第3節(jié)　遺傳密碼的破譯（選學(xué)） (4)

1、第3節(jié) 遺傳密碼子的破譯 大通縣朔山中學(xué) 白玉芬問(wèn)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(shí)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(duì)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(lái)說(shuō)是DNARNA蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說(shuō)DNA是如何決定蛋白質(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(duì)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

2、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索 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(huì)有什么不同呢？ 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 非重疊的閱讀方式重疊的閱讀方式GGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCTGGTTCGCACGCT圖4-10 以重疊和非重疊的閱讀DNA序列思考：當(dāng)圖中DNA的第三個(gè)堿基（T）發(fā)生改變時(shí)，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響_個(gè)氨基酸，如果是重疊的又將影響_個(gè)氨基酸。13在圖中DNA的第三個(gè)堿基（T）后插入一

3、個(gè)堿基A，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響_個(gè)氨基酸，如果密碼是重疊的，又將影響_個(gè)氨基酸。33遺傳密碼子的驗(yàn)證（克里克的實(shí)驗(yàn)） 1961年，克里克對(duì)T4噬菌體DNA上的一個(gè)基因進(jìn)行處理，使DNA增加或減少堿基。 通過(guò)這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少1個(gè)和2個(gè)堿基都會(huì)引起噬菌體突變，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少3個(gè)堿基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)。為什么會(huì)這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸。請(qǐng)比較分析下圖:插入_個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小。GGTTCGCACGCTTTGAGC插一個(gè)堿基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二個(gè)堿基GGTAATCGCACGCTT

4、TGAGC插三個(gè)堿基GGTAAATCGCACGCTTTGAGC3進(jìn)一步分析上圖:減少_個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小。3 克里克是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸的科學(xué)家。這個(gè)實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明:遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)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(duì)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(shí)驗(yàn) ：各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr：酪氨酸Ser：絲氨酸Phe：苯丙氨酸Cys：半胱氨酸圖 4-11蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)示意圖遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 這一結(jié)果不僅證實(shí)了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)

5、還表明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)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來(lái)了重大的成功！ 遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(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)的思路，不斷地改進(jìn)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)工作成為生物學(xué)史上的一個(gè)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(dòng)作用。 小結(jié) 我們注意整個(gè)破譯過(guò)程中科學(xué)家思維的變化，伽莫夫通過(guò)數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來(lái)推測(cè)密碼子是由三個(gè)堿基組成的，克里克則是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使DNA增加或減少堿基的方法從實(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)，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實(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)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，更重要的也在對(duì)生物研究方法上開啟了新的思