遗传密码的破译

1、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 我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的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氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？的呢？ 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，总体上来说是从遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNARNA蛋白质。那蛋白质。那DNA和蛋白质之间和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说究竟是什么关系

2、？或者说DNA是如何决定蛋是如何决定蛋白质？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。开始引起了一批研究者的极大兴趣。 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 1954年科普作家年科普作家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。 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 接下来，人们不禁又要问在三联体接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息

3、只读一次还是重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？序列会有什么不同呢？ 遗传密码的试拼与阅读方式的探遗传密码的试拼与阅读方式的探索索 思考思考:当图中当图中DNA的第三个碱基的第三个碱基(T)发生改发生改变时变时,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的,这一改变这一改变将影响将影响_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。13在图中在图中DNA的第三个碱基的第三个碱基(T)后插入一个碱后插入一个碱基基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

4、_个氨基酸个氨基酸,如果密码是重叠的如果密码是重叠的,又将影又将影响响_个氨基酸。个氨基酸。33遗传密码子的验证（克里克的遗传密码子的验证（克里克的实验）实验） 1961年年,克里克对克里克对T4噬菌体噬菌体DNA上的一个上的一个基因进行处理，使基因进行处理，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个个和和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。可以合成正常功能的蛋白质。为什么会这样呢？为什

5、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_个碱基对原有个碱基对原有氨基酸序列影响最小氨基酸序列影响最小.GGTTCGCACGCTTTGAGC插一个碱基插一个碱基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二个碱基插二个碱基GGTAATCGCACGCTTTGAGC插三个碱基插三个碱基GGTAAATCGCACGCTTTGAGC3进一步分析上图进一步分析上图:减少减少_个碱基对原有氨基酸序个碱基对原有氨基酸序列影响最小。列影响最小。3 克里克是第一个用实验证明遗传克里克是第一个用实验证明遗传密码中密码中

6、3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸的科学个氨基酸的科学家。这个实验还同时表明家。这个实验还同时表明:遗传密码从遗传密码从一个固定的起点开始一个固定的起点开始,以非重叠的方式以非重叠的方式阅读阅读,编码之间没有分隔符。编码之间没有分隔符。遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现 1961-1962年，年，尼伦伯格（尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927）和马太（）和马太（H.Matthaei） 的实验的实验 ：遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现 这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明表明UUU是苯丙氨酸的密码子。是苯丙氨酸的密

7、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！ 遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现 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，破译成蛋白质的思路，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！项工作成为

8、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。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个个碱基编码一个氨基酸。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行年尼伦伯

9、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。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。小结小结 我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽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，克里克则是巧妙地设计实验，使三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫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，为密码的三联体密码子的推测，由理论走向实

10、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。研究方法上开启了新的思维方式。 归结起来，我们看到，归结起来，我们看到，敏锐、大敏锐、大胆、睿智和创新胆、睿智和创新是科

11、学家的重要素养，是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理年诺贝尔生理学或医学奖获奖时说的：学或医学奖获奖时说的：一个善于捕一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。捉细节的人才是能领略事物真谛的人。 练习练习（1）在下列基因的改变中，合成出具有正常功能）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：（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在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对碱基对 B在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对碱基对 C在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对碱基对 D在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对碱基对（2）最早提出）最早提出3个碱基编码一个氨基个碱基编码一个氨基酸酸 的科学家和首次用实验的方法的科学家和首次用实验的方法加以证明的科学家分别是：（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练习练习（3）采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码