码与终止密码： UAG 、UAA 、UGA 为终止码，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止。
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体外合成系统，直接破解了遗传密码的对应规则，这种方法快速、直接，但是这种方 法的建立需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件。 自我测评 一、选择题 1.下列各项中，错误的是( )。 A.克里克 T4 噬菌体实验不能证明苯丙氨酸的密码子是 UUU B.克里克 T4 噬菌体实验表明遗传密码的阅读方式是非重叠的阅读方式 C.尼伦伯格和马太的实验可以说明三个碱基决定一个氨基酸 D.以上两个实验对遗传密码的破译都做出了贡献，促进了科学的发展 2.某个真核细胞中的 DNA 可以转录出 mRNA 的个数是( )。 A.1 B.2 C.3 D.多个 3.下图为 mRNA 的一段碱基序列，其中含有的遗传密码子有( )。 ↓起点
3
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B.尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链 C.结合克里克的研究成果，得出与苯丙氨酸对应的密码子是 UUU D.细胞提取液中的遗传信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽链 7.某信使 RNA 上有 1800 个碱基，则该信使 RNA 控制合成的多肽链上最多有多少个 氨基酸?( ) A.200 B.300 C.400 D.600 8.在遗传密码子的阅读方式验证实验中，克里克没有证明的是( )。 A.3 个碱基决定一个氨基酸 B.遗传密码从一个固定起点开始，无间隔 C.遗传密码以非重叠的方式阅读 D.遗传密码与氨基酸之间的对应关系 9.在下列试管中，能合成多肽链的是( )。
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人教版高一生物下册知识点：第 4 章遗传密码的破译（选学）
对人类来说，生物太重要了，人们的生活处处离不开生物。以下是为大家整理的 人教版高一生物下册知识点：第 4 章遗传密码的破译（选学），希望能帮助大家学习。 第 3 节 遗传密码的破译 学习导航 1.学习目标 (1)说出遗传密码的阅读方式。 (2)说出遗传密码的破译过程。 2.学习建议 (1)克里克的实验是比较深奥的知识,可采用与英文句子类比的方法，使复杂的问题更 容易理解。 (2)遗传密码的破译过程是本节的主要内容，可通过比较分析尼伦伯格和马太实验的 设计思路的差异,初步理解遗传密码的破译方法。即克里克通过研究碱基的改变对蛋白 质合成的影响推断遗传密码的性质，这种方法不需要理解蛋白质合成的过程，就能推 断出密码子的总体特征，但不是直接证据，而且工作量大。尼伦伯格通过建立蛋白质
课件11：4.3 遗传密码的破译（选学）
阅读方式的探索
阅读方式的探索
不重叠性
不间断性 通用性
02 01 03
05 04
简并性 起始码和终止码
04 遗传密码对应规则
Correspondence rule of genetic code
阅读方式的探索
马太和尼伦伯格和克里克采用的体外合 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，即多聚苯丙氨 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。
阅读方式的探索
一个善于捕捉细节
的人才能领略事物 的真谛。
1944
薛 定谔
伽莫 夫
克里 克
破译全 部密码
1954
1957
1961
1961
1965
Brenner.S
尼伦伯格和马太
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阅读方式的探索
当图中的mRNA的第3个 碱基A后插入一个碱基U 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个或3个碱基呢？
阅读方式的探索
当图中的mRNA的的第3 个碱基A后插入一个碱 基U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？
03 遗传密码的破译
Decoding of Genetic Code
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
阅读方式的探索
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？
人教版高中生物必修二《遗传密码的破译(选学)》课件
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
提示：实验 提供有多个 试管和20种 氨基酸溶液。
个实验组， 分别加入不 同的氨基酸， 即可破译 UUU-苯丙氨
验，破译了第一个遗
酸。
传密码，即UUU-苯丙
氨酸。
三、破译过程
3、霍拉纳的RNA重复序列翻译实验
三、破译过程
2、尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验
各管加入多聚 尿嘧啶核苷酸
Tyr-酪氨酸 Ser-丝氨酸 Phe-苯丙氨酸 Cys-半胱氨酸 蛋白质体外合成的实验示意图
只有加入苯丙氨酸的试管出现了多聚苯丙氨酸的肽 链，而其它试管没有。
GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT
2.重叠的阅读方式
GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT
二、遗传密码的阅读方式
思考与讨论：
当图中DNA的第三个碱基(T)发生改变时,如果 密码是非重叠的,这一改变将影响__1____个氨 基酸,如果是重叠的又将影响___3___个氨基酸。
遗传密码的破译
问题探讨
问题探讨
我们知道了基因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。
那么碱基序列与氨基酸序列是如何对 应的呢？
一、碱基与氨基酸的数量对应关系
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。
上世纪50～60年代，
DNA分子结构的发现者
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科学家们的探索历程
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，
1.当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时，如 果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基 酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？
密码是非重叠的：1个氨基酸， 密码是重叠的：3个氨基酸
2.当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A，时，如果 密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是
THE FAT CAR TAR TET HEB IGR AT 第3和第4个单词中分别插人字母R，从插入处开始的所有单词都 被改变。
THE FAT CAR TAR TOE THE BIG RAT 当第3、4、5个单词中都插入1个字母时，除了插入处的单词以 外，其他部分的单词都没有改变。
克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码 1个氨 基酸的科学家。
这个实验同时表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以 非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。
遗传密码对应规则的发现
克里克的实验虽然阐明了遗传密码的总体特征，但是，却 无法说明由3个碱基排列成的1个密码对应的究竟是哪一个氨基 酸。
任务三：小组合作学习 1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和
1.遗传密码的破译是生物学史上一个伟大的里程碑。 2.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。 3.在伽莫夫（G. Gamov， 1904—1968）提出3个碱基编码1个氨基 酸的设想之后，科学家通过不断地推测与实验，最终找到了答案。
新的问题：
如果3个碱基决定1个氨基酸，是不是也只需以3个碱基为1 个阅读单位（非重叠的阅读方式），依次阅读呢？还是重叠的 阅读方式？
如果插入3个碱基：5个氨基酸，多肽比原正常多肽多3个 氨基酸。
任务二：小组合验方法：研究某个基因的碱基的增加或减少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，无法产生正常功能的蛋白质； 增加或者删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质； 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。
重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3个碱基呢？
密码是非重叠的：插入1或2个碱基后面所有的氨基酸（无 法产生正常功能的蛋白质） ；插入3个碱基将会在原氨基酸序 列中多一个氨基酸。
密码是重叠的： 如果插入1个碱基，3个氨基酸，多肽比原正常多肽多1个 氨基酸。 如果插入2个碱基：4个氨基酸，多肽比原正常多肽多2个 氨基酸。
第四章 基因的表达
第3节 遗传密码子的破译
基因表达的中心法则
知识回顾：原核生物与真核生物基因的表达
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？
密码子表是如何破译的呢？
科学家们的探索历程
1.1866年，孟德尔提出遗传定律。 2.1883年，科学家发现马蛔虫配子中的染色体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》
实验结论：
遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没 有分隔符。
举例
THE FAT CAT ATE THE BIG RAT 句中的每个单词都由3个字母组成，7个单词连成一句。
THE FAT CAR TAT ETH EBI GRA T 第3个单词中插人字母R,仍然按照3个字母组成一个单词的阅读 方式阅读，从插入处开始的所有单词都被改变。
两种可能的阅读方式
任务一：
思考与小组讨论： 1.当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时,如果密码是非重叠的， 这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎 样的影响？ 2.在图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A，如果密码是非 重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又 将产生怎样的影响？如果插人2个、3个碱基呢？