第三節(jié) 遺傳密碼的破譯

1、第節(jié)第節(jié) 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯伊通二中伊通二中 張宜斌張宜斌 （QQ: 303218914)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，知道了遺傳密碼，而當(dāng)初遺傳密碼的破譯卻是通過(guò)知道了遺傳密碼，而當(dāng)初遺傳密碼的破譯卻是通過(guò)許多科學(xué)家艱辛的探索，最后被兩個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的許多科學(xué)家艱辛的探索，最后被兩個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕人富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)所破譯，這個(gè)過(guò)程充滿(mǎn)了思年輕人富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)所破譯，這個(gè)過(guò)程充滿(mǎn)了思維的智慧。讓我們現(xiàn)在一起來(lái)重溫一下科學(xué)家進(jìn)行維的智慧。讓我們現(xiàn)在一起來(lái)重溫一下科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探索的足跡，對(duì)我們的思維會(huì)有很好的啟迪。科學(xué)探索的足跡，對(duì)我們的

2、思維會(huì)有很好的啟迪。1請(qǐng)你根據(jù)左側(cè)提供的莫爾斯密請(qǐng)你根據(jù)左側(cè)提供的莫爾斯密碼表，將下面用莫爾斯密碼編寫(xiě)碼表，將下面用莫爾斯密碼編寫(xiě)的問(wèn)題譯成英文，每個(gè)密碼子之的問(wèn)題譯成英文，每個(gè)密碼子之間已用斜線(xiàn)分隔開(kāi)。間已用斜線(xiàn)分隔開(kāi)。 Where are genes located2請(qǐng)用莫爾斯密碼回答上面的問(wèn)題。請(qǐng)用莫爾斯密碼回答上面的問(wèn)題。 （在（在DNA上）上）1954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫GGamor對(duì)破譯密碼首先提對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)，他設(shè)想出了挑戰(zhàn)，他設(shè)想:若若一種堿基一種堿基與與一種氨基酸一種氨基酸對(duì)應(yīng)的話(huà)，那么只可能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的話(huà)，那么只可能產(chǎn)生4種種氨基酸，而已知天然的氨基酸約

3、有氨基酸，而已知天然的氨基酸約有種，因此不可種，因此不可由一個(gè)堿基編碼一種氨基酸。由一個(gè)堿基編碼一種氨基酸。 若若2個(gè)堿基編碼一種氨基酸個(gè)堿基編碼一種氨基酸的話(huà)，的話(huà)，4種堿基共有種種堿基共有種不同的排列組合，也不足以編碼不同的排列組合，也不足以編碼20種氨基酸。種氨基酸。 因此他認(rèn)為因此他認(rèn)為3個(gè)堿基編碼一種氨基酸個(gè)堿基編碼一種氨基酸的就可以解決問(wèn)的就可以解決問(wèn)題。雖然題。雖然4個(gè)堿基組成三聯(lián)密碼，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生個(gè)堿基組成三聯(lián)密碼，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生種不同形式。要比種不同形式。要比20種氨基酸大兩倍多。種氨基酸大兩倍多。 但若是但若是四聯(lián)密碼四聯(lián)密碼，就會(huì)產(chǎn)生，就會(huì)產(chǎn)生44=256種排列組合

4、。種排列組合。 相相比之下只有三聯(lián)體較為符合比之下只有三聯(lián)體較為符合20種氨基酸。種氨基酸。2042=1643=64伽莫夫是用數(shù)學(xué)的排列組合的方法在理論上作出推測(cè)伽莫夫是用數(shù)學(xué)的排列組合的方法在理論上作出推測(cè)的，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一推測(cè)是完全正確的。的，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一推測(cè)是完全正確的。接下來(lái)，人們不禁又要問(wèn)在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為接下來(lái)，人們不禁又要問(wèn)在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息信息依次閱讀依次閱讀還是還是重復(fù)閱讀重復(fù)閱讀呢呢?以重疊和非重疊方式閱以重疊和非重疊方式閱讀讀DNA序列會(huì)有什么不同呢序列會(huì)有什么不同呢?一一.遺傳密碼的閱讀方式遺傳密碼的閱讀方式思考思考:1.當(dāng)圖中的當(dāng)圖中的DNA

5、的第三個(gè)堿基的第三個(gè)堿基T發(fā)生改變時(shí)，如果密碼發(fā)生改變時(shí)，如果密碼子是子是非重疊非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸?如果密如果密碼子是碼子是重疊重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的結(jié)果的，又將產(chǎn)生怎樣的結(jié)果? (可能影響可能影響1個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸)(可能影響可能影響3個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸) 2.當(dāng)圖中的當(dāng)圖中的DNA的第三個(gè)堿基的第三個(gè)堿基T后插入一個(gè)堿基后插入一個(gè)堿基A的的話(huà)，如果密碼子是話(huà)，如果密碼子是非重疊非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸氨基酸?如果插入如果插入2個(gè)、個(gè)、3個(gè)堿基呢個(gè)堿基呢?插入插入1個(gè)堿基，影響后面所有的氨基酸個(gè)堿基，影響后面所

6、有的氨基酸 3.當(dāng)圖中的當(dāng)圖中的DNA的第三個(gè)堿基的第三個(gè)堿基T后插入一個(gè)堿基后插入一個(gè)堿基A的話(huà)，的話(huà)，如果密碼子是如果密碼子是重疊重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸?插入插入2個(gè)、個(gè)、3個(gè)氨基酸呢個(gè)氨基酸呢? 插入插入2個(gè)堿基，影響后面所有的氨基酸個(gè)堿基，影響后面所有的氨基酸插入插入3個(gè)堿基，會(huì)在原氨基酸序列中多一個(gè)氨基酸個(gè)堿基，會(huì)在原氨基酸序列中多一個(gè)氨基酸插入插入1個(gè)堿基，影響個(gè)堿基，影響3個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多1個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸插入插入2個(gè)堿基，影響個(gè)堿基，影響4個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多2

7、個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸插入插入3個(gè)堿基，影響個(gè)堿基，影響5個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多3個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸二二.克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)問(wèn)題問(wèn)題:遺傳密碼真的是以遺傳密碼真的是以3個(gè)堿基為一組嗎個(gè)堿基為一組嗎?遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的?密碼之間是否有分隔符密碼之間是否有分隔符?實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無(wú)法在相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或者刪除兩個(gè)堿基，產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或者刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當(dāng)增加或也

8、不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論:遺傳密碼中遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼個(gè)氨基酸個(gè)堿基編碼個(gè)氨基酸遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊的方式閱讀遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊的方式閱讀編碼之間沒(méi)有分隔符編碼之間沒(méi)有分隔符三三.遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)如何找出如何找出64種密碼子到底對(duì)應(yīng)哪種氨基酸呢種密碼子到底對(duì)應(yīng)哪種氨基酸呢?兩個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕人兩個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕人尼倫伯格尼倫伯格和和馬太馬太設(shè)計(jì)了富設(shè)計(jì)了富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法，成功地破譯了第一個(gè)遺傳

9、密碼有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法，成功地破譯了第一個(gè)遺傳密碼蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1.在每個(gè)試管中分別加入一種在每個(gè)試管中分別加入一種氨基酸氨基酸2.在每個(gè)試管中再分別加入除去了在每個(gè)試管中再分別加入除去了DNA和和mRNA的的細(xì)胞提取液細(xì)胞提取液3.在每個(gè)試管中再分別加入人工合成的在每個(gè)試管中再分別加入人工合成的RNA多聚尿多聚尿嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 加入了加入了苯丙氨酸苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了的試管中出現(xiàn)了多聚苯多聚苯丙氨酸丙氨酸實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯丙氨酸苯丙氨酸的對(duì)應(yīng)的密碼子是的對(duì)應(yīng)的密碼子是思考：思考：1.為什么要除去細(xì)胞提取液中的為什么要除

10、去細(xì)胞提取液中的DNA和和mRNA? 防止細(xì)胞原有的防止細(xì)胞原有的DNA和和mRNA中的遺傳信息中的遺傳信息起作用干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。起作用干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.如果你是尼倫伯格如果你是尼倫伯格,你將如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)銓⑷绾卧O(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn),確保你確保你的重大發(fā)現(xiàn)是正確的的重大發(fā)現(xiàn)是正確的? 在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的所有試管中加入成分均不變?cè)趯?duì)照實(shí)驗(yàn)中的所有試管中加入成分均不變,但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。遺傳密碼破譯歷程：遺傳密碼破譯歷程：1.伽莫夫通過(guò)數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算推測(cè)密碼子伽莫夫通過(guò)數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算推測(cè)密碼子是由三個(gè)堿基組成的是由三個(gè)堿基組成的2.克里克巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，處理

11、噬菌體，使克里克巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，處理噬菌體，使DNA脫落脫落或插入單個(gè)堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)或插入單個(gè)堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測(cè)，由理論走向?qū)嶒?yàn)，為密碼子的破譯體密碼子的推測(cè)，由理論走向?qū)嶒?yàn)，為密碼子的破譯邁出重要的一步。邁出重要的一步。3.尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無(wú)尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無(wú)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(gè)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(gè)密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼密碼子，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(duì)遺傳密碼的破譯，更重要子

12、。他的貢獻(xiàn)不僅僅在于對(duì)遺傳密碼的破譯，更重要的也在對(duì)生物研究方法上開(kāi)啟了新的思維方式。的也在對(duì)生物研究方法上開(kāi)啟了新的思維方式。歸結(jié)起來(lái)，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新歸結(jié)起來(lái)，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)。是科學(xué)家的重要素養(yǎng)。例例1：組成：組成mRNA分子的種核苷酸能組成多少種密分子的種核苷酸能組成多少種密碼子？碼子？A.16B.32C.46D.64例例2：基因中的下敘堿基變化中，最有可能合成出正：基因中的下敘堿基變化中，最有可能合成出正常蛋白質(zhì)的是常蛋白質(zhì)的是A.在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加一個(gè)堿基對(duì)在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加一個(gè)堿基對(duì)B.在有關(guān)基因的堿基

13、序列中刪除或增加兩個(gè)堿基對(duì)在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加兩個(gè)堿基對(duì)C.在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對(duì)在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對(duì)D.在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對(duì)在有關(guān)基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對(duì)例例3: 采用蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)揭示遺傳密碼實(shí)驗(yàn)中，采用蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)揭示遺傳密碼實(shí)驗(yàn)中，改變下列哪項(xiàng)操作，即可測(cè)出全部的遺傳密碼與氨基改變下列哪項(xiàng)操作，即可測(cè)出全部的遺傳密碼與氨基酸的對(duì)應(yīng)規(guī)則。酸的對(duì)應(yīng)規(guī)則。A.無(wú)無(wú)DNA和和mRNA細(xì)胞的提取液細(xì)胞的提取液B.人工合成的多聚核苷酸人工合成的多聚核苷酸C.加入的氨基酸種類(lèi)和數(shù)量加入的氨基酸種類(lèi)和數(shù)量D.測(cè)定多肽鏈中氨基酸種類(lèi)的方法測(cè)定多肽鏈中氨基酸種類(lèi)的方法例4：已知幾種氨基酸的密碼子為： a.精 氨 酸：CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG； b.纈 氨 酸：GUU、GUC、GUA、GUG； c.甘 氨 酸：GGU、GGC、GGA、GGG； d.組 氨 酸：CAU、CAC； e.色 氨 酸：UGG； f.甲硫氨酸：AUG。 用化學(xué)方法使一種六鈦分子降解，其產(chǎn)物中測(cè)出三種三鈦；甲硫氨酸-組氨酸-色氨酸；精氨酸-纈氨酸-甘氨酸；甘氨酸-甲硫氨酸-組氨酸。 （1）這種六鈦的氨基酸順序?yàn)開(kāi) 。（填字母） (2) 編碼這個(gè)六肽的DNA分子片段至少含_個(gè)脫氧核糖。A-b-c-f-d