遺傳密碼的破譯

1、第第3 3節(jié)節(jié) 遺傳密碼子的破譯遺傳密碼子的破譯問題探討問題探討 我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實際上就是將譯實際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質的中的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應的呢？的呢？ 研究的背景：研究的背景： “中心法則中心法則”提出后更為明確地指出了提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNARNA蛋白質。那蛋白質。那DNA和蛋白質之間和蛋白質之間究竟是什么關系？或者說究竟是什么關系

2、？或者說DNA是如何決定蛋是如何決定蛋白質？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。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遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 1954年科普作家年科普作家對破譯密碼首對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。當年，他在先提出了挑戰(zhàn)。當年，他在自然自然Nature雜志首雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出。 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索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體接下來，人們不禁又要問在三聯體中的每個堿基作為信息

3、只讀一次還是重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？序列會有什么不同呢？ 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索索 思考思考:當圖中當圖中DNA的第三個堿基的第三個堿基(T)發(fā)生改發(fā)生改變時變時,如果密碼是非重疊的如果密碼是非重疊的,這一改變這一改變將影響將影響_個氨基酸個氨基酸,如果是重疊如果是重疊的又將影響的又將影響_個氨基酸。個氨基酸。13在圖中在圖中DNA的第三個堿基的第三個堿基(T)后插入一個堿后插入一個堿基基A,如果密碼是非重疊的如果密碼是非重疊的,這一改變將影響這一改變將影響

4、_個氨基酸個氨基酸,如果密碼是重疊的如果密碼是重疊的,又將影又將影響響_個氨基酸。個氨基酸。33遺傳密碼子的驗證（克里克的遺傳密碼子的驗證（克里克的實驗）實驗） 1961年年,克里克對克里克對T4噬菌體噬菌體DNA上的一個上的一個基因進行處理，使基因進行處理，使DNA增加或減少堿基。增加或減少堿基。 通過這樣的方法他們發(fā)現加入或減少通過這樣的方法他們發(fā)現加入或減少1個個和和2個堿基都會引起噬菌體突變，無法產生正個堿基都會引起噬菌體突變，無法產生正常功能的蛋白質，而加入或減少常功能的蛋白質，而加入或減少3個堿基時卻個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質?？梢院铣烧９δ艿牡鞍踪|。為什么會這樣呢？為什

5、么會這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中這只能解釋為：遺傳密碼中3個堿基編碼個堿基編碼1個氨基酸。個氨基酸。請比較分析下圖請比較分析下圖:插入插入_個堿基對原有個堿基對原有氨基酸序列影響最小氨基酸序列影響最小.GGTTCGCACGCTTTGAGC插一個堿基插一個堿基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二個堿基插二個堿基GGTAATCGCACGCTTTGAGC插三個堿基插三個堿基GGTAAATCGCACGCTTTGAGC3進一步分析上圖進一步分析上圖:減少減少_個堿基對原有氨基酸序個堿基對原有氨基酸序列影響最小。列影響最小。3 克里克是第一個用實驗證明遺傳克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中密碼中

6、3個堿基編碼個堿基編碼1個氨基酸的科學個氨基酸的科學家。這個實驗還同時表明家。這個實驗還同時表明:遺傳密碼從遺傳密碼從一個固定的起點開始一個固定的起點開始,以非重疊的方式以非重疊的方式閱讀閱讀,編碼之間沒有分隔符。編碼之間沒有分隔符。遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現 1961-1962年，年，尼倫伯格（尼倫伯格（M.W.Nirenberg，1927）和馬太（）和馬太（H.Matthaei） 的實驗的實驗 ：遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現 這一結果不僅證實了無細胞系統(tǒng)的成功，同時還這一結果不僅證實了無細胞系統(tǒng)的成功，同時還表明表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。是苯丙氨酸的密

7、碼子。 這是第一個遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實驗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，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！ 遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現 在接下來的六七年里，科學家沿著體外合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！項工作成為

8、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邁進為人類探索和提示生命的本質的研究向前邁進一大步，為后面分子遺傳生物學的發(fā)展有著重一大步，為后面分子遺傳生物學的發(fā)展有著重要的推動作用。要的推動作用。 小結小結 1.1.19541954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個個堿基編碼一個氨基酸。堿基編碼一個氨基酸。2.2.19611961年克里克第一個用年克里克第一個用T4T4噬菌體實驗證明了噬菌體實驗證明了遺傳密碼中遺傳密碼中3 3個堿基編碼一個氨基酸。個堿基編碼一個氨基酸。3.3.19611961年尼倫伯格和馬太利用無細胞系統(tǒng)進行年尼倫伯

9、格和馬太利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成破譯了第一個遺傳密碼。體外合成破譯了第一個遺傳密碼。4.4.19691969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。小結小結 我們注意整個破譯過程中科學家思維的變化，伽我們注意整個破譯過程中科學家思維的變化，伽莫夫通過數學的排列組合的計算來推測密碼子是由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，克里克則是巧妙地設計實驗，使三個堿基組成的，克里克則是巧妙地設計實驗，使DNA增加或減少堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫增加或減少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，為密碼的三聯體密碼子的推測，由理論走向實

10、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。研究方法上開啟了新的思維方式。 歸結起來，我們看到，歸結起來，我們看到，敏銳、大敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新膽、睿智和創(chuàng)新是科

11、學家的重要素養(yǎng)，是科學家的重要素養(yǎng)，也正如尼倫伯格在也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲獎時說的：學或醫(yī)學獎獲獎時說的：一個善于捕一個善于捕捉細節(jié)的人才是能領略事物真諦的人。捉細節(jié)的人才是能領略事物真諦的人。 練習練習（1）在下列基因的改變中，合成出具有正常功能）在下列基因的改變中，合成出具有正常功能蛋白質的可能性最大的是：（蛋白質的可能性最大的是：（ ） A在相關的基因的堿基序列中刪除或增加一個在相關的基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對堿基對 B在相關的基因的堿基序列中刪除或增加二個在相關的基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基對堿基對 C在相關的基因的堿基序列中刪除或增加三個在相關的基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對堿基對 D在相關的基因的堿基序列中刪除或增加四個在相關的基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對堿基對（2）最早提出）最早提出3個堿基編碼一個氨基個堿基編碼一個氨基酸酸 的科學家和首次用實驗的方法的科學家和首次用實驗的方法加以證明的科學家分別是：（加以證明的科學家分別是：（ ）A克里克、伽莫夫克里克、伽莫夫 B克里克、沃森式化克里克、沃森式化 C摩爾根、尼倫伯格摩爾根、尼倫伯格 D伽莫夫、克里克伽莫夫、克里克D練習練習（3）采用蛋白質體外合成的技術揭示遺傳密碼