第3節(jié)　遺傳密碼的破譯（選學(xué)）

第3節(jié)遺傳密碼的破譯 選學(xué) 問題探討 我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息 翻譯實際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列 那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應(yīng)的呢 研究的背景 中心法則 提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向 總體上來說是從DNA RNA 蛋白質(zhì) 那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系 或者說DNA是如何決定蛋白質(zhì) 這個有趣而深奧的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 1954年科普作家伽莫夫G Gamor對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn) 當(dāng)年 他在 自然Nature 雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章 指出三個堿基編碼一個氨基酸 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 接下來 人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢 以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會有什么不同呢 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 思考 1 當(dāng)圖中DNA的第三個堿基 T 發(fā)生改變時 如果密碼是非重疊的 這一改變將影響 個氨基酸 如果是重疊的又將影響 個氨基酸 1 3 2 在圖中DNA的第三個堿基 T 后插入一個堿基A 如果密碼是非重疊的 這一改變將影響 個氨基酸 如果密碼是重疊的 又將影響 個氨基酸 3 3 遺傳密碼子的驗證 克里克的實驗 1961年 克里克對T4噬菌體DNA上的一個基因進(jìn)行處理 使DNA增加或減少堿基 通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少1個和2個堿基都會引起噬菌體突變 無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì) 而加入或減少3個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì) 為什么會這樣呢 這只能解釋為 遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸 請比較分析下圖 插入 個堿基對原有氨基酸序列影響最小 GGTTCGCACGCTTTGAGC 插一個堿基 GGTATCGCACGCTTTGAGC 插二個堿基 GGTAATCGCACGCTTTGAGC 插三個堿基 GGTAAATCGCACGCTTTGAGC 3 進(jìn)一步分析上圖 減少 個堿基對原有氨基酸序列影響最小 3 克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學(xué)家 這個實驗還同時表明 遺傳密碼從一個固定的起點開始 以非重疊的方式閱讀 編碼之間沒有分隔符 遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 1961 1962年 尼倫伯格 M W Nirenberg 1927 和馬太 H Matthaei 的實驗 遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 這一結(jié)果不僅證實了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功 同時還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子 這是第一個遺傳密碼子被破譯 尼倫伯格的實驗巧妙之處在于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì) 他這富有創(chuàng)新的實驗方法為他帶來了重大的成功 遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 在接下來的六七年里 科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路 不斷地改進(jìn)實驗方法 破譯出了全部的密碼子 并編制出了密碼子表 這項工作成為生物學(xué)史上的一個偉大的里程碑 為人類探索和提示生命的本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)一大步 為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的推動作用 小結(jié) 1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個堿基編碼一個氨基酸 1961年克里克第一個用T4噬菌體實驗證明了遺傳密碼中3個堿基編碼一個氨基酸 1961年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個遺傳密碼 1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼 我們注意整個破譯過程中科學(xué)家思維的變化 伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計算來推測密碼子是由三個堿基組成的 克里克則是巧妙地設(shè)計實驗 使DNA增加或減少堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測 由理論走向?qū)嶒?為密碼子的破譯邁出重要的一步 而尼倫伯格的實驗則更富有創(chuàng)新性 他建立巧妙的無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成 成功地破譯了第一個密碼子 隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子 他的貢獻(xiàn)不僅僅在于對遺傳密碼的破譯 更重要的也在對生物研究方法上開啟了新的思維方式 小結(jié) 歸結(jié)起來 我們看到 敏銳 大膽 睿智和創(chuàng)新是科學(xué)家的重要素養(yǎng) 也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲獎時說的 一個善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人 練習(xí) 1 在下列基因的改變中 合成出具有正常功能蛋白質(zhì)的可能性最大的是 A 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對B 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基對C 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對D 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對 C 2 最早提出3個堿基編碼一個氨基酸的科學(xué)家和首次用實驗的方法加以證明的科學(xué)家分別是 A 克里克 伽莫夫B 克里克 沃森式化C 摩爾根 尼倫伯格D 伽莫夫 克里克 D 3 采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(shù)