人教版高中生物必修2遗传与进化遗传密码的破译选学课件

1、人民教育出版社,高中,必修,2,第四单元,第四章,第三节,遗传密码的破译（选学,人民教育出版社,高中,必修,2,本节聚焦,1,遗传密码是如何破译的,2,遗传密码有哪些特点,人民教育出版社,高中,必修,2,引入新课,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,mRNA,中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如,何对应的呢,人民教育出版社,高中,必修,2,历史的步伐,1,1866,年，孟德尔提出遗传定律,2,1883,年，科学家发现马蛔虫配中的染色体数目只有体细胞中的一半,3,1890,年，科学家确认了减数分裂产生配子,4,1891,年，科学家描述了减数分裂的

2、全过程,5,1902,年，鲍维丰,T.Boveri,和,1903,年萨顿,W.Sutton,在研究减数分裂时，发现遗传因,子的行为与染色体行为呈平行关系，提出染色体是遗传因子载体，可说是染色体,遗传学说的初步论证,人民教育出版社,高中,必修,2,6,1909,年的约翰逊,W.Johannsen,称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”，并明确区别基,因型和表型,7,1909,年，詹森斯,F.A.Janssen,观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现,象提供了基础,8,1909,年，摩尔根,T.H.Morgan,1866-1945,开始对果蝇迸行实验遗传学研究，发现了伴性遗,传的规律。

3、他和他的学生还发现了连锁、交换和不分离规律等。并进一步证明基因在染,色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说,1926,年摩尔根提出基因学说，发表,基因论,人民教育出版社,高中,必修,2,9,20,世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和,DNA,组成的,10,1928,年格里菲思的肺炎双球菌实验,11,1940,年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌的转化的实验,12,1941,年提出了一个基因一种酶的假说。一个基因一种酶假说暗示了基因的作用是指导蛋,白质分子的最后构型，从而决定其特异性,13,1944,年，理论物理学家薛定谔发表的什么是生命一书中就大胆地预言，遗传物质是,一种信息分子，可能类

4、似作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号,通过排,列组合来储存遗传信息,人民教育出版社,高中,必修,2,14,1952,年赫尔希和蔡斯的,T2,噬菌体侵染大肠杆菌的实验。确认,DNA,是遗传物质,15,1953,年，沃森和克里克发现,DNA,双螺旋结构,16,1957,年提出一个中心法则：遗传信息可以从,DNA,流向,DNA,也可以从,DNA,流向,RNA,进,而流向蛋白质,17,1958,年科学家以大肠杆菌为实验材料，证实了,DNA,的半保留复制,18,1961,年克里克等证明了他于,1958,年提出的关于遗传三联密码的推测,1969,年,Nirenberg,等解译出全部遗传密码,19,60,年

5、代，阐明,mRNA,tRNA,及核糖体的功能、蛋白质生物合成的过程,人民教育出版社,高中,必修,2,研究背景,1,1941,年比德尔,G.Beadle,和塔特,E.Tatum,的工作则强有力地证明了基因突变引起了酶的,改变，而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成，从而提出了一个基因一种酶的假说。人,们逐步地认识到基因和蛋白的关系,中心法则”提出后更为明确地指指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从,DNARNA,蛋白质。那,DNA,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五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣,人民教育出版社,高中,必修,2,2

6、,1944,年，理论物理学家薛定谔发表的什么是生命一书中就大胆地预言，染色体是由一些同,分异构的单体分子连续所组成。这种连续体的精确性组成了遗传密码。他认为遗传物质是一种,信息分子，同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号,通过排列,组合来储存遗传信息,人民教育出版社,高中,必修,2,莫尔斯电报,短音,念作,滴,di,长音,念作,答,da,字码,A: ,B, ? ,C,D, ,E: ,F: ? ,G,H: ? ? ? ,I: ? ,J: ,K,L: , ,M,N,O,P: ,Q,R: ,S: ? ? ,T,U: ? ,V: ? ? ,W: ,X, ,Y,Z, ,: ? , , , ?

7、 ? ,数码,长码,1: ,2: ? ,3: ? ? ,4: ? ? ? ,5: ? ? ? ? ,6, ? ? ,7, ? ,8, ,9,0,人民教育出版社,高中,必修,2,3,1944,年，理论物理学家薛定谔发表的什么是生命一书，而当时遗传物质的化学本质是尚,未明确的，十年后,DNA,双螺旋模型才得以建立，在这样的背景下能将遗传信息设想成一种电,码式的遗传密码形式，实在是一种超越时代的远见卓识,到,1953,年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的,工作,薛定谔,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码的试拼与阅读方式的探索,对于遗传密码来说最简单的破译

8、方法应是将,DNA,顺序或,mRNA,顺序和多肽相比较。但和,一般破译密码不同的是，遗传信息的译文,蛋白的顺序是已知的，未知的都是密码,1954,年,Sanger,用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解得越来越多。但是直,到,1969,年前后经历了十多年时间，多位科学家的执着研究才破译了密码，其中最为重要的几,项工作其思路之新颖、方法之精巧都闪烁着科学的智慧之光,人民教育出版社,高中,必修,2,1954,年科普作家伽莫夫,G.Gamor,对破译密码首先提出了挑战。他以著有奇异王国的汤,姆金斯等优秀的科学幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他不是一位实验科学家，所,以只能从理论上

9、来尝试密码的解读。当年，他在自然,Nature,杂志首次发表了遗传密码的,理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸,伽莫夫,G.Gamor,人民教育出版社,高中,必修,2,3,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,和非重叠方式阅读,DNA,序列会有什么不同呢,思考与讨论,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码的试拼与阅读方式的探索,人民教育出版社,高中,必修,2,思考,1,当图中,DNA,的第三个碱基,T,发生改变时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响几,个氨基酸，如果是重叠的又将影响几个氨基酸,如果密码是非重叠的，这一改变将影响,1,个氨基酸，

10、如果是重叠的将影响,3,个氨基酸,2,当图中,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,影响几个氨基酸？如果密码是重叠的，又将影响几个氨基酸,如果密码是非重叠的，这一改变将影响,3,个氨基酸，如果密码是重叠的，将影响,3,个氨基酸,人民教育出版社,高中,必修,2,1957,年,Brenner.S,发表了一篇令人兴奋的理论文章，他通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不,存在氨基酸的邻位限制作用，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。同时人们也发现在镰刀形,细胞贫血的例子中，血红蛋白中仅有一个氨基酸发生改变,很遗憾，伽莫夫也许是考虑到效率的问题，认为一个碱基可能被重复

11、读多次，也就是说,遗传密码的阅读是完全重叠的，因此氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一的关系,智者千虑，必有一失。很多著名的科学家也有过类似的失误。在资料较少的情况下，对,未知的真理作出推断，难免会发生偏差，但瑕不掩瑜，人们对他们的那种敏锐、大胆、睿智,和创新的精神，巧妙的构思仍敬佩不已,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码子的验证（克里克的实验,他们用,T4,噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄素处理，可以使,DNA,脱落或插入单个碱基,插入叫“加字”突变，脱落叫“减字”突变,无论加字和减字都可以引起移码突变,Crick,小,组用这种方法获得一系列的,T4,噬菌体“加字”和“减字”突变，再进

12、行杂交来获得加入或减,少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变,通过这样的方法他们发现加入或减少一个和二个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常,功能的蛋白，而加入或减少,3,个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质，为什么会这样呢,解释：遗传密码中,3,个碱基编码,1,个氨基酸,人民教育出版社,高中,必修,2,请分析当插入几个碱基对原有氨基酸序列影响最小,进一步分析得到：减少,3,个碱基对原有氨基酸序列影响最小,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码对应规则的发现,1961-1962,年，尼伦伯格,M.W.Nirenberg,1927,和马太,H.Matthaei,的实验,人民教育出版社,高中,必

13、修,2,尼伦伯格,M.W.Nirenberg,1927,这一结果不仅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。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，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功,对比克里克和尼伦伯格的实验,克里克的,T,4,噬菌体实验,主要,通过研究碱基的改变对蛋白质合成的影响推,思路,断遗传密码的性质,人民教育出版社,高中,必修,2,尼伦伯格体外蛋白质合成实验,建立体外蛋白质合成系统，直接破解遗传密码规,则,找到使,DNA,脱落或插入单个碱基的方法,前提,原黄素处理,不需要理解蛋白质合成过程，就能作出推断

14、,优势,密码子的总体特征,不足,证据相对间接，工作量较大,多核苷酸磷酸化酶的发现，为得到,poly U,提供条,件,快速，直接,需要首先了解细胞中蛋白质合成所需的条件,人民教育出版社,高中,必修,2,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发展有着重,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是基因工程的三大基石,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码子的性质,1,不间断性,mRNA,的

15、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,能指导蛋白质合成的区域,的,DNA,序列或,mRNA,中间插入或删除,12,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,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,等,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,人民教育出版社,高中,必修,2,遗传密码子的性质,3,简并性,绝

16、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，编玛相同氨基酸的,密码子称同义密码子。由于兼并性,某些,DNA,碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序,列改变,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,5,起始码与终止码,UAG,UAA,UGA,为终止码，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,人民教育出版社,高中,必修,2,总结,我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，薛定谔是以富

17、有远见卓识的大胆的想象来预,测遗传密码的形式的，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,同时他也预测了密码的阅读方式，尽管智者千虑，必有一失，但巧妙的构思依然显示了其睿智,和创新。克里克则是巧妙地设计实验，利用原黄素处理噬菌体，使,DNA,脱落或插入单个碱基的,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,在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维

18、方式,归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在,1968,年诺贝尔生理学或医学奖获时说过：一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人,人民教育出版社,高中,必修,2,项目,密码间有无分隔符,莫尔斯电码,有分隔符,遗传密码,无分隔符,长度是否固定,长度不固定,1,到,4,个符号不等,长度固定,3,个符号,非重叠方式阅读,非重叠方式阅读,A C G U,阅读方式是否重叠,密码所采用的符号,人民教育出版社,高中,必修,2,练一练,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,C,B,在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基,C,在相关的基因的碱基序列中删除或