(生物43遺傳密碼的破譯(人教版必修2)ppt課件

1、第4章 基因的表達(dá)第3節(jié) 遺傳密碼的破譯人教版必修2.問(wèn)題討論我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實(shí)踐上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，那堿基序列與氨基酸序列是如何對(duì)應(yīng)的呢？ .歷史的步伐1、1866年，孟德?tīng)柼岢鲞z傳定律。2、1883年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲配中的染色體數(shù)目只需體細(xì)胞中的一半。3、1890年，科學(xué)家確認(rèn)了減數(shù)分裂產(chǎn)生配子。4、1891年，科學(xué)家描畫了減數(shù)分裂的全過(guò)程。5、1902年，鮑維豐(T.Boveri)和1903年薩頓(W.Sutton)在研討減數(shù)分裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)遺傳因子的行為與染色體行為呈平行關(guān)系，提出染色體是遺傳因子載體，可說(shuō)是染色體遺傳學(xué)說(shuō)的初

2、步論證。6、1909年的約翰遜(W.Johannsen)稱孟德?tīng)柤俣ǖ摹斑z傳因子為“基因，并明確區(qū)別基因型和表型。7、1909年，詹森斯 (F.A.Janssen)察看到染色體在減數(shù)分裂時(shí)呈交叉景象，為解釋基因連鎖景象提供了根底。8、1909年，摩爾根(T.H.Morgan,1866-1945)開場(chǎng)對(duì)果蠅迸行實(shí)驗(yàn)遺傳學(xué)研討，發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳的規(guī)律。他和他的學(xué)生還發(fā)現(xiàn)了連鎖、交換和不分別規(guī)律等。并進(jìn)一步證明基因在染色體上呈直線陳列，從而開展了染色體遺傳學(xué)說(shuō)。 1926年摩爾根提出基因?qū)W說(shuō)，發(fā)表.歷史的步伐9、 20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成的。10、1928年格里菲思的肺

3、炎雙球菌實(shí)驗(yàn)。11、1940年艾弗里用純化因子研討肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)。12、1941年提出了一個(gè)基因一種酶的假說(shuō)。一個(gè)基因一種酶假說(shuō)暗示了基因的作用 是指點(diǎn)蛋白質(zhì)分子的最后構(gòu)型，從而決議其特異性。 13、1944年，實(shí)際物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)是一種信息分子，能夠類似作為普通民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符號(hào)：“ 、“，經(jīng)過(guò)陳列組合來(lái)儲(chǔ)存遺傳信息。 14、1952年赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)。確認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。15、1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋構(gòu)造。16、1957年提出一個(gè)中心法那么：遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，

4、 進(jìn)而流向蛋白質(zhì)。 17、1958年科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)資料，證明了DNA的半保管復(fù)制。18、1961年克里克等證明了他于1958年提出的關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼的推測(cè)，1969年 Nirenberg 等解譯出全部遺傳密碼。19、60年代，闡明mRNA、tRNA 及核糖體的功能、蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程。.研討的背景： 1941年比德?tīng)朑.Beadle和塔特姆E.Tatum 的任務(wù)那么強(qiáng)有力地證明了基因突變引起了酶的改動(dòng)，而且每一種基因一定控制著一種特定酶的合成，從而提出了一個(gè)基因一種酶的假說(shuō)。人們逐漸地認(rèn)識(shí)到基因和蛋白的關(guān)系。 “中心法那么提出后更為明確地指指出了遺傳信息傳送的方向，總體上來(lái)說(shuō)是從DN

5、ARNA蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間終究是什么關(guān)系？或者說(shuō)DNA是如何決議蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W的問(wèn)題在五十年代末就開場(chǎng)引起了一批研討者的極大興趣。 1944年，實(shí)際物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的一書中就大膽地預(yù)言，染色體是由一些同分異構(gòu)的單體分子延續(xù)所組成。這種延續(xù)體的準(zhǔn)確性組成了遺傳密碼。他以為遺傳物質(zhì)是一種信息分子，同分異構(gòu)單體能夠作為普通民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符號(hào)：“ 、“，經(jīng)過(guò)陳列組合來(lái)儲(chǔ)存遺傳信息。 .莫爾斯電報(bào) : 短音 念作滴di : 長(zhǎng)音 念作答da字碼:A: B: C: D: E: F: G: H: I: J: K: L: M: N: O: P: Q: R: S: T: U: V:

6、W: X: Y: Z: ?: /: : 數(shù)碼(長(zhǎng)碼):1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 0: .研討的背景： 1944年，實(shí)際物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的一書，而當(dāng)時(shí)遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是尚未明確的，十年后DNA雙螺旋模型才得以建立，在這樣的背景下能將遺傳信息想象成一種電碼式的遺傳密碼方式，真實(shí)是一種超越時(shí)代的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)。 到1953年雙螺旋模型的建立，給予科學(xué)家們以很大的鼓勵(lì)。破譯遺傳密碼也就成了勢(shì)在必行的任務(wù)。 .遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 對(duì)于遺傳密碼來(lái)說(shuō)最簡(jiǎn)單的破譯方法應(yīng)是將DNA順序或mRNA順序和多肽相比較。但和普通破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文蛋白的順序是知的，未知

7、的都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的構(gòu)造后，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解得越來(lái)越多。但是直到1969年前后閱歷了十多年時(shí)間，多位科學(xué)家的執(zhí)著研討才破譯了密碼，其中最為重要的幾項(xiàng)任務(wù)其思緒之新穎、方法之精巧都閃爍著科學(xué)的智慧之光。.遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 1954年科普作家伽莫夫G.Gamor對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。他以著有等優(yōu)秀的科學(xué)夢(mèng)想作品而著稱，具有豐富的想象力，但他不是一位實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，所以只能從實(shí)際上來(lái)嘗試密碼的解讀。當(dāng)年，他在雜志初次發(fā)表了遺傳密碼的實(shí)際研討的文章，指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。 .遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 接下來(lái)，人們不由又要問(wèn)在三聯(lián)體中

8、的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是反復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不同呢？ .遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 .遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 1957年Brenner.S發(fā)表了一篇令人興奮的實(shí)際文章，他經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析，發(fā)現(xiàn)不存在氨基酸的鄰位限制造用，從而否認(rèn)了遺傳密碼重疊閱讀的能夠性。同時(shí)人們也發(fā)如今鐮刀形細(xì)胞貧血的例子中，血紅蛋白中僅有一個(gè)氨基酸發(fā)生改動(dòng)。 .遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探求 很遺憾，伽莫夫也許是思索到效率的問(wèn)題，以為一個(gè)堿基能夠被反復(fù)讀多次，也就是說(shuō)遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)目存在著一對(duì)一的關(guān)系。 智者千慮，必有一失。很

9、多著名的科學(xué)家也有過(guò)類似的失誤。在資料較少的情況下，對(duì)未知的真理作出推斷，難免會(huì)發(fā)生偏向，但瑕不掩瑜，人們對(duì)他們的那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神，巧妙的構(gòu)思仍敬仰不已。 .遺傳密碼子的驗(yàn)證克里克的實(shí)驗(yàn) 他們用T4噬菌體染色體上的一個(gè)基因經(jīng)過(guò)用原黃素處置，可以使DNA零落或插入單個(gè)堿基，插入叫“加字突變，零落叫“減字突變，無(wú)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噬菌體“加字和“減字突變，再進(jìn)展雜交來(lái)獲得參與或減少一個(gè)，二個(gè)，三個(gè)的不同堿基數(shù)的系列突變。 經(jīng)過(guò)這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)參與或減少一個(gè)和二個(gè)堿基都會(huì)引起噬菌體突變，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白，而參與或減少3個(gè)堿

10、基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)，為什么會(huì)這樣呢？ .遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)那么的發(fā)現(xiàn) 1961-1962年，尼倫伯格M.W.Nirenberg，1927和馬太H.Matthaei 的實(shí)驗(yàn) ：.遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)那么的發(fā)現(xiàn) 這一結(jié)果不僅證明了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)的勝利，同時(shí)還闡明UUU是苯丙氨酸的密碼子。 這是第一個(gè)遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)巧妙之處在于利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)展體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來(lái)了艱苦的勝利！ .對(duì)比克里克和尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惒耋w外蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)主要思路通過(guò)研究堿基的改變對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響推斷遺傳密碼的性質(zhì)。建立體外蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，直接破解遺傳密碼規(guī)

11、則。前提找到使DNA脫落或插入單個(gè)堿基的方法原黃素處理多核苷酸磷酸化酶的發(fā)現(xiàn)，為得到poly U提供條件優(yōu)勢(shì)不需要理解蛋白質(zhì)合成過(guò)程，就能作出推斷密碼子的總體特征?？焖伲苯硬蛔阕C據(jù)相對(duì)間接，工作量較大。需要首先了解細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成所需的條件。.遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)那么的發(fā)現(xiàn) 在接下來(lái)的六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思緒，不斷地改良實(shí)驗(yàn)方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這項(xiàng)任務(wù)成為生物學(xué)史上的一個(gè)偉大的里程碑！為人類探求和提示生命的本質(zhì)的研討向前邁進(jìn)一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)的開展有著重要的推進(jìn)作用。 遺傳密碼的破譯，測(cè)序方法的建立以及體外重組的實(shí)現(xiàn)是基因工程的三大基石。 .小

12、結(jié) 1、 1941年提出了一個(gè)基因一種酶的假說(shuō)。一個(gè)基因一種酶假說(shuō)暗示了基因的作用是指點(diǎn)蛋白質(zhì)分子的最后構(gòu)型，從而決議其特異性。 2、1944年，實(shí)際物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)是一種信息分子，能夠類似作為普通民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符號(hào)：“ 、“，經(jīng)過(guò)陳列組合來(lái)儲(chǔ)存遺傳信息。 3、1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋構(gòu)造。4、1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的構(gòu)造后，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解得越來(lái)越多。5、1954年科普作家伽莫夫G.Gamor對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，他同時(shí)也以為遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)

13、目存在著一對(duì)一的關(guān)系。 6、1957年提出一個(gè)中心法那么：遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)。 7、1957年Brenner.S發(fā)表的實(shí)際文章，他經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析，發(fā)現(xiàn)不存在氨基酸的鄰位限制造用，從而否認(rèn)了遺傳密碼重疊閱讀的能夠性。 8、1961年克里克等證明了關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼的推測(cè)。9、1962年尼倫伯格和馬太蛋白質(zhì)體外合成實(shí)驗(yàn)破譯出了第一個(gè)遺傳密碼UUU。10、1969年科學(xué)家們解譯出全部遺傳密碼。.小結(jié) 1944年實(shí)際物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的一書中就大膽地預(yù)言，遺傳密碼能夠與莫爾斯電碼類似，經(jīng)過(guò)陳列組合來(lái)儲(chǔ)存遺傳信息。1954年科普作家伽莫夫用

14、數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。1957年Brenner.S發(fā)表文章，在實(shí)際上否認(rèn)了遺傳密碼重疊閱讀的能夠性。1961年克里克第一個(gè)用T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。1961年尼倫伯格和馬太利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)展體外重組破譯了第一個(gè)遺傳密碼。1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。.小結(jié) 我們留意整個(gè)破譯過(guò)程中科學(xué)家思想的變化，薛定諤是以富有遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)的大膽的想象來(lái)預(yù)測(cè)遺傳密碼的方式的，伽莫夫經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)的陳列組合的計(jì)算來(lái)推測(cè)密碼子是由三個(gè)堿基組成的，同時(shí)他也預(yù)測(cè)了密碼的閱讀方式，雖然智者千慮，必有一失，但巧妙的構(gòu)思依然顯示了其睿智和創(chuàng)新。克里克那么是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用原黃素處

15、置噬菌體，使DNA零落或插入單個(gè)堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測(cè)，由實(shí)際走向?qū)嶒?yàn)，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)?zāi)敲锤挥袆?chuàng)新性，他建立巧妙的無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)展體外蛋白質(zhì)合成勝利地破譯了第一個(gè)密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了一切的密碼子。他的奉獻(xiàn)不僅僅在于對(duì)遺傳密碼的破譯，更重要的也在對(duì)生物研討方法上開啟了新的思想方式。 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)，也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲時(shí)說(shuō)過(guò)：一個(gè)擅長(zhǎng)捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真理的人。 .練習(xí)P76第2題 項(xiàng)目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有無(wú)分隔符長(zhǎng)度是否固定閱讀方式是否重疊密碼所采用的符號(hào)遺傳密碼的特點(diǎn)：不延續(xù)性；不重疊性；簡(jiǎn)并性；通用性。有分隔符“/”無(wú)分隔符長(zhǎng)度不固定，1到4個(gè)符號(hào)不等長(zhǎng)度固定，3個(gè)符號(hào)非重疊方式閱讀非重疊方式閱讀 A C G U.練習(xí)1在以下基因的改動(dòng)中，合成出具有正常功能蛋白質(zhì)的能夠性最大的是： A在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或添加一個(gè)堿基 B在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或添加二個(gè)堿