人教版教學課件遺傳密碼子的破譯(選學) 課件 1

1、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，翻譯實際上就是將將mrna中的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列，那堿基序中的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列，那堿基序列與氨基酸序列是如何對應的呢？列與氨基酸序列是如何對應的呢？ 1 1、18661866年，孟德爾提出遺傳定律。年，孟德爾提出遺傳定律。2 2、18831883年，科學家發(fā)現馬蛔蟲配中的染色體數目只有體細胞中的一半。年，科學家發(fā)現馬蛔蟲配中的染色體數目只有體細胞中的一半。3 3、18901890年，科學家確認了減數分裂產生配子。年，科學家確認了減數分裂產生配子。4 4、18911891年

2、，科學家描述了減數分裂的全過程。年，科學家描述了減數分裂的全過程。5 5、19021902年，鮑維豐年，鮑維豐(t.boveri(t.boveri) )和和19031903年薩頓年薩頓(w.sutton(w.sutton) )在研究減數分裂時，發(fā)現在研究減數分裂時，發(fā)現遺傳因子的行為與染色體行為呈平行關系，提出染色體是遺傳因子載體，可說遺傳因子的行為與染色體行為呈平行關系，提出染色體是遺傳因子載體，可說是染色體遺傳學說的初步論證。是染色體遺傳學說的初步論證。6 6、19091909年的約翰遜年的約翰遜(w.johannsen(w.johannsen) )稱孟德爾假定的稱孟德爾假定的“遺傳因子遺

3、傳因子”為為“基因基因”，并，并明確區(qū)別基因型和表型。明確區(qū)別基因型和表型。7 7、19091909年，詹森斯年，詹森斯 (f.a.janssen(f.a.janssen) )觀察到染色體在減數分裂時呈交叉現象，為解觀察到染色體在減數分裂時呈交叉現象，為解釋基因連鎖現象提供了基礎。釋基因連鎖現象提供了基礎。8 8、19091909年，摩爾根年，摩爾根(t.h.morgan,1866-1945)(t.h.morgan,1866-1945)開始對果蠅迸行實驗遺傳學研究，發(fā)開始對果蠅迸行實驗遺傳學研究，發(fā)現了伴性遺傳的規(guī)律。他和他的學生還發(fā)現了連鎖、交換和不分離規(guī)律等。并現了伴性遺傳的規(guī)律。他和他的

4、學生還發(fā)現了連鎖、交換和不分離規(guī)律等。并進一步證明基因在染色體上呈直線排列，從而發(fā)展了染色體遺傳學說。進一步證明基因在染色體上呈直線排列，從而發(fā)展了染色體遺傳學說。 19261926年摩爾根提出基因學說，發(fā)表年摩爾根提出基因學說，發(fā)表基因論基因論9 9、 2020世紀中葉，科學家發(fā)現染色體主要是由蛋白質和世紀中葉，科學家發(fā)現染色體主要是由蛋白質和dnadna組成的。組成的。1010、19281928年格里菲思的肺炎雙球菌實驗。年格里菲思的肺炎雙球菌實驗。1111、19401940年艾弗里用純化因子研究肺炎雙球菌的轉化的實驗。年艾弗里用純化因子研究肺炎雙球菌的轉化的實驗。1212、1941194

5、1年提出了一個基因一種酶的假說。一個基因一種酶假說暗示了基因的作用年提出了一個基因一種酶的假說。一個基因一種酶假說暗示了基因的作用 是指導蛋白質分子的最后構型，從而決定其特異性。是指導蛋白質分子的最后構型，從而決定其特異性。 1313、19441944年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的什么是生命什么是生命一書中就大膽地預言，遺傳一書中就大膽地預言，遺傳物質是一種信息分子，可能類似作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個符號：物質是一種信息分子，可能類似作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個符號：“ ” ”、“”，通過排列組合來儲存遺傳信息。，通過排列組合來儲存遺傳信息。 1414、1952

6、1952年赫爾希和蔡斯的年赫爾希和蔡斯的t2t2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。確認噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。確認dnadna是遺傳物質。是遺傳物質。1515、19531953年，沃森和克里克發(fā)現年，沃森和克里克發(fā)現dnadna雙螺旋結構。雙螺旋結構。1616、19571957年提出一個中心法則：遺傳信息可以從年提出一個中心法則：遺傳信息可以從dnadna流向流向dnadna，也可以從，也可以從dnadna流向流向rnarna， 進而流向蛋白質。進而流向蛋白質。 1717、19581958年科學家以大腸桿菌為實驗材料，證實了年科學家以大腸桿菌為實驗材料，證實了dnadna的半保留復制。的半保留復制。

7、1818、19611961年克里克等證明了他于年克里克等證明了他于19581958年提出的關于遺傳三聯密碼的推測，年提出的關于遺傳三聯密碼的推測，19691969年年 nirenbergnirenberg 等解譯出全部遺傳密碼。等解譯出全部遺傳密碼。1919、6060年代，闡明年代，闡明mrnamrna、trnatrna 及核糖體的功能、蛋白質生物合成的過程。及核糖體的功能、蛋白質生物合成的過程。 1941年比德爾（g.beadle）和塔特姆（e.tatum ）的工作則強有力地證明了基因突變引起了酶的改變，而且每一種基因一定控制著一種特定酶的合成，從而提出了的假說。人們逐步地認識到基因和蛋白的

8、關系。 “中心法則”提出后更為明確地指指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從dnarna蛋白質。那dna和蛋白質之間究竟是什么關系？或者說dna是如何決定蛋白質？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。 1944年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的什么是生命一書中就大膽地，染色體是由一些同分異構的單體分子連續(xù)所組成。這種連續(xù)體的精確性組成了遺傳密碼。他認為，同分異構單體可能作為一般民用的的兩個符號：“ ”、“”，通過排列組合來儲存遺傳信息。 : 短音短音 念作念作滴（滴（di） : 長音長音 念作念作答（答（da）字碼:a: b: c: d: e: f: g: h: i:

9、j: k: l: m: n: o: p: q: r: s: t: u: v: w: x: y: z: ?: /: : 數碼(長碼):1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 0: 1944 1944年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的什么是什么是生命生命一書，而當時遺傳物質的化學本質是尚未明一書，而當時遺傳物質的化學本質是尚未明確的，十年后確的，十年后dnadna雙螺旋模型才得以建立，在這樣雙螺旋模型才得以建立，在這樣的背景下能將遺傳信息設想成一種電碼式的遺傳密的背景下能將遺傳信息設想成一種電碼式的遺傳密碼形式，實在是一種超越時代的遠見卓識。碼形式，實在是一種超

10、越時代的遠見卓識。 到1953年雙螺旋模型的建立，給予科學家們以很大的激勵。破譯遺傳密碼也就成了勢在必行的工作。 對于遺傳密碼來說最簡單的破譯方法應是將dna順序或mrna順序和多肽相比較。但和一般破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文蛋白的順序是已知的，未知的都是密碼。1954年sanger用紙層析分析了胰島素的結構后，對蛋白質的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1969年前后經歷了十多年時間，多位科學家的執(zhí)著研究才破譯了密碼，其中最為重要的幾項工作其思路之新穎、方法之精巧都閃爍著科學的智慧之光。 1954年科普作家對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。他以著有奇異王國的湯姆金斯等優(yōu)秀的科學幻想作品而著稱，具

11、有豐富的想象力，但他不是一位實驗科學家，所以只能從理論上來嘗試密碼的解讀。當年，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。 接下來，人們不禁又要問在三聯體中的每個堿基作為信息只讀一次還是重復閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀dna序列會有什么不同呢？ 很遺憾，伽莫夫也許是考慮到效率的問題，認為一個堿基可能被重復讀多次，也就是說遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數目和核苷酸數目存在著一對一的關系。 他們用t4噬菌體染色體上的一個基因通過用原黃素處理，可以使dna脫落或插入單個堿基，插入叫，脫落叫，無論加字和減字都可以引起移碼突變。crick小組用這種方法獲得一系列的t4噬

12、菌體“加字”和“減字”突變，再進行雜交來獲得加入或減少一個，二個，三個的不同堿基數的系列突變。 通過這樣的方法他們發(fā)現加入或減少一個和二個堿基都會引起噬菌體突變，無法產生正常功能的蛋白，而加入或減少3個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質，為什么會這樣呢？ 1961-1962年，尼倫伯格（m.w.nirenberg，1927）和馬太（h.matthaei） 的實驗 ： 這一結果不僅證實了無細胞系統(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胞系統(tǒng)進行體外合成蛋白質，他這富有創(chuàng)新的實驗方法為他帶來了重大的成功！ 克里克的克里克的t t4

13、 4噬菌體實驗噬菌體實驗尼倫伯格體外蛋白質合成實驗尼倫伯格體外蛋白質合成實驗通過研究堿基的改變對蛋白質合成的影響推斷遺傳密碼的性質。建立體外蛋白質合成系統(tǒng)，直接破解遺傳密碼規(guī)則。找到使dna脫落或插入單個堿基的方法原黃素處理多核苷酸磷酸化酶的發(fā)現，為得到poly u提供條件不需要理解蛋白質合成過程，就能作出推斷密碼子的總體特征?？焖伲苯幼C據相對間接，工作量較大。需要首先了解細胞中蛋白質合成所需的條件。 在接下來的六七年里，科學家沿著體外合成蛋白質的思路，不斷地改進實驗方法，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史上的一個偉大的里程碑！為人類探索和提示生命的本質的研究向前

14、邁進一大步，為后面分子遺傳生物學的發(fā)展有著重要的推動作用。 1 1、 19411941年提出了一個基因一種酶的假說。一個基因一種酶假說暗示了基因的作用年提出了一個基因一種酶的假說。一個基因一種酶假說暗示了基因的作用是指導蛋白質分子的最后構型，從而決定其特異性。是指導蛋白質分子的最后構型，從而決定其特異性。 2 2、19441944年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的年，理論物理學家薛定諤發(fā)表的什么是生命什么是生命一書中就大膽地預言，遺一書中就大膽地預言，遺傳物質是一種信息分子，可能類似作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個符號：傳物質是一種信息分子，可能類似作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個符號：“ ” ”、“”

15、，通過排列組合來儲存遺傳信息。，通過排列組合來儲存遺傳信息。 3 3、19531953年，沃森和克里克發(fā)現年，沃森和克里克發(fā)現dnadna雙螺旋結構。雙螺旋結構。4 4、19541954年年sangersanger用紙層析分析了胰島素的結構后，對蛋白質的氨基酸序列了解得用紙層析分析了胰島素的結構后，對蛋白質的氨基酸序列了解得越來越多。越來越多。5 5、19541954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫g.gamorg.gamor對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。指出三個堿基編碼對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。指出三個堿基編碼一個氨基酸，他同時也認為遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數目和一個氨基酸，他同時

16、也認為遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數目和核苷酸數目存在著一對一的關系。核苷酸數目存在著一對一的關系。 6 6、19571957年提出一個中心法則：遺傳信息可以從年提出一個中心法則：遺傳信息可以從dnadna流向流向dnadna，也可以從，也可以從dnadna流向流向rnarna，進而流向蛋白質。進而流向蛋白質。 7 7、19571957年年brenner.sbrenner.s發(fā)表的理論文章，他通過蛋白質的氨基酸順序分析，發(fā)現不存發(fā)表的理論文章，他通過蛋白質的氨基酸順序分析，發(fā)現不存在氨基酸的鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重疊閱讀的可能性。在氨基酸的鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重

17、疊閱讀的可能性。 8 8、19611961年克里克等證明了關于遺傳三聯密碼的推測。年克里克等證明了關于遺傳三聯密碼的推測。9 9、19621962年尼倫伯格和馬太蛋白質體外合成實驗破譯出了第一個遺傳密碼年尼倫伯格和馬太蛋白質體外合成實驗破譯出了第一個遺傳密碼uuuuuu。1010、19691969年科學家們解譯出全部遺傳密碼。年科學家們解譯出全部遺傳密碼。 1.1. 19441944年理論物理學家薛定諤發(fā)表的年理論物理學家薛定諤發(fā)表的什么是生命什么是生命一書中一書中就大膽地預言，遺傳密碼可能與莫爾斯電碼類似，通過排就大膽地預言，遺傳密碼可能與莫爾斯電碼類似，通過排列組合來儲存遺傳信息。列組合來

18、儲存遺傳信息。2.2. 19541954年科普作家伽莫夫用數學的方法推斷年科普作家伽莫夫用數學的方法推斷3 3個堿基編碼一個個堿基編碼一個氨基酸。氨基酸。3.3. 19571957年年brenner.sbrenner.s發(fā)表文章，在理論上否定了遺傳密碼重疊發(fā)表文章，在理論上否定了遺傳密碼重疊閱讀的可能性。閱讀的可能性。4.4. 19611961年克里克第一個用年克里克第一個用t4t4噬菌體實驗證明了遺傳密碼中噬菌體實驗證明了遺傳密碼中3 3個個堿基編碼一個氨基酸。堿基編碼一個氨基酸。5.5. 19611961年尼倫伯格和馬太利用無細胞系統(tǒng)進行體外重組破譯年尼倫伯格和馬太利用無細胞系統(tǒng)進行體外重

19、組破譯了第一個遺傳密碼。了第一個遺傳密碼。6.6. 19691969年科學家們破譯了全部的密碼。年科學家們破譯了全部的密碼。 我們注意整個破譯過程中科學家思維的變化，薛定諤是以富有遠見卓識的大膽的想象來預測遺傳密碼的形式的，伽莫夫通過數學的排列組合的計算來推測密碼子是由三個堿基組成的，同時他也預測了密碼的閱讀方式，盡管智者千慮，必有一失，但巧妙的構思依然顯示了其睿智和創(chuàng)新?？死锟藙t是巧妙地設計實驗，利用原黃素處理噬菌體，使dna脫落或插入單個堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫的三聯體密碼子的推測，由理論走向實驗，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，他建立巧妙的無細胞系統(tǒng)進行體外蛋白質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。 歸結起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學家的重要素養(yǎng)，也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲時說過：一個善于捕捉細節(jié)的人才是能領略事物真諦的人。 項目項目莫爾斯電碼