高中生物必修二课件10：4-3 遗传密码的破译（选学）

遗传密码的破译（选学）学习目标遗传密码是如何破译的？遗传密码有什么特点?几个碱基编码一个氨基酸？1954年，美籍俄裔理论物理学家伽莫夫（G·Gamow）应用排列组合计算来研究遗传密码。推断：1个碱基一种氨基酸，才有41=4种；2个碱基决定一种氨基酸，有42=16种；3个碱基决定一种氨基酸，有43=64种；不可能是4个及以上的关系了提出假说：3个碱基编码1个氨基酸UCAUGAUUAmRNA

密码子

密码子

密码子碱基的阅读方式重叠阅读：非重叠阅读：密码子中的每个碱基作为信息只读一次密码子中的每个碱基作为信息重复阅读UCAUGAUUAmRNA思考：如果按非重叠阅读，下图中有几个密码子？如果按重叠阅读，下图中有几个密码子？UCAUGAUUAmRNA3个密码子7个密码子遗传密码如何阅读？1961年，克里克与布伦纳合作，用丫啶类药物处理野生型T4噬菌体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1个、2个、3个核苷酸的各种突变类型。T4噬菌体野生型：能在大肠杆菌K菌株上生长，形成嗜菌斑。T4噬菌体突变型：不能在K菌株上生长，不形成嗜菌斑实验结果：1、缺失或插入1个、2个核苷酸时，在K菌株上不生长；2、缺失或插入3个核苷酸时，在K菌株上生长。T4噬菌体的移码突变实验1961年12月30日，克里克等人在《自然》杂志发表了一篇题为“蛋白质遗传密码的一般性质”的论文。说明了遗传密码具有下列的一般性质：1.mRNA上3个相邻的碱基成为三联体，又叫密码子。2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读。3.编码间没有分隔符。哪几个碱基决定某一种氨基酸？尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验实验原理：以人工合成的RNA作模板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验实验步骤：1、提取大肠杆菌的破碎细胞液分于20支试管中2、每支试管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链处理:去掉原DNA和mRNA提取细胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：获取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰实验结果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽实验结论：苯丙氨酸的密码子——UUU遗传密码的破译3个碱基编码1个氨基酸遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸,是非重叠式阅读破译了第一个遗传密码1954年，伽莫夫用数学的方法推断：1961年，克里克第一个用T4噬菌体实验证明：1961年，尼伦伯格和马太利用无细胞系统体外合成蛋白质实验：1965年，破译了全部的遗传密码遗传密码的特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性遗传密码的破译3个碱基编码1个氨基酸遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸,是非重叠式阅读破译了第一个遗传密码1954年，伽莫夫用数学的方法推断：1961年，克里克第一个用T4噬菌体实验证明：1961年，尼伦伯格和马太利用无细胞系统体外合成蛋白质实验：1965年，破译了全部的遗传密码遗传密码的特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性项目克里克的T4噬菌体实验尼伦柏格体外蛋白质合成实验主要思路前提优势不足

比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想两种方法各有哪些优势和不足。通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质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----原黄素处理多核苷酸磷酸化酶的发现，为得到polyU提供条件不需要理解蛋白质合成过程，就能作出推断密码子的总体特征快速、直接证据相对间接，工作量较大需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件

1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei）的实验：遗传密码对应规则的发现各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr：酷氨酸Ser：丝氨酸Phe：苯丙氨酸Cys：半胱氨酸图4-11蛋白质体外合成的实验示意图

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！

1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei）的实验：遗传密码对应规则的发现各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr：酷氨酸Ser：丝氨酸Phe：苯丙氨酸Cys：半胱氨酸图4-11蛋白质体外合成的实验示意图

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！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。遗传密码对应规则的发现1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。1961年克里克第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。1961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。1969年科学家们破译了全部的密码。七、规律.总结1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。1961年克里克第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。1961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。1969年科学家们破译了全部的密码。七、规律.总结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

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C巩固.提升2、最早提出3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（）

A．克里克、伽莫夫B．克里克、沃森式化

C．摩尔根、尼伦伯格D．伽莫夫、克里克巩固.提升D3、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码与氨基酸的对应规则

(

)A．无DNA和mRNA细胞的提取液B．人工合成的多聚核苷酸C．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巩固.提升B3、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码与氨基酸的对应规则

(

)A．无DNA和mRNA细胞的提取液B．人工合成的多聚核苷酸C．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巩固.提升B1、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

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C巩固.提升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。遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验实验步骤：1、提取大肠杆菌的破碎细胞液分于20支试管中2、每支试管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链处理:去掉原DNA和mRNA提取细胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：获取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰实验结果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽实验结论：苯丙氨酸的密码子——UUU1961年12月30日，克里克等人在《自然》杂志发表了一篇题为“蛋白质遗传密码的一般性质”的论文。说明了遗传密码具有下列的一般性质：1.mRNA上3个相邻的碱基成为三联体，又叫密码子。2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读。3.编码间没有分隔符。学习目标遗传密码是如何破译的？遗传密码有什么特点?1961年，克里克与布伦纳合作，用丫啶类药物处理野生型T4噬菌体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1个、2个、3个核苷酸的各种突变类型。T4噬菌体野生型：能在大肠杆菌K菌株上生长，形成嗜菌斑。T4噬菌体突变型：不能在K菌株上生长，不形成嗜菌斑实验结果：1、缺失或插入1个、2个核苷酸时，在K菌株上不生长；2、缺失或插入3个核苷酸时，在K菌株上生长。T4噬菌体的移码突变实验尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验实验步骤：1、提取大肠杆菌的破碎细胞液分于20支试管中2、每支试管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链处理:去掉原DNA和mRNA提取细胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：获取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰实验结果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽实验结论：苯丙氨酸的密码子——UUU1961年12月30日，克里克等人在《自然》杂志发表了一篇题为“蛋白质遗传密码的一般性质”的论文。说明了遗传密码具有下列的一般性质：1.mRNA上3