第3节　遗传密码的破译（选学） (9)

1、第四章 基因的表达,第三节 遗传密码的破译,请看下列一段符号,莫尔斯密码表, / / / / /,/ DNA,Where are genes located （基因在哪里）,基因可以指导蛋白质的合成,生物体里是否也蕴含着一套对应的遗传密码？在哪里？如何指导？,1944年薛定谔（奥）的生命是什么一论文中提出这样的观点：染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。这些同分异构单体就像莫尔斯密码的两个符号：“ ”“”通过排列组合来储存遗传信息。,薛定谔,1953年 ，沃森-克里克构建出了DNA的双螺旋结构模型。,1955年，布拉什首次用实验证实了蛋白质的合成是依赖于RNA。,DNA是通过RNA上的碱

2、基编码氨基酸,1958年，克里克提出“中心法则” 认为 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，揭示遗传信息流动的方向。,1954年，美籍俄裔科普作家伽莫夫（GGamow）应用排列组合计算来研究遗传密码，并在自然Nature杂志首次发表了文章，指出三个碱基编码一个氨基酸的三联体假说。,GGTTCGCACGCT,一、遗传密码的解读方式,非重叠的阅读方式,GGTTCGCACGCT,重叠的阅读方式,两种阅读方式得到的氨基酸序列不同,生物在外界环境不断变化的情况下，总有保持自身稳定的倾向。,G G T T C G C A C,1）如果密码的阅读是重叠阅读，将影响 个氨

3、基酸 如果密码的阅读是非重叠阅读，将影响 个氨基酸,3,以P74“思考与讨论” 去理解遗传密码的阅读方式,1,非重叠的阅读方式影响更小,1957年，Brenner.S发表了一篇理论文章说：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。,同年，由英格兰姆（英）阐明了镰刀型细胞贫血症是由于正常人血红蛋白基因产生了碱基替换突变（T取代了A），导致正常血红蛋白多肽链上第六个氨基酸取代而异常（谷氨酸被缬氨酸取代）,二、克里克的实验证据,1961年，克里克与布雷纳合作，利用大肠杆菌的T4噬菌体做移码突变实验。用药物处理T4噬菌体，研究某个基因碱基发生增加或

4、缺失对其所编码的蛋白质影响。,关键酶,T4噬菌体野生型能在大肠杆菌K菌株上生长，形成嗜菌斑。,1、缺失一个核苷酸时，在K菌株上不生长 插入一个核苷酸时，在K菌株上不生长 2、缺失两个核苷酸时，在K菌株上不生长 插入两个核苷酸时，在K菌株上不生长 3、缺失三个核苷酸时，在K菌株上生长（拟野生型） 插入三个核苷酸时，在K菌株上生长（拟野生型）,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。,实验结果：,请比较分析下图:插入_个碱基对原有氨基酸序列影响最小。,GGT TCG CAC GCT TTG AGC,插一个碱基,GGT ATC GCA CGC TTT GAG C,插二

5、个碱基,GGT AAT CGC ACG CTT TGA GC,插三个碱基,GGT AAA TCG CAC GCT TTG AGC,3,原因就是三个碱基决定一个密码子,1、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,却无法说明一个密码子对应的究竟是哪个氨基酸。,克里克通过实验得出遗传密码的性质：,三、遗传密码对应规则的发现,尼伦伯格和马太的实验 ：,蛋白质体外合成的实验示意图,苯丙氨酸的密码子为UUU,（1）、实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？,思考,（2）、为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？,（3）、如果你是马

6、太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，你将如何设计对照组？,（4）、要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？,作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成,原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果。,（3）、如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，你将如何设计对照组？,作为对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。,（4）、要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？,依次用不同种类的多聚核糖核苷酸替换上述实验中的多聚尿嘧啶核苷酸。,在此后的六七年里，科学家沿着体外合

7、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。,不间断性 不重叠性 简并性 通用性 有起始密码与终止密码,四、遗传密码的特点,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之。,遗传密码破译的意义,纵观下遗传密码的破译过程：,生命科学的研究是个漫长而艰辛的历程；是不分国籍、不分学科的合作；要具备“敏锐、大胆、睿智和创新”的 科学素养。,1、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

8、基酸。 2、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。 3、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。 4、1969年科学家们破译了全部的密码。,“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,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对 B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 D在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对,C,课堂自检,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

9、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,D,3、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,B,今天，我们沿着科学家的足迹，获取了破译遗传密码的科学实验方法，在今后的学习中，我们要借鉴、创新及运用这些方法来解决生物学问题。,最后，让我们通过一个视频短片来了解下近百年来人类探索生命的历史步伐。,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,三、遗传密码对应规则的发现：,四、遗传密码