(精品)第3节　遗传密码的破译（选学） (2).ppt

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1、第四章第四章 基因的表达基因的表达第三节 遗传密码的破译Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学以成功为驿站，不信千锤百炼以成功为驿站，不信千锤百炼金金无足赤；无足赤；凭宏志绘蓝图，务求海阔天空凭宏志绘蓝图，务求海阔天空雁雁得高翔。得高翔。Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学密码子表Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan

2、secondary school广汉市金雁中学1944年年薛定谔（奥）的薛定谔（奥）的生命是生命是什么什么一论文中提出这样的观点：一论文中提出这样的观点：染染色体是由一些同分异构的单体分子连色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成续所组成。这些同分异构单体就像莫。这些同分异构单体就像莫尔斯密码的两个符号：尔斯密码的两个符号：“”“”通通过排列组合来过排列组合来储存遗传信息。储存遗传信息。薛定谔 莫尔斯密码表莫尔斯密码表/DNAWhere are genes located （基因在哪里）（基因在哪里）Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Y

3、an secondary school广汉市金雁中学1953年年沃森沃森-克里克克里克DNA的的双螺旋结构模型双螺旋结构模型Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学1954年，伽莫夫（年，伽莫夫（GGamow）三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学4种碱基20种氨基酸？GGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCT遗传密码的解读方式遗传密

4、码的解读方式非重叠阅读非重叠阅读GGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCT重叠阅读重叠阅读Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学改变碱基序列改变碱基序列对蛋白质的影响对蛋白质的影响推测阅读方式推测阅读方式思路：思路：探究活动探究活动1改变改变碱基碱基序列序列对氨基酸对氨基酸的影响？的影响？非重叠阅读非重叠阅读重叠阅读重叠阅读Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学GGGGA A

5、TCGCACGCTTCGCACGCT非重叠阅读非重叠阅读GGGGA ATCGCACGCTTCGCACGCT重叠阅读重叠阅读Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学影响影响1个个氨基酸氨基酸影响影响3个个氨基酸氨基酸改变碱基种类改变碱基种类 19571957年，年，年，年，英格英格兰兰姆（英）姆（英）镰镰刀型刀型细细胞胞贫贫血症血症血血红红蛋白基因：一个碱基蛋白基因：一个碱基A AT T血血红红蛋白多蛋白多肽链肽链：第六个氨基酸：第六个氨基酸谷氨酸谷氨酸缬缬氨酸氨酸支持支持非重叠非重叠阅读阅

6、读Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学基因的片段基因的片段基因的片段基因的片段GGTTCGCACGCT插入插入1个碱基：个碱基：GGTATCGCACGCT插入插入2个碱基：个碱基：GGTAATCGCACGCT插入插入3个碱基：个碱基：GGTAAATCGCACGCT非重叠阅读非重叠阅读非重叠阅读非重叠阅读:当插入当插入当插入当插入1 1 1 1个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响插入部位后面所有的插入部位后面所有的插入部位后面所有的插入部位后面所有的氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸

7、当插入当插入当插入当插入2 2 2 2个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响插入部位后面所有的插入部位后面所有的插入部位后面所有的插入部位后面所有的氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸当插入当插入当插入当插入3 3 3 3个碱基个碱基个碱基个碱基,将会在将会在将会在将会在原氨基酸序列中多一个原氨基酸序列中多一个原氨基酸序列中多一个原氨基酸序列中多一个氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸改变碱基数量改变碱基数量当插入当插入当插入当插入1 1 1 1个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸当插入当插入当插入当插入2 2 2 2个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响

8、氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸当插入当插入当插入当插入3 3 3 3个碱基个碱基个碱基个碱基,将会在将会在将会在将会在氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸基因的片段基因的片段基因的片段基因的片段GGTTCGCACGCT插入插入1个碱基：个碱基：GGTATCGCACGCT插入插入2个碱基：个碱基：GGTAATCGCACGCT插入插入3个碱基：个碱基：GGTAAATCGCACGCT重叠阅读重叠阅读重叠阅读重叠阅读:当插入当插入当插入当插入1 1个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响3 3个个个个氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸当插入当插入当插入当插入2 2个碱基个碱基个碱基个碱基,将影响将影响将影响将影响4 4

9、个个个个氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸当插入当插入当插入当插入3 3个碱基个碱基个碱基个碱基,将会在将会在将会在将会在5 5个个个个氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸改变碱基数量改变碱基数量非重叠阅读重叠阅读插入或删除1个碱基插入或删除2个碱基插入或删除3个碱基影响很大影响很大影响很大影响很大影响小影响小影响小影响小影响较大影响较大影响更大影响更大插入或删除碱基后不同阅读方式的影响插入或删除碱基后不同阅读方式的影响Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学克里克的实验证据（克里克的实验证据（1961年）年）

10、用药物处理用药物处理T4T4噬菌体，研究噬菌体，研究某个基因某个基因碱基的增加或缺失碱基的增加或缺失对其对其所编码的蛋白质影响。所编码的蛋白质影响。T4 T4噬菌体能在大肠杆菌噬菌体能在大肠杆菌K K菌株上生长，菌株上生长，形成嗜菌斑形成嗜菌斑。思路：思路：观察对蛋白质观察对蛋白质合成的影响合成的影响性状性状改变碱基改变碱基Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学克里克的实验证据（克里克的实验证据（1961年）年）使某个基因增加使某个基因增加或缺失或缺失1 1个个碱基碱基T4T4噬菌体噬菌

11、体能生长能生长药物处理药物处理不能生长不能生长不能产生正常蛋白质不能产生正常蛋白质能产生正常蛋白质能产生正常蛋白质使某个基因增加使某个基因增加或缺失或缺失2 2个个碱基碱基不能生长不能生长不能产生正常蛋白质不能产生正常蛋白质使某个基因增加使某个基因增加或缺失或缺失3 3个个碱基碱基能生长能生长能产生正常蛋白质能产生正常蛋白质Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学改变三个核苷酸对氨基酸的序列影响最小。改变三个核苷酸对氨基酸的序列影响最小。只能解释为三个碱基编码一个氨基酸，且为非只能解释为三

12、个碱基编码一个氨基酸，且为非重叠阅读。重叠阅读。1、3个相邻的碱基编码一个氨基酸2、有固定的起点3、非重叠阅读4、没有分隔符克里克得出遗传密码的性质：Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学1958年，克里克提出年，克里克提出“中心法则中心法则”揭示遗传信息流动的方向揭示遗传信息流动的方向:DNARNA蛋白质蛋白质1955年年，布拉什首次用实验证实了，布拉什首次用实验证实了蛋白质的合成依赖于蛋白质的合成依赖于RNARNA。1955年，科学家奥巧阿发现了年，科学家奥巧阿发现了“多聚核苷酸磷酸

13、化酶多聚核苷酸磷酸化酶”使使人工合成人工合成RNA成为可能。成为可能。研究背景：研究背景：1961，尼伦伯格和马太建立了，尼伦伯格和马太建立了蛋白质体外合成系统。蛋白质体外合成系统。思路：思路：用已知序列的用已知序列的RNA 人工合成蛋白质人工合成蛋白质找到对应规则找到对应规则Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学探究活动探究活动2请利用请利用人工合成的人工合成的RNA、20种种氨基酸氨基酸溶液、除去溶液、除去DNA和和RNA的大肠杆菌的大肠杆菌细胞提取液细胞提取液（蛋白质体外合成系统）

14、（蛋白质体外合成系统）、试管等，设计实验探究密码子与氨基酸的对应关系。、试管等，设计实验探究密码子与氨基酸的对应关系。实验方案设计过程面临实验方案设计过程面临3个问题：个问题：合成具有怎样碱基序列的合成具有怎样碱基序列的RNA作为模板？作为模板？需要一组还是多组实验？需要一组还是多组实验？每一组中加哪些氨基酸？每一组中加哪些氨基酸？Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学探究活动探究活动21、取、取20支试管编号，均加入等量细胞提取液和多支试管编号，均加入等量细胞提取液和多聚尿嘧啶核苷酸。

15、聚尿嘧啶核苷酸。2、分别向、分别向20支试管中各加入一种氨基酸。支试管中各加入一种氨基酸。3、一段时间后检测哪支试管中产生了多肽链。、一段时间后检测哪支试管中产生了多肽链。Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学（2）、除了添加的）、除了添加的氨基酸氨基酸和和多聚尿嘧啶核苷酸多聚尿嘧啶核苷酸外，外，细胞提取液为蛋白质合成提供了哪些条件细胞提取液为蛋白质合成提供了哪些条件？思考思考（3）、）、为什么要除去细胞提取液中的为什么要除去细胞提取液中的DNA和和mRNA？（5）、如果你是马太或尼伦伯

16、格，为使实验结果更具说服）、如果你是马太或尼伦伯格，为使实验结果更具说服力，你将如何设计对照组？力，你将如何设计对照组？（1）、）、实验中多聚尿嘧啶核苷酸实验中多聚尿嘧啶核苷酸（UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU）的作用是什么？的作用是什么？（4）、如何）、如何除去细胞提取液中的除去细胞提取液中的DNA和和mRNA？Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary

17、 school广汉市金雁中学（6）要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？材料材料4：19661966年科学家霍拉纳发明了一种新的年科学家霍拉纳发明了一种新的RNARNA合成方合成方法，通过这种方法合成的法，通过这种方法合成的RNARNA可以是可以是2 2个、个、3 3个或个或4 4个碱基个碱基为单位的重复序列，例如为单位的重复序列，例如:将将A A、C C两种核苷酸缩合为两种核苷酸缩合为ACACACACACACACACACAC长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说

18、明苏氨酸结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是的密码子可能是ACAACA，也可能是，也可能是CACCAC；同样，组氨酸的密；同样，组氨酸的密码子可能是码子可能是CACCAC，也可能是，也可能是ACAACA。如何证明如何证明组氨酸和苏氨酸组氨酸和苏氨酸的密码子是的密码子是ACAACA还是还是CACCAC呢？请设计呢？请设计实验证明。实验证明。Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学不间断性不间断性不重叠性不重叠性简并性简并性通用性通用性有起始密码有起始密码有终止密码有

19、终止密码遗传密码的破译过程：遗传密码的破译过程：1 1、19441944年，薛定谔年，薛定谔 预言遗传密码类似于莫尔斯电码预言遗传密码类似于莫尔斯电码“一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人”尼伦伯格2 2、19541954年，伽莫夫年，伽莫夫 提出三联体密码提出三联体密码3 3、19611961年，克里克年，克里克 证明三联体密码是非重叠阅读证明三联体密码是非重叠阅读4 4、19611961年，尼伦伯格、马太年，尼伦伯格、马太 破译第破译第1 1个密码子个密码子5 5、19691969年，很多科学家年，很多科学家 破译全部密码子破译全部密码子大胆想像大胆想像数学推理数学推理实验证明（间接

20、）实验证明（间接）实验证明（直接）实验证明（直接）实验证明（方法创新）实验证明（方法创新）漫长而艰辛漫长而艰辛要具备要具备“敏锐、大胆、睿智和创新”的的科学素养。科学素养。合作合作Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学遗传密码的破译树立了生物学史上一座伟大的里程碑，遗传密码的破译树立了生物学史上一座伟大的里程碑，意味着人类探索和揭示生命本质的研究向前迈进一大步，为意味着人类探索和揭示生命本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。后面分子遗传生物学的发展有着重

21、要的推动作用。遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现遗传密码的破译、测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石之。是基因工程的三大基石之。是基因工程的三大基石之。是基因工程的三大基石之。遗传密码破译的意义遗传密码破译的意义Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学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

22、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C C课堂自检课堂自检Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学2、最早提出、最早提出3个碱基编码一个氨基酸的科学家

23、和首次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：（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D DGuanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学3、采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实、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（码与氨基酸

24、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 BGuanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学4.把小鼠的信使把小鼠的信使RNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定加入到大肠杆菌提取液中，在一定

25、条件下，能合成出小鼠的血红蛋白。这个事实说明（条件下，能合成出小鼠的血红蛋白。这个事实说明（）A控制蛋白质合成的基因位于信使控制蛋白质合成的基因位于信使RNA上上B小鼠的信使小鼠的信使RNA能使大肠杆菌向小鼠转化能使大肠杆菌向小鼠转化C生物的遗传密码都相同生物的遗传密码都相同D小鼠是信使小鼠是信使RNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠在大肠杆菌体内控制合成了小鼠DNAC CGuanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学5.科学家已经证明密码子是科学家已经证明密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻

26、的碱基。上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。（1）据理论推测，）据理论推测，mRNA上的三个相邻的碱基可以构成上的三个相邻的碱基可以构成_种排列方式，种排列方式，实际上决定氨基酸的密码子共有实际上决定氨基酸的密码子共有_种。种。（2）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子）第一个被科学家破译的是决定苯丙氨酸的密码子UUU。1959年，科学家年，科学家M.Nireber和和S.Ochoa用人工合成只含用人工合成只含U的的RNA为模版，在一定条件下合成只有苯为模版，在一定条件下合成只有苯丙氨酸组成的多肽，这里一定的条件应是指丙氨酸组成的多肽，这里一定的条件应是指 _。（3）继上述实验后，又有科学

27、家用）继上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相同排列的两种碱基相同排列的mRNA为模版，为模版，检验一个密码子是否含有三个碱基。如果密码子是连续翻译的：检验一个密码子是否含有三个碱基。如果密码子是连续翻译的：假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽中应由指导合成的多肽中应由_种氨基酸组成。种氨基酸组成。假如一个密码子中含有三个碱基，则该假如一个密码子中含有三个碱基，则该RNA指导合成的多肽链中应由指导合成的多肽链中应由_种氨基酸组成。种氨基酸组成。二、克里克的实验证据：二、克里克的实验证据：不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和终止密码不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和终止密码三、遗传密码对应规则的发现：三、遗传密码对应规则的发现：1.3个碱基决定1个氨基酸2.有固定的起点有固定的起点3.非重叠阅读非重叠阅读4.没有分隔符没有分隔符遗传密码的性质遗传密码的性质四、遗传密码的特性四、遗传密码的特性一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式 尼伦伯格和马太尼伦伯格和马太蛋白质体外合成实验蛋白质体外合成实验板书设计板书设计Guanghan Jin Yan secondary schoolGuanghan Jin Yan secondary school广汉市金雁中学谢谢大家谢谢大家再见！再见！