师：同学们好。
生：老师好。
师：好，请坐。通过上节课的学习，我们了解到了转基因抗虫棉的故事。面对棉花虫害，我们可以将BT基因导入到棉花的叶肉细胞中，这样就能产生一种BT抗虫蛋白。那么基因是如何指导蛋白质合成的呢？我们知道，基因通常是有遗传效应的DNA片段，通过转录，可以使遗传信息转移到mRNA上。那么mRNA上的碱基能够直接合成蛋白质吗？大家思考一下，可以吗？
生：不能。
师：对，合成蛋白质我们需要用到的物质是氨基酸。所以我们需要将碱基转化成氨基酸，这一个过程就叫做翻译。好，这一节课，我们就来学习翻译的具体过程。“质疑寻觅”来预备起。
生：质疑寻觅还原基因表达，发散洞察破译遗传密码。
师：好，让我们一起走进本节课的学习，了解翻译的具体过程，解决虫害的问题。刚才说到要将碱基转化成氨基酸，我们需要探究它们两者之间的对应关系。mRNA上的4种碱基是如何形成21种氨基酸的呢？大家可以稍稍思考一下，老师给大家一个提示，现在遗传信息在mRNA的四种碱基当中，那么几个碱基能够决定一个氨基酸呢？我们要形成21种氨基酸，需要至少几个碱基呀？
生：（同学们预习得好，开始计算）
师：看来同学们都在思考。通过这样的数学推理呢，伽莫夫也同样提出一个假说，mRNA上3个碱基决定一个氨基酸。那么仅仅用假说还是不够的，我们还需要进行实验，实验要用证据说话，对吧？在1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，做了这样一个实验。大家看一下它的实验步骤和结果，你能得出什么样的结论呢？可以小组讨论一下，动动脑，思考一下能够得出什么样的结论呀？
（同学们小组讨论）
师：好，有没有同学来回答一下？好，这位同学你来回答。
生：根据材料里面说，增减1至2个碱基，氨基酸的种类和数量会大幅改变，而增减3个碱基，一个蛋白质里面就会增添或者缺少一个氨基酸。这就很容易说明，应该就是三个碱基决定一个氨基酸。
师：嗯，好，大家听清楚了吗？好，请坐。其实这一个实验就可以很明确地说明，改变的三个碱基就决定了一个氨基酸。那么我们可以类比一句英文来理解这个意思。比如说这个英文句子“the fat cat ate the big rat”，我们发现在这一个句子当中，是不是每一个单词都是由3个字母组成的呀？对吧。你如果去掉一两个字母，会大幅改变它的意思，而如果去掉3个的话，只是改变了一个单词。那么就像三个字母组成一个单词一样，我们把三个碱基决定的这一个氨基酸叫做密码子。在mRNA上，决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做密码子。那比如说我给你一段BT抗虫蛋白的mRNA，其中的AUG就是一个密码子，对吧？那你能找到其他的密码子还有什么吗？
生：顺着往下，应该还有CUG和CGA。
师：对，那么在读取的时候，我们就会发现要遵循一定的规则。比如说认读的方向是从哪到哪啊？
生：从左到右。
师：对，标了这个方向应该正确的，是从5'端到3'端，对吧？mRNA上就是这样从5'端到3'端来读，并且相邻的密码子之间是没有间隔的，那会不会重叠呢？有没有重复使用的呀？
生：没有。
师：所以不会重叠，这是我们读取密码子的一个规则。现在我们已经清楚了什么是密码子，那么怎么知道某一个密码子对应的是哪一种氨基酸呢？我们来看科学家进行的这样一个实验。在1961年，通过构建体外实验系统，人们首次破译了第一个遗传密码UUU，它编码的就是苯丙氨酸。这一个实验在我们教材70页科学史话，感兴趣的同学可以课后去阅读一下。那么按照此种方法，在后面的时间里，人们又陆续破译了其他的密码子，制成了这样的密码子表。我们可以看一下教材相应的表格，这就是密码子表。那么我们怎么应用这样的密码子表来读取密码子呢？老师来教大家阅读的规则。首先我们可以看到，上面是不是标注了1、2、3个碱基呀？对不对。比如说，我就想找刚才那个UUU对应的氨基酸，那我第一个碱基是U，我可以读取到，它应该在第一行，对吧？然后第二个碱基还是U，那我再找第一列，是不是找他们相交的部分啊？对吧。第三个碱基还是U，我再找最后一列，是不是一下就找到它对应的氨基酸了？所以，UUU这一个密码子对应的应该是苯丙氨酸。好，按照这种方法，你能找到AAG这一个密码子编码的氨基酸吗？
生：赖氨酸。
师：看来大家已经掌握了这种阅读的方法。那我们再来看这一个表，还可以给我们提供哪些信息呢？哎，我们来把目光聚焦到左下角这里，就会发现有两个比较特殊的，它标了“起始”两个字，那它代表什么意思呢？“起始”的话，应该是表示开始，对吧？开始，那也就是说，我是不是要从这里开始我这个翻译的过程啊？所以我们把它叫做起始密码子，有AUG和GUG，它们也要编码氨基酸，编码的是甲硫氨酸，可以把它标注一下，起始密码子。那么有起点，有开始就要有终点，结束的位置对不对？那么在右上角这里，我们会发现有三个，把它叫做终止密码子，UAA、UAG和UGA，在一般情况下，它们三个就不编码氨基酸。好，这是我们需要注意的两个地方，起始密码子和终止密码子。那我们再看这一个表，还能得到哪些信息呢？比如说，我们来找一找编码苏氨酸的密码子。找一找啊，编码苏氨酸的密码子。哎，这位同学，你来回答一下。
生：ACU、ACC、ACA、ACG。
师：大家说他说的对不对啊？那你发现编码苏氨酸的密码子它有什么样的特点啊？
生：一种氨基酸可以有多种密码子。
师：好，请坐。我们发现一种氨基酸，就是苏氨酸，这一种氨基酸它可以有多个密码子，对吧？那我们把这样的特点叫做密码子的简并性。这样是不是就增加了容错性啊？对吧，改变了一个碱基，有可能决定的氨基酸并没有改变。好，那么我们来看这样一道判断题，如果我说“一种氨基酸一定有多个密码子”，这个正确吗？
生：错。
师：为什么呢？举手谁来回答。好，这位同学。
生：因为有的氨基酸是起始密码子，它只有一个。
师：你找到了相应的反例对吗？对，大家认为正确吗？我们说想判断这一句话正确与否，是不是看是不是都符合这个情况啊？对吧。我在这个密码子表当中，可以找到一些氨基酸，它只有对应的一个密码子，所以说这个说法是不是过于绝对了？对吧，好，那它是错误的。我们现在已经清楚了密码子相关的知识，那我们再来想一个问题，你既然想把mRNA上的碱基和氨基酸对应起来，那它能直接结合过来吗？氨基酸上是不是没有相应的结构可以和碱基相结合呀？对吧，所以这个时候我最好借助一个工具。那么我们前面学习过的是谁呀？
生：tRNA，它也叫做转运RNA。
师：对，它正好就有相应的结构可以完成这个使命。我们来看一下，tRNA它的RNA链经过折叠，可以形成这样的三叶草形的结构。那么它上方这个3'端，可以结合相应的氨基酸，下方又有相邻三个碱基。那大家想一下，这三个相邻的碱基是不是就可以和mRNA上的密码子进行碱基互补配对呀？我们把这样的，能够和密码子发生碱基互补配对的三个相邻碱基，叫做反密码子。好的，那老师现在给出mRNA上的一个密码子是CAU，你能判断出它的反密码子是什么吗？
生：通过碱基互补配对，反密码子应该是GUA。
师：对，这是它的反密码子。那你说现在这个tRNA携带的氨基酸的种类，是由GUA决定的，还是CAU决定的呢？
生：CAU。
师：想一想为什么？哪个同学来回答一下。来，这位同学来回答一下，应该是由哪一个决定的？
生：我觉得应该是CAU，因为它是密码子对应的三个碱基，所以说我们可以通过相应的查阅密码子表，进行确定氨基酸的种类。
师：对，好请坐。大家一定要区分清楚密码子和反密码子。好的，那么现在我们就已经得到了有关于蛋白质合成的很多条件。比如说一条mRNA链，这上面现在携带着遗传信息，对吧？我要通过它来指导蛋白质的合成，那我同样还需要游离的21种氨基酸，它作为原料，那么再通过tRNA把它搬运过来，到mRNA上。最后，我们还需要一个生产蛋白质的机器，这是我们前面学过的，应该是核糖体。好的，那么现在呢，老师就给大家这些模型作为大家的材料，通过结合教材小组讨论的方式，尝试利用手中的模型，动态模拟出BT抗虫蛋白的一个生产线，时间是10分钟。注意听清楚要求，我们需要获得一条多肽链。这里有3点小提示给大家，能够帮助你完成这个构建过程。好，现在可以开始了，要互相配合，互相讨论一下，结合我们教材上的这个示意图，不着急摆，先看清楚每一个都代表着什么，从哪里开始呢，相互配合，派一个人来专门查这个表，这里是不是标了相应的位点啊？对吧，那从哪里开始呢？嗯，然后我们是不是得找能够和它碱基互补配对的？那你说它携带的氨基酸是谁？相互配合啊，有的人找这个密码子，有的人来摆，有的人来指挥，一起摆一摆。