高三生物第一轮复习必修二：第四章第18课时

第18课时遗传密码的破译(选学)目标导航1.说出遗传密码的阅读方式。2.说出遗传密码的破译过程。一、遗传密码的阅读方式1．____________的阅读方式：以3个碱基决定1个氨基酸，依次阅读。2．________的阅读方式：同一个碱基，被不同的遗传密码重复读取，解读出不同的含义。二、克里克的实验证据1．克里克以T4噬菌体为实验材料。2．实验发现(1)在相关的碱基序列中增加或删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质。(2)增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质。(3)增加或删除三个碱基时，合成了具有正常功能的蛋白质。3．实验证明：遗传密码从一个固定的起点开始，以__________的方式阅读，编码之间没有分隔符。三、遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太采用________________________________方法：在每支试管中预先加入ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体等，再加入当时并不清楚是否带有遗传信息的________________________。实验过程设计得非常巧妙，实验结果更令人兴奋。在加入多聚尿嘧啶核苷酸和苯丙氨酸的试管中产生了一些多肽。他们成为世界上破译第一个遗传密码的人。通过艰辛的实验，1967年科学家终于破译了全部遗传密码。尼伦伯格等的研究表明，在全部64个密码子中有61个密码子负责20种氨基酸的编码，其中AUG不仅编码甲硫氨酸，同时也是真核细胞唯一的起始密码子；有3个是终止密码子(UAA、UAC、UGA)，不编码任何氨基酸。尼伦伯格等因破译遗传密码而荣获1968年的诺贝尔生理学或医学奖。四、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，若在某基因编码区的DNA序列或其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，这样的突变亦称移码突变，对微生物常有致死作用。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……。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。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使用的，这可以看作是一种例外现象。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。由于简并性，某些DNA碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变，这对维持物种的稳定性有重要意义。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。起始密码子与终止密码子：UAG、UAA、UGA为终止密码子，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止，AUG是甲硫氨酸的密码，同时又是起始密码子。知识点一遗传密码的阅读方式及其实验证据1．mRNA的碱基序列GAUCGA中，每三个碱基决定一个氨基酸，按重叠和非重叠方式阅读，分别能决定几种氨基酸()A．4种和2种B．5种和2种C．6种和2种D．2种和2种2．mRNA碱基序列中，随机插入1个碱基，变化后的mRNA上的密码子的变化是()A．全部密码子改变B．只有一个密码子改变C．基本不变D．插入碱基后的所有密码子改变知识点二遗传密码对应规则的发现3．尼伦伯格和马太采用了蛋白质体外合成技术，成功地揭示了决定苯丙氨酸的密码子为UUU，你认为该实验中最关键的操作是()A．利用除去DNA和mRNA的细胞提取液B．利用人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸C．在每支试管中只加入一种氨基酸D．准确测定多肽链中的氨基酸种类4．尼伦伯格和马太采用蛋白质体外合成的技术，用人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸合成多聚苯丙氨酸的肽链时，加入细胞提取液。下列关于合成过程中利用的细胞提取液成分的叙述中，错误的是(多选)()A．ATP酶tRNA氨基酸B．ATP酶mRNA氨基酸C．ATP酶DNA氨基酸D．ATP酶rRNA氨基酸基础落实1．在遗传密码的阅读方式验证实验中，克里克没有证明的是()A．3个碱基编码1个氨基酸B．遗传密码从一个固定起点开始，编码之间无分隔符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2．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UUUB．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3个碱基决定1个氨基酸D．以上两个实验对遗传密码的破译都作出了贡献，促进了科学的发展3．尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技术进行的实验没有说明()A．多聚尿嘧啶核苷酸导致多聚苯丙氨酸的合成B．RNA多聚尿嘧啶核苷酸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UUUD．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4．采用蛋白质体外合成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码与氨基酸的对应规则()A．无DNA和mRNA的细胞提取液B．人工合成的多聚核苷酸C．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5．大肠杆菌某基因原有183对碱基，现经过突变成为180对碱基(减少的碱基对与终止密码子无关)，它指导合成的蛋白质分子与原来基因指导合成的蛋白质分子相比较，差异可能为()A．只差一个氨基酸，其他顺序不变B．除长度相差一个氨基酸外，其他顺序也有改变C．长度不变，但顺序改变D．A、B都有可能能力提升6．在下列基因的突变中，合成出具有正常功能的蛋白质的可能最大的是()A．在相关基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对B．在相关基因的碱基序列中删除或增加两个碱基对C．在相关基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对D．在相关基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对题号123456答案7.假设遗传密码的阅读方式有以下两种(如图)非重叠的阅读方式重叠的阅读方式(1)写出图中DNA序列以上述两种方式阅读后的密码子及决定氨基酸的个数。①密码子：____________________；氨基酸个数：________。②密码子：__________________________________________；氨基酸个数：________。(2)当图中的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________个氨基酸；如果密码是重叠的，将影响________个氨基酸。(3)①在图中的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________个氨基酸；如果密码是重叠的，将影响________个氨基酸。②在图中的DNA的第三个碱基T后插入两个碱基，如果密码是非重叠的，这一改变将影响________个氨基酸；如果密码是重叠的，将影响________个氨基酸。③在图中的DNA的第三个碱基T后插入三个碱基，如果密码是非重叠的，这一改变将影响________个氨基酸；如果密码是重叠的，将影响________个氨基酸。8．下表是Khorana为破译密码子进行实验的结果：(用两个、三个或四个核苷酸构造重复多聚体来确定密码子)重复顺序可组成的三联体密码子多肽的氨基酸组成(UC)nUCU－CUC丝氨酸—亮氨酸(UUC)nUUC，UCU，CUU多聚苯丙氨酸，多聚丝氨酸，多聚亮氨酸(UUAC)nUUA—CUU—ACU—UAC亮氨酸—亮氨酸—苏氨酸—酪氨酸通过分析实验中可能出现的密码子以及生成的多肽中氨基酸组成的比较，得出下列氨基酸的密码子：亮氨酸：______、________；丝氨酸：________；苯丙氨酸：________。9．下图是尼伦伯格和马太破译第一个遗传密码的实验，每支试管中加入了一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。请回答下列问题：(1)尼伦伯格和马太在本实验中采用了______________________________技术。(2)在实验中除去细胞提取液中DNA和mRNA的目的是______________________________________________________________________________________________。(3)本实验说明__________________________________________________________。如果加入的是人工合成的RNA多聚鸟嘌呤核苷酸，加入的氨基酸不变，能合成多聚苯丙氨酸吗？________，为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)密码子是指________________________________________________________。mRNA的作用是_______________________________________________________________。答案知识清单一、1.非重叠2．重叠二、3.非重叠三、蛋白质的体外合成技术多聚尿嘧啶核苷酸对点训练1．A[题中碱基序列，如果按重叠方式阅读，可有GAU、AUC、UCG、CGA四种读法；如果按非重叠方式阅读，可有GAU、CGA两种读法，分别决定4种和2种氨基酸。]2．D[mRNA中密码子的读法是以非重叠方式连续阅读，插入一个碱基后，其后的所有密码子在阅读时前延一个碱基，所以，插入碱基后的所有密码子全部改变。]3．A[原细胞中的DNA转录产生的mRNA和已经转录好的mRNA都会指导合成蛋白质，若不除去，则无法确定合成的多肽链是哪条模板链的产物，也就无法确定氨基酸与密码子的对应关系。]4．BC[细胞提取液中，与蛋白质合成有关的成分有DNA、mRNA、氨基酸、酶、tRNA、核糖体等，但在使用细胞提取液时，除去了对合成氨基酸有影响的DNA和mRNA。]课后作业1．D[克里克通过实验证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。]2．C[尼伦伯格和马太的实验不能证明遗传密码中3个碱基决定1个氨基酸。]3．D[尼伦伯格和马太在试管中加入的是RNA多聚尿嘧啶核苷酸，且当时不知是否携带遗传信息。]4．B[遗传密码的测定关键是在试管中加入已知多聚核苷酸和已知氨基酸。]5．D[大肠杆菌某基因有183对碱基，后突变为180对碱基，可以是连续的三个碱基对减少，导致正好差一个密码子，即差一个氨基酸，而其他顺序不变；还可能不连续减少三个碱基对，这种改变会导致改变处后面的所有密码子全部改变，除总数差一个氨基酸外，氨基酸序列也会改变。]6．C[增减基因中的碱基对会引起蛋白质的氨基酸序列发生改变。插入或删除一个或两个碱基对时，会引起其转录形成的mRNA上增删位点后续的所有密码子发生改变。删除或增加三个碱基对时，只涉及一个氨基酸的变化，最有可能合成出具有正常功能的蛋白质。]7．(1)①GGT、TCG、CAC、GCT4②GGT、GTT、TTC、TCG、CGC、GCA、CAC、ACG、CGC、GCT10(2)13(3)①33②34③15解析(3)当在图中的DNA的第3个碱基T后插入1个碱基A，如果密码子是非重叠的，这一改变将会影响后面所有的氨基酸；如果插入2个碱基，也会影响后面所有的氨基酸；如果插入3个碱基，将会在原氨基酸的序列中多1个氨基酸。当在图中的DNA的第3个碱基T后插入1个碱基A，如果密码子是重叠的，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；如果插入2个碱基，影响4个氨基酸，多肽比原