4.3 傳密碼的破譯（通用2篇）
4.3 傳密碼的破譯 篇1
第3節 傳密碼的破譯（選學）
一、教學目標
1.說出遺傳密碼的閱讀方式。
2.說出遺傳密碼的破譯過程。
二、教學重點和難點
1.教學重點
遺傳密碼的破譯過程。
2.教學難點
尼倫伯格和馬太設計的蛋白質體外合成實驗。
三、教學策略
本節內容屬于選學，可用1課時，由教師根據實際情況靈活安排。本節的主要內容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節的重要補充。學生在第1節中已經學習了遺傳密碼，但并不了解遺傳密碼是如何破譯的，本節引導學生認識遺傳密碼的破譯過程，使學生通過這一研究過程學習其中蘊含的科學研究方法。
1.采用類比的學習方法，使復雜的問題更容易理解。
遺傳密碼對于學生而言是比較深奧的，教師可以從教材“問題探討”欄目提供的“莫爾斯密碼”入手，切入本節內容。“克里克的實驗”實際上是相當復雜的，對于其實驗結果的分析，教學中可以采用與英文句子類比的方法來幫助學生分析理解，使復雜的問題更容易為學生接受。
2.以分析“尼倫伯格和馬太實驗”的設計思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。
對尼倫伯格和馬太實驗的理解是本節教學難點。尼倫伯格和馬太設計實驗的思路與克里克的完全不同。他們的思路跳出了生物體的限制，通過生物化學手段，他們成功地建立了體外蛋白質合成系統，發現了一個特定的遺傳密碼所對應的特定的氨基酸，可謂“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。
教材中安排了蛋白質體外合成的實驗示意圖，意在幫助學生理解這個實驗的設計思路。作為示意圖，它只畫出了4種氨基酸。實際實驗中，測試的是組成蛋白質的20種氨基酸。在這20種氨基酸中，只有加入了苯丙氨酸的試管才出現多聚苯丙氨酸的肽鏈。教材中的旁欄思考題意在讓學生學會科學實驗中對照組的設置。只有對照設置正確，實驗結果才無懈可擊。
在這個實驗中，加入的多聚尿嘧啶核苷酸實際上起到了mrna的作用，再結合克里克得出的3個堿基決定1個氨基酸的實驗結論，苯丙氨酸對應的密碼子就應是uuu。同理，如果分別加入多聚腺嘌呤核苷酸(polya)、多聚胞嘧啶核苷酸(polyc)、多聚鳥嘌呤核苷酸(polyg)，在蛋白質體外合成系統中分別出現了多聚賴氨酸、多聚脯氨酸和多聚甘氨酸，則可推出與賴氨酸對應的密碼子應是aaa，與脯氨酸對應的密碼子應是ccc，與甘氨酸對應的密碼子應是ggg。對學有余力的學生，教師還可以作進一步的引導：以上介紹的是單核苷酸重復序列(polyu、polya、polyc、polyg)作模板(mrna)得到的結果，如果以多核苷酸的重復序列作模板，其結果又是怎樣呢？例如，以cucucucu…(polycu)作模板，會得到什么結果呢？具體分析參見“參考資料”部分。
四、答案和提示
�。ㄒ唬﹩栴}探討
1. 翻譯成英文是：where are genes located
(二)思考與討論
1.當圖中dna的第三個堿基（t）發生改變時，如果密碼是非重疊的，將影響1個氨基酸；如果密碼是重疊的，將影響3個氨基酸。
2.提示：先寫出改變后的堿基序列，再按照非重疊閱讀的方式和重疊閱讀的方式分別寫出其對應的氨基酸序列，分別與原序列編碼的氨基酸序列進行比較就可得出答案。
（三）旁欄思考題
1.細胞中原有的mrna會作為合成蛋白質的模板干擾實驗結果，細胞中原有的dna可能作為mrna合成的模板，而新合成的mrna也會干擾實驗結果，因此需要除去細胞提取液中的dna和mrna。
2.作為對照實驗的試管中，所有成分都與實驗組的試管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。
�。ㄋ模┚毩�
基礎題
1.d。
2.提示：可以從密碼間有無分隔符、長度是否固定、閱讀方式是否重疊、密碼所采用的符號等多方面進行比較。
拓展題
克里克通過研究堿基的改變對蛋白質合成的影響推斷遺傳密碼的性質，這種方法不需要理解蛋白質合成的過程，就能推斷出密碼子的總體特征，但是證據相對間接，并且工作量大。尼倫伯格通過建立蛋白質體外合成系統，直接破解了遺傳密碼的對應規則，這種方法快速、直接，但是這種方法的建立需要首先了解細胞中蛋白質合成所需要的條件。
五、參考資料
1.遺傳密碼的特點
不間斷性 mrna的三聯體密碼是連續排列的，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。所以，若在某基因編碼區的dna序列或其mrna中間插入或刪除1～2個核苷酸，則其后的三聯體組合方式都會改變，不能合成正常的蛋白質，這樣的突變亦稱移碼突變，對微生物常有致死作用。
不重疊性 對于特定的三聯體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如，如果rna分子ucagacugc的密碼解讀順序為：uca、gac、ugc，則它不可以同時解讀為uca、cag、aga、gac……等。不重疊性使密碼解讀簡單而準確無誤。并且，當一個核苷酸被異常核苷酸取代時，不會在肽鏈中影響到多個氨基酸。不過，在大腸桿菌噬菌體基因組中，確有部分遺傳密碼是重疊使用的，這可以看做一種例外現象。
簡并性 絕大多數氨基酸具有2個以上不同的密碼子，這一現象稱做簡并性，編碼相同氨基酸的密碼子稱同義密碼子。由于簡并性，某些dna堿基變化不會引起相應蛋白質的氨基酸序列改變，這對維持物種的穩定性有重要意義。
通用性 除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細菌、動物和植物等不同物種之間，蛋白質合成機制及其mrna都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。
起始碼與終止碼 uag、uaa、uga為終止碼，它們不為任何氨基酸編碼，而代表蛋白質翻譯的終止。aug是甲硫氨酸的密碼，同時又是起始密碼。
2.遺傳密碼的破譯
早期有關基因功能的研究工作，如“一個基因一個酶”的假說，明確了基因的堿基順序，規定了其蛋白質產物的氨基酸數目與排列順序。破譯遺傳密碼實際上就是要找到基因中dna分子的堿基順序與它編碼的蛋白質氨基酸順序的對應關系：幾個堿基決定一個氨基酸？哪幾個堿基決定哪種氨基酸？
要判斷哪個三聯體密碼決定哪種氨基酸，首先需要一種人工合成rna分子的方法和一個能夠在體外合成蛋白質的實驗系統，這樣，在試管中加入已知序列的rna，再通過分析新合成的蛋白質產物的氨基酸排列順序就可以推斷密碼子和氨基酸的對應關系。
1955年，科學家發現一種被稱為多聚核苷酸磷酸化酶的生物大分子，它能在試管中催化合成rna，而不需要dna模板。1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細胞溶液，建立了一種利用人工合成的rna，在試管里合成多肽鏈的實驗系統，其中含有核糖體等合成蛋白質所需的各種成分。當尼倫伯格把人工合成的全部由尿嘧啶組成的rna加入蛋白質體外合成系統后，得到的新合成的蛋白質只含苯丙氨酸，結果說明uuu是編碼苯丙氨酸的密碼子。這是第一個被破譯的三聯體密碼。
1966年，又有科學家發明了一種新的rna合成方法，通過這種方法合成的rna可以是以2個、3個或4個堿基為單位的重復序列，如aguaguaguaguaguaguagu等，用它們作模板合成的蛋白質的氨基酸序列同樣是有規律重復的。如果用ugugugugugugugugug作模板，得到的新合成的蛋白質是由半胱氨酸和纈氨酸交替連接而成，則可以肯定ugu是半胱氨酸的密碼子，而gug是纈氨酸的密碼子。利用這種方法破譯的密碼很多，其中包括終止密碼uga、uag和uaa。
1964年，尼倫伯格等找到了另外一種高效破譯遺傳密碼的方法。他們首先在體外合成全部64種三核苷酸分子（即長度為3個堿基的rna，如agc、ucc、uga等等），同時制備20種氨基酸混合溶液，每種混合溶液中分別含有一種用14c作放射性標記的氨基酸和其他19種氨基酸。然后，向各混合溶液添加trna分子，使各種氨基酸分別與各自的trna分子結合，在溶液中形成各種氨酰trna，如甘氨酸－trna、賴氨酸－trna等。實驗時，取某一種三核苷酸分子（如cgu）和核糖體混合，再向其中分別加入上述氨基酸混合溶液。如果cgu是某種氨基酸的密碼子，它便會和帶有這種氨基酸的氨酰trna分子以及核糖體結合形成體積稍大的復合體。當使用硝酸纖維膜過濾反應溶液時，只有含核糖體的復合體可以留在膜上，而其他的氨酰trna分子將被沖洗掉。從20種反應體系中找出有放射性的硝酸纖維膜，根據該體系所標記的是哪一種氨基酸，便可知道cgu所對應的氨基酸種類了。利用這種方法破譯的密碼子約有50個。
3.重疊基因
長期以來，人們一直認為同一段dna序列內不可能存在著重疊的基因。因為，如果存在這種2個基因彼此重疊的情況，那么在第一個基因上發生的突變，就往往會使第二個基因也伴隨著發生突變。但是，隨著dna核苷酸序列測定技術的發展，人們已經在一些噬菌體和動物病毒中發現，不同基因的核苷酸序列有時是可以共用的。我們稱這樣的兩個基因為重疊基因（overlapping genes）。已知大腸桿菌φx174噬菌體單鏈dna共有5 387個核苷酸。如果使用單一的讀碼結構，那么它最多只能編碼1 795個氨基酸。按每個氨基酸的平均相對分子質量為110計算，該噬菌體所合成的全部蛋白質的總分子量最多是197 000道爾頓。可實際測定發現，φx174噬菌體所編碼的11種蛋白質總分子量竟為262 000道爾頓。1977年，英國分子生物學家桑格領導的研究小組，在測定φx174噬菌體dna的核苷酸序列時發現，它的同一部分dna能夠編碼兩種不同的蛋白質，從而證明了重疊基因的存在。
自我檢測的答案和提示
一、概念檢測
填表題
dna雙鏈
1
c
g
t
2
g
c
a
mrna
g
c
a
trna
c
g
u
氨基酸
丙氨酸（密碼子為gca）
選擇題
1.d。
2.d。
3.a。
4.c。
識圖作答題
�。�1）氫鍵斷裂；解旋酶；能量。
�。�2）acugaa；轉錄。
�。�3）2。
�。�4）堿基互補配對。
畫概念圖
二、知識遷移
核糖體、trna和mrna的結合都是蛋白質的合成所不可缺少的�？股赝ㄟ^干擾細菌核糖體的形成，或阻止trna與mrna的結合，來干擾細菌蛋白質的合成，抑制細菌的生長。因此，抗生素可用于治療因細菌感染而引起的疾病。
三、技能應用
1.提示：可以通過查閱密碼子表，寫出每個氨基酸可能對應的堿基編碼。
2.這種方法只能推測出可能的堿基序列，而不能寫出確定的堿基序列。這種方法簡便、快捷，不需要實驗。
3.推測不能代替用測序儀進行的基因測序。因為推測只能得出幾種可能的堿基序列，而不能得到確定的堿基序列。
四、思維拓展
1. c。
2.提示：此題旨在引導學生搜集生物科學史的資料，通過科學發現的過程認識理論推導和實驗論證在科學發現中的作用。
4.3 傳密碼的破譯 篇2
學習導航
1.學習目標
�。�1）說出遺傳密碼的閱讀方式。
�。�2）說出遺傳密碼的破譯過程。
2.學習建議
（1）“克里克的實驗”是比較深奧的知識,可采用與英文句子類比的方法，使復雜的問題更容易理解。
�。�2）遺傳密碼的破譯過程是本節的主要內容，可通過比較分析“尼倫伯格和馬太實驗”的設計思路的差異,初步理解遺傳密碼的破譯方法。即克里克通過研究堿基的改變對蛋白質合成的影響推斷遺傳密碼的性質，這種方法不需要理解蛋白質合成的過程，就能推斷出密碼子的總體特征，但不是直接證據，而且工作量大。尼倫伯格通過建立蛋白質體外合成系統，直接破解了遺傳密碼的對應規則，這種方法快速、直接，但是這種方法的建立需要首先了解細胞中蛋白質合成所需要的條件。
自我測評
一、選擇題
1.下列各項中，錯誤的是（ �。�
a.克里克t4噬菌體實驗不能證明苯丙氨酸的密碼子是uuu
b.克里克t4噬菌體實驗表明遺傳密碼的閱讀方式是非重疊的閱讀方式
c.尼倫伯格和馬太的實驗可以說明三個堿基決定一個氨基酸
d.以上兩個實驗對遺傳密碼的破譯都做出了貢獻，促進了科學的發展
2.某個真核細胞中的dna可以轉錄出mrna的個數是（ �。�
a.1 b.2 c.3 d.多個
3.下圖為mrna的一段堿基序列，其中含有的遺傳密碼子有（ ）。
↓起點
gguucgcacgcuu
a.1個 b.2個 c.3個 d.4個
4.在下列基因的改變中，合成出具有正常功能蛋白質的可能性最大的是（ �。�
a.在相關基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對
b.在相關基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基對
c.在相關基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對
d.在相關基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對
5.最早提出3個堿基編碼一個氨基酸的科學家和首次用實驗加以驗證的科學家分別是（ ）。
a.克里克、伽莫夫 b.克里克、沃森
c.摩爾根、孟德爾 d.伽莫夫、克里克
6.尼倫伯格和馬太采用蛋白質的體外合成技術進行的實驗沒有說明（ �。�
a.多聚尿嘧啶核苷酸導致了多聚苯丙氨酸的合成
b.尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈
c.結合克里克的研究成果，得出與苯丙氨酸對應的密碼子是uuu
d.細胞提取液中的遺傳信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽鏈
7.某信使rna上有1800個堿基，則該信使rna控制合成的多肽鏈上最多有多少個氨基酸？（ �。�
a.200 b.300 c.400 d.600
8.在遺傳密碼子的閱讀方式驗證實驗中，克里克沒有證明的是（ �。�
a.3個堿基決定一個氨基酸
b.遺傳密碼從一個固定起點開始，無間隔
c.遺傳密碼以非重疊的方式閱讀
d.遺傳密碼與氨基酸之間的對應關系
9.在下列試管中，能合成多肽鏈的是（ �。�。
a.除去dna和mrna的細胞提取液＋多聚尿嘧啶核苷酸＋酪氨酸
b.除去dna和mrna的細胞提取液＋多聚尿嘧啶核苷酸＋絲氨酸
c.除去dna和mrna的細胞提取液＋多聚尿嘧啶核苷酸＋苯丙氨酸
d.除去dna和mrna的細胞提取液＋多聚尿嘧啶核苷酸＋半胱氨酸
10.尼倫伯格和馬太采用了蛋白質體外合成技術，成功地揭示了決定苯丙氨酸的密碼子為uuu。你認為該實驗中的最關鍵操作是（ �。�。
a.利用除去dna和mrna的細胞提取液
b.利用人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
c.在每支試管中只加入一種氨基酸
d.準確測定多肽鏈中的氨基酸種類
11.采用蛋白質體外合成技術揭示遺傳密碼實驗中，改變下列哪項操作，即可測出全部的遺傳密碼與氨基酸的對應規則（ �。�。
a.無dna和mrna細胞的提取液 b.人工合成的多聚核苷酸
c.加入的氨基酸種類和數量 d.測定多肽鏈中氨基酸種類的方法
12.下列各項中，屬于莫爾斯密碼與遺傳密碼相同點的是（ �。�。
a.密碼之間有分隔 b.每個密碼子都由三部分組成
c.都能控制蛋白質的合成 d.都攜帶一定的信息
13.遺傳密碼的閱讀方式是（ �。�。
a.非重疊的閱讀方式 b.重疊的閱讀方式
c.兩種情況都有 d.兩種情況都無
二、非選擇題
14.下圖為一段mrna中的堿基序列，請根據題意回答下面的問題。
（1）寫出該mrna對應的dna分子。
�。�2）若在第3個遺傳密碼子的u和u中間插入堿基u，則從插入點開始的所有遺傳密碼子都被 。
�。�3）若在第4個遺傳密碼子中的堿基g改變為堿基c，則在該mrna分子中改變的遺傳密碼子有 個。
（4）若在第2個遺傳密碼子和3個遺傳密碼子的中間插三個堿基cug，則該mrna分子中的原來遺傳密碼子發生改變的有 個。
15.下圖是尼倫伯格和馬太破譯第一個遺傳密碼的實驗，每個試管中加入了一種氨基酸，再加入除去了dna和rna的細胞提取液，以及人工合成的rna多聚尿嘧啶核苷酸。請根據圖分析回答下列問題。
�。�1）尼倫伯格和馬太在本實驗中采用了 技術。
�。�2）在實驗中要除去細胞提取液中dna和mrna的目的是 。
（3）本實驗可以說明 。如果加入的是人工合成的rna多聚鳥嘌呤核苷酸，加入的氨基酸不變，還能形成多聚苯丙氨酸嗎？ ，為什么？ 。
（4）密碼子是指 。mrna的作用是 。
參考答案
一、選擇題
1.c 2.d 3.d 4.c 5.d 6.d 7.d 8.d 9.c 10.b 11.b 12.d 13.a
二、非選擇題
14.（1）
（2）改變（3）1（4）0
15.（1）進行蛋白質的體外合成
（2）防止dna和mrna中的遺傳信息起作用，影響肽鏈的形成
�。�3）多聚尿嘧啶核苷酸導致了多聚苯丙氨酸的合成 不能 苯丙氨酸的密碼子為uuu，ggg對應的是甘氨酸，所以不能合成多聚苯丙氨酸
�。�4）信使rna上決定1個氨基酸的三個相鄰的堿基 將遺傳信息由dna傳遞給蛋白質