第3节　遗传密码的破译（选学） (4).ppt

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1、第第3 3节节 遗传密码子的破译遗传密码子的破译第第3 3节节 遗传密码子的破译遗传密码子的破译问题探讨问题探讨一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式二、克里克的实验证据二、克里克的实验证据三、遗传密码对应规则的发现三、遗传密码对应规则的发现课堂练习课堂练习 我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序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？列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？问题探讨问题探讨一个密码子（一个密码子（3个碱基）决定一个

2、氨基酸。个碱基）决定一个氨基酸。研究的背景：研究的背景：“中心法则中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从息传递的方向，总体上来说是从DNARNA蛋白蛋白质。那质。那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。返回返回一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式 1954年科普作家年科普作家伽莫夫伽莫夫伽莫夫伽莫夫G.GamorG.Gamo

3、r对破译密码首对破译密码首先提出了挑战。当年，他在先提出了挑战。当年，他在自然自然Nature杂志首杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱三个碱三个碱三个碱基编码一个氨基酸基编码一个氨基酸基编码一个氨基酸基编码一个氨基酸。接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重叠和非基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？序列会有什么不同呢？遗传密码的试拼与阅读方式的探索遗传密码的试拼与阅读方式的探索 思考思考:当图中当图中DNA

4、的第三个碱基的第三个碱基(T)发生改变时发生改变时,如果如果密码是非重叠的密码是非重叠的,这一改变将影响这一改变将影响_个氨基酸个氨基酸,如果是重叠的又将影响如果是重叠的又将影响_个氨基酸。个氨基酸。13 在图中在图中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,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的,这一改变将影响这一改变将影响_个氨个氨基酸基酸,如果密码是重叠的如果密码是重叠的,又将影响又将影响_个氨基个氨基酸。酸。33返回返回二、克里克的实验证据二、克里克的实验证据（遗传密码子的验证（遗传密码子的验证（遗传密码子的验证（遗传密码子的验证）1961年年,克里克对克里克对

5、T4噬菌体噬菌体DNA上的一个基因进上的一个基因进行处理，使行处理，使DNA增加或减少碱基。增加或减少碱基。通过这样的方法他们发现加入或减少通过这样的方法他们发现加入或减少1个和个和2个个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少白质，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。的蛋白质。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。请比较分析下图请比较分析下图:插入插入_个碱基对原有氨基酸序列个碱基对原有氨基酸序列影响最

6、小。影响最小。GGTTCGCACGCTTTGAGCGGTATCGCACGCTTTGAGCGGTAATCGCACGCTTTGAGCGGTAAATCGCACGCTTTGAGC3分析上图分析上图:减少减少_个碱基对原有氨基酸序列影响最小。个碱基对原有氨基酸序列影响最小。3插入插入1个碱基：个碱基：插入插入3个碱基：个碱基：插入插入2个碱基：个碱基：克里克是第一个用实验证明克里克是第一个用实验证明遗传密码中遗传密码中3个碱基个碱基编码编码1个氨基酸个氨基酸的科学家。这个实验还同时表明的科学家。这个实验还同时表明:遗遗传密码从一个固定的起点开始传密码从一个固定的起点开始,以非重叠的方式阅读以非重叠的方式

7、阅读,编码之间没有分隔符。编码之间没有分隔符。问题：问题：3个碱基排列成的个碱基排列成的1个密码对应的是哪一个氨基酸呢？个密码对应的是哪一个氨基酸呢？返回返回三、遗传密码对应规则的发现三、遗传密码对应规则的发现 1961-1962年，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验年，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验：每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结多聚尿嘧啶核苷酸，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。果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽

8、链。思考：思考：1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和和mRA？细胞中原有的细胞中原有的mRA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；细胞中原有的果；细胞中原有的DNA可能作为可能作为mRNA合成的模板，而新合成的模板，而新合成的合成的mRNA也会干扰实验的结果，因些要除去。也会干扰实验的结果，因些要除去。2、如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，、如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？确保你的重大发现得到同行的认可？作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸

9、外，作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外，其它所有成分都与实验组的试管相同。其它所有成分都与实验组的试管相同。尼伦伯格和马太的实验结果不仅证实了无细胞系尼伦伯格和马太的实验结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。是苯丙氨酸的密码子。这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白在接

10、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，破译出了全部的密质的思路，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。这项工作成为生物学史码子，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碑！为人类探索和提示生命的本上的一个伟大的里程碑！为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。发展有着重要的推动作用。小结小结 1.1.19541954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3 3个碱基编码一个氨基酸。个碱基编码一个氨基酸

11、。2.2.19611961年克里克第一个用年克里克第一个用T T4 4噬菌体实验证明了噬菌体实验证明了遗传密码中遗传密码中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进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。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。我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，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基组成的，克里克则是

12、巧妙地设计实验，由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使使DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫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码子的推测，由理论走向实验，为密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重要的一步。而尼伦伯格的实验则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，他建立巧妙的无细胞系统进行体外更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的蛋白质合成，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了所有的密码子。他的贡献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

13、传密码的破译，更重要的也在对生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维方式。物研究方法上开启了新的思维方式。比较的莫尔斯密码与遗传密码的异同比较的莫尔斯密码与遗传密码的异同项项 目目莫尔斯电码莫尔斯电码遗传密码遗传密码密码间有无隔符密码间有无隔符长度是否固定长度是否固定阅读方式是否重叠阅读方式是否重叠密码所采用的符号密码所采用的符号有间隔符有间隔符“/”长度不固定，长度不固定，1到到4隔符号不等隔符号不等非重叠方式阅读非重叠方式阅读 无分隔符无分隔符长度固定，长度固定，3隔符号隔符号非重读方式阅读非重读方式阅读AUGC课堂练习课堂练习C C1、在下列基因的改变中，

14、合成出具有正常功能蛋、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：（白质的可能性最大的是：（）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2、最早提出、最早提出3个碱基编码一个氨基酸的科学家和个碱基编码一个氨基酸的科学家和首次用实验的方法加以证明的科学家分别是：（首

15、次用实验的方法加以证明的科学家分别是：（）A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 C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D3、采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实验、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：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 B B返回返回