人教版必修二4-3遗传密码的破译.ppt

康平高中孙伟第3节 遗传密码的破译 研究背景研究背景1954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫G.Gamor在在Nature杂志首杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，以数学逻辑推理次发表了遗传密码的理论研究的文章，以数学逻辑推理的方式指出的方式指出三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸。在三个碱基（编码一个氨基酸）中的每个碱基作为信息在三个碱基（编码一个氨基酸）中的每个碱基作为信息是否与莫尔斯密码一样以非重叠的方式阅读呢？以是否与莫尔斯密码一样以非重叠的方式阅读呢？以重叠重叠和和非重叠非重叠方式阅读方式阅读DNA序列会有什么不同呢？序列会有什么不同呢？一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式思考讨论思考讨论l1.当图中当图中DNA的第三个碱基的第三个碱基(T)发生改变时发生改变时,如果密码是如果密码是非重叠的非重叠的,这一改变将影响这一改变将影响_个氨基酸个氨基酸,如果是重叠如果是重叠的又将影响的又将影响_个氨基酸。个氨基酸。l密码是非重叠的：密码是非重叠的：影响影响1 1个氨基酸，个氨基酸，l密码是重叠的：密码是重叠的：影响影响3 3个氨基酸个氨基酸思考讨论思考讨论l2、当图中、当图中DNA的第三个碱基（的第三个碱基（T）后插入一个碱基）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？如基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入果插入2个、个、3个碱基呢？个碱基呢？l密码是非重叠的:插入1、2个,影响后面所有的氨基酸（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。l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 如果插入3个碱基：5个氨基酸，多肽比原正常多肽多3个氨基酸二、遗传密码子的验证（克里克的实验）二、遗传密码子的验证（克里克的实验）1961年，DNA分子结构的发现者克里克研究：在T4噬菌体的相关碱基序列中：增加或者删除增加或者删除一个一个碱基，碱基，无法产生无法产生正常功能的蛋白质正常功能的蛋白质 增加或者删除增加或者删除两个两个碱基，也碱基，也无法产生无法产生正常功能的蛋白正常功能的蛋白质质 增加或者删除增加或者删除三个三个碱基，却碱基，却合成了合成了具有正常功能的蛋具有正常功能的蛋白质白质 为什么会产生这样的现象呢？为什么会产生这样的现象呢？遗传密码子的验证（克里克的实验）遗传密码子的验证（克里克的实验）类比分析原句中每个单词都有3个字母组成，7个单词连成一句 THE FAT CAT ATE THE BIG RAT在原第2个单词中插入一个字母R。THE FA R/TCA TAT ETH EBI GRA T在原第2个单词中插入二个字母R。THE FAR/RTC ATA TET HEB IGR AT在原第2个单词中插入三个字母。THE FAR/ROT/CAT ATE THE BIG RAT为什么会这样呢？为什么会这样呢？这只能解释为：遗传密码中这只能解释为：遗传密码中3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸。个氨基酸。这个实验还同时表明这个实验还同时表明:遗传密码从一个固定遗传密码从一个固定的起点开始的起点开始,以非重叠的方式阅读以非重叠的方式阅读,编码之间编码之间没有分隔符。没有分隔符。三、遗传密码对应规则的发现三、遗传密码对应规则的发现 l 19611961年，尼伦伯格和马太利用年，尼伦伯格和马太利用破碎的细破碎的细胞溶液胞溶液建立了一种利用建立了一种利用人工合成的人工合成的RNARNA在在试管里合成多肽链试管里合成多肽链的实验系统，设计了一的实验系统，设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码。个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码。l如果是你，如何设计实验破译遗传密码？1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927）和马太（H.Matthaei）的实验：尼伦柏格和马太实验过程：尼伦柏格和马太实验过程：l1、每个试管中分别加入一种氨基酸；、每个试管中分别加入一种氨基酸；l2、每个试管中分别加入除去了、每个试管中分别加入除去了DNA和和mRNA的细胞的细胞提取液；提取液；l3、每个试管中分别加入人工合成的、每个试管中分别加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶多聚尿嘧啶核苷酸；核苷酸；l结果结果：加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸：加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链；的肽链；实验结果说明什么？实验结果说明什么？这一结果证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子，这是第一个遗传密码子被破译。在接下来的六七年里，科学家沿着体外合在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！碑！小结小结1.1.19541954年科普作家伽莫夫用数学的方法推年科普作家伽莫夫用数学的方法推断断3 3个碱基编码一个氨基酸。个碱基编码一个氨基酸。2.2.19611961年克里克第一个用年克里克第一个用T4T4噬菌体实验证噬菌体实验证明了遗传密码中明了遗传密码中3 3个碱基编码一个氨基酸。个碱基编码一个氨基酸。3.3.19611961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统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个遗传密码。进行体外合成破译了第一个遗传密码。4.4.19691969年科学家们破译了全部的密码。年科学家们破译了全部的密码。l 我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽莫夫我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使DNA增加增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫的三联体密或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更富有创新性，他重要的一步。而尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不仅仅在于对遗传密码的了所有的密码子。他的贡献不仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。维方式。课堂小练课堂小练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课堂小练课堂小练l2.最早提出最早提出3个碱基编码一个氨基酸个碱基编码一个氨基酸 的科学家和首次用实验的科学家和首次用实验的方法加以证明的科学家分别是：（的方法加以证明的科学家分别是：（）lA克里克、伽莫夫克里克、伽莫夫 B克里克、沃森式化克里克、沃森式化 lC摩尔根、尼伦伯格摩尔根、尼伦伯格 D伽莫夫、克里克伽莫夫、克里克课堂小练课堂小练3.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码与氨基酸的对应规则：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