第三节 遗传密码的破译

1、第节第节 遗传密码的破译遗传密码的破译伊通二中伊通二中 张宜斌张宜斌 （QQ: 303218914)我们已经学习了基因指导蛋白质的合成过程，我们已经学习了基因指导蛋白质的合成过程，知道了遗传密码，而当初遗传密码的破译却是通过知道了遗传密码，而当初遗传密码的破译却是通过许多科学家艰辛的探索，最后被两个名不见经传的许多科学家艰辛的探索，最后被两个名不见经传的年轻人富有创新的实验所破译，这个过程充满了思年轻人富有创新的实验所破译，这个过程充满了思维的智慧。让我们现在一起来重温一下科学家进行维的智慧。让我们现在一起来重温一下科学家进行科学探索的足迹，对我们的思维会有很好的启迪。科学探索的足迹，对我们的

2、思维会有很好的启迪。1请你根据左侧提供的莫尔斯密请你根据左侧提供的莫尔斯密码表，将下面用莫尔斯密码编写码表，将下面用莫尔斯密码编写的问题译成英文，每个密码子之的问题译成英文，每个密码子之间已用斜线分隔开。间已用斜线分隔开。 Where are genes located2请用莫尔斯密码回答上面的问题。请用莫尔斯密码回答上面的问题。 （在（在DNA上）上）1954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫GGamor对破译密码首先提对破译密码首先提出了挑战，他设想出了挑战，他设想:若若一种碱基一种碱基与与一种氨基酸一种氨基酸对应的话，那么只可能产生对应的话，那么只可能产生4种种氨基酸，而已知天然的氨基酸约

3、有氨基酸，而已知天然的氨基酸约有种，因此不可种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸。由一个碱基编码一种氨基酸。 若若2个碱基编码一种氨基酸个碱基编码一种氨基酸的话，的话，4种碱基共有种种碱基共有种不同的排列组合，也不足以编码不同的排列组合，也不足以编码20种氨基酸。种氨基酸。 因此他认为因此他认为3个碱基编码一种氨基酸个碱基编码一种氨基酸的就可以解决问的就可以解决问题。虽然题。虽然4个碱基组成三联密码，经排列组合可产生个碱基组成三联密码，经排列组合可产生种不同形式。要比种不同形式。要比20种氨基酸大两倍多。种氨基酸大两倍多。 但若是但若是四联密码四联密码，就会产生，就会产生44=256种排列组合

4、。种排列组合。 相相比之下只有三联体较为符合比之下只有三联体较为符合20种氨基酸。种氨基酸。2042=1643=64伽莫夫是用数学的排列组合的方法在理论上作出推测伽莫夫是用数学的排列组合的方法在理论上作出推测的，后来的实验证实这一推测是完全正确的。的，后来的实验证实这一推测是完全正确的。接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息信息依次阅读依次阅读还是还是重复阅读重复阅读呢呢?以重叠和非重叠方式阅以重叠和非重叠方式阅读读DNA序列会有什么不同呢序列会有什么不同呢?一一.遗传密码的阅读方式遗传密码的阅读方式思考思考:1.当图中的当图中的DNA

5、的第三个碱基的第三个碱基T发生改变时，如果密码发生改变时，如果密码子是子是非重叠非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸的，这一改变将影响多少个氨基酸?如果密如果密码子是码子是重叠重叠的，又将产生怎样的结果的，又将产生怎样的结果? (可能影响可能影响1个氨基酸个氨基酸)(可能影响可能影响3个氨基酸个氨基酸) 2.当图中的当图中的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的的话，如果密码子是话，如果密码子是非重叠非重叠的，这一改变将影响多少个的，这一改变将影响多少个氨基酸氨基酸?如果插入如果插入2个、个、3个碱基呢个碱基呢?插入插入1个碱基，影响后面所有的氨基酸个碱基，影响后面所

6、有的氨基酸 3.当图中的当图中的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的话，的话，如果密码子是如果密码子是重叠重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸的，这一改变将影响多少个氨基酸?插入插入2个、个、3个氨基酸呢个氨基酸呢? 插入插入2个碱基，影响后面所有的氨基酸个碱基，影响后面所有的氨基酸插入插入3个碱基，会在原氨基酸序列中多一个氨基酸个碱基，会在原氨基酸序列中多一个氨基酸插入插入1个碱基，影响个碱基，影响3个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多1个氨基酸个氨基酸插入插入2个碱基，影响个碱基，影响4个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多2

7、个氨基酸个氨基酸插入插入3个碱基，影响个碱基，影响5个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多3个氨基酸个氨基酸二二.克里克的实验证据克里克的实验证据问题问题:遗传密码真的是以遗传密码真的是以3个碱基为一组吗个碱基为一组吗?遗传密码的阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的遗传密码的阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的?密码之间是否有分隔符密码之间是否有分隔符?实验结果实验结果:在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或者删除两个碱基，产生正常功能的蛋白质；增加或者删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或也

8、不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。白质。实验结论实验结论:遗传密码中遗传密码中3个碱基编码个氨基酸个碱基编码个氨基酸遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读编码之间没有分隔符编码之间没有分隔符三三.遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现如何找出如何找出64种密码子到底对应哪种氨基酸呢种密码子到底对应哪种氨基酸呢?两个名不见经传的年轻人两个名不见经传的年轻人尼伦伯格尼伦伯格和和马太马太设计了富设计了富有创新的实验方法，成功地破译了第一个遗传

9、密码有创新的实验方法，成功地破译了第一个遗传密码蛋白质体外合成技术实验过程：蛋白质体外合成技术实验过程：1.在每个试管中分别加入一种在每个试管中分别加入一种氨基酸氨基酸2.在每个试管中再分别加入除去了在每个试管中再分别加入除去了DNA和和mRNA的的细胞提取液细胞提取液3.在每个试管中再分别加入人工合成的在每个试管中再分别加入人工合成的RNA多聚尿多聚尿嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸。实验结果：实验结果： 加入了加入了苯丙氨酸苯丙氨酸的试管中出现了的试管中出现了多聚苯多聚苯丙氨酸丙氨酸实验结论：实验结论：苯丙氨酸苯丙氨酸的对应的密码子是的对应的密码子是思考：思考：1.为什么要除去细胞提取液中的为什么要除

10、去细胞提取液中的DNA和和mRNA? 防止细胞原有的防止细胞原有的DNA和和mRNA中的遗传信息中的遗传信息起作用干扰实验结果。起作用干扰实验结果。2.如果你是尼伦伯格如果你是尼伦伯格,你将如何设计对照实验你将如何设计对照实验,确保你确保你的重大发现是正确的的重大发现是正确的? 在对照实验中的所有试管中加入成分均不变在对照实验中的所有试管中加入成分均不变,但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。遗传密码破译历程：遗传密码破译历程：1.伽莫夫通过数学的排列组合的计算推测密码子伽莫夫通过数学的排列组合的计算推测密码子是由三个碱基组成的是由三个碱基组成的2.克里克巧妙地设计实验，处理

11、噬菌体，使克里克巧妙地设计实验，处理噬菌体，使DNA脱落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。迈出重要的一步。3.尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无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，更重要子

12、。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方式。的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养。是科学家的重要素养。例例1：组成：组成mRNA分子的种核苷酸能组成多少种密分子的种核苷酸能组成多少种密码子？码子？A.16B.32C.46D.64例例2：基因中的下叙碱基变化中，最有可能合成出正：基因中的下叙碱基变化中，最有可能合成出正常蛋白质的是常蛋白质的是A.在有关基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对在有关基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对B.在有关基因的碱基

13、序列中删除或增加两个碱基对在有关基因的碱基序列中删除或增加两个碱基对C.在有关基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对在有关基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对D.在有关基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对在有关基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对例例3: 采用蛋白质体外合成技术揭示遗传密码实验中，采用蛋白质体外合成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。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例4：已知几种氨基酸的密码子为： a.精 氨 酸：CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG； b.缬 氨 酸：GUU、GUC、GUA、GUG； c.甘 氨 酸：GGU、GGC、GGA、GGG； d.组 氨 酸：CAU、CAC； e.色 氨 酸：UGG； f.甲硫氨酸：AUG。 用化学方法使一种六钛分子降解，其产物中测出三种三钛；甲硫氨酸-组氨酸-色氨酸；精氨酸-缬氨酸-甘氨酸；甘氨酸-甲硫氨酸-组氨酸。 （1）这种六钛的氨基酸顺序为_ 。（填字母） (2) 编码这个六肽的DNA分子片段至少含_个脱氧核糖。A-b-c-f-d