生物遺傳密碼的破譯課件人教版必修

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，那堿基序列與氨基酸序列是如何對應(yīng)的呢？

歷史的步伐1、1866年，孟德爾提出遺傳定律。2、1883年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲配中的染色體數(shù)目只有體細(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)家描述了減數(shù)分裂的全過程。5、1902年，鮑維豐(T.Boveri)和1903年薩頓(W.Sutton)在研究減數(shù)分裂時，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，可說是染色體遺傳學(xué)說的初步論證。6、1909年的約翰遜(W.Johannsen)稱孟德爾假定的“遺傳因子”為“基因”，并明確區(qū)別基因型和表型。7、1909年，詹森斯(F.A.Janssen)觀察到染色體在減數(shù)分裂時呈交叉現(xiàn)象，為解釋基因連鎖現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)。8、1909年，摩爾根(T.H.Morgan,1866-1945)開始對果蠅迸行實驗遺傳學(xué)研究，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、交換和不分離規(guī)律等。并進(jìn)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(xué)說。1926年摩爾根提出基因?qū)W說，發(fā)表《基因論》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年格里菲思的肺炎雙球菌實驗。11、1940年艾弗里用純化因子研究肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化的實驗。12、1941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(dǎo)蛋白質(zhì)分子的最后構(gòu)型，從而決定其特異性。

13、1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)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。

14、1952年赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。確認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。15、1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。16、1957年提出一個中心法則：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)。

17、1958年科學(xué)家以大腸桿菌為實驗材料，證實了DNA的半保留復(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，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)生物合成的過程。研究的背景：

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，從而提出了一個基因一種酶的假說。人們逐步地認(rèn)識到基因和蛋白的關(guān)系?！爸行姆▌t”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DNA→RNA→蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說DNA是如何決定蛋白質(zhì)？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(xué)家薛定諤發(fā)表的《什么是生命》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(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種信息分子，同分異構(gòu)單體可能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。莫爾斯電報?:短音念作"滴（di）"

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到1953年雙螺旋模型的建立，給予科學(xué)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。

遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

對于遺傳密碼來說最簡單的破譯方法應(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(jié)構(gòu)后，對蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1969年前后經(jīng)歷了十多年時間，多位科學(xué)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(xué)的智慧之光。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(xué)幻想作品而著稱，具有豐富的想象力，但他不是一位實驗科學(xué)家，所以只能從理論上來嘗試密碼的解讀。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，指出三個堿基編碼一個氨基酸。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(lián)體中的每個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序列會有什么不同呢？《思考與討論》遺傳傳密密碼碼的的試試拼拼與與閱閱讀讀方方式式的的探探索索遺傳傳密密碼碼的的試試拼拼與與閱閱讀讀方方式式的的探探索索1957年年Brenner.S發(fā)發(fā)表表了了一一篇篇令令人人興興奮奮的的理理論論文文章章，，他他通通過過蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的氨氨基基酸酸順順序序分分析析，，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)不不存存在在氨氨基基酸酸的的鄰鄰位位限限制制作作用用，，從從而而否否定定了了遺遺傳傳密密碼碼重重疊疊閱閱讀讀的的可可能能性性。。同同時時人人們們也也發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在在鐮鐮刀刀形形細(xì)細(xì)胞胞貧貧血血的的例例子子中中，，血血紅紅蛋蛋白白中中僅僅有有一一個個氨氨基基酸酸發(fā)發(fā)生生改改變變。。遺傳傳密密碼碼的的試試拼拼與與閱閱讀讀方方式式的的探探索索很遺遺憾憾，，伽伽莫莫夫夫也也許許是是考考慮慮到到效效率率的的問問題題，，認(rèn)認(rèn)為為一一個個堿堿基基可可能能被被重重復(fù)復(fù)讀讀多多次次，，也也就就是是說說遺遺傳傳密密碼碼的的閱閱讀讀是是完完全全重重疊疊的的，，因因此此氨氨基基酸酸數(shù)數(shù)目目和和核核苷苷酸酸數(shù)數(shù)目目存存在在著著一一對對一一的的關(guān)關(guān)系系。。智者者千千慮慮，，必必有有一一失失。。很很多多著著名名的的科科學(xué)學(xué)家家也也有有過過類類似似的的失失誤誤。。在在資資料料較較少少的的情情況況下下，，對對未未知知的的真真理理作作出出推推斷斷，，難難免免會會發(fā)發(fā)生生偏偏差差，，但但瑕瑕不不掩掩瑜瑜，，人人們們對對他他們們的的那那種種敏敏銳銳、、大大膽膽、、睿睿智智和和創(chuàng)創(chuàng)新新的的精精神神，，巧巧妙妙的的構(gòu)構(gòu)思思仍仍敬敬佩佩不不已已。。遺傳傳密密碼碼子子的的驗驗證證（（克克里里克克的的實實驗驗））他們們用用T4噬噬菌菌體體染染色色體體上上的的一一個個基基因因通通過過用用原原黃黃素素處處理理，，可可以以使使DNA脫脫落落或或插插入入單單個個堿堿基基，，插插入入叫叫“加加字字””突突變變，脫脫落落叫叫“減減字字””突突變變，無無論論加加字字和和減減字字都都可可以以引引起起移移碼碼突突變變。。Crick小小組組用用這這種種方方法法獲獲得得一一系系列列的的T4噬噬菌菌體體““加加字字””和和““減減字字””突突變變，，再再進(jìn)進(jìn)行行雜雜交交來來獲獲得得加加入入或或減減少少一一個個，，二二個個，，三三個個的的不不同同堿堿基基數(shù)數(shù)的的系系列列突突變變。。通過過這這樣樣的的方方法法他他們們發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)加加入入或或減減少少一一個個和和二二個個堿堿基基都都會會引引起起噬噬菌菌體體突突變變，，無無法法產(chǎn)產(chǎn)生生正正常常功功能能的的蛋蛋白白，，而而加加入入或或減減少少3個個堿堿基基時時卻卻可可以以合合成成正正常常功功能能的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)，，為為什什么么會會這這樣樣呢呢？？遺傳密碼對應(yīng)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)1961-1962年，，尼倫伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和和馬太（H.Matthaei）的的實驗：遺傳密碼對應(yīng)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)這一結(jié)果不僅僅證實了無細(xì)細(xì)胞系統(tǒng)的成成功，同時還還表明UUU是苯丙氨酸酸的密碼子。。這是第一個遺遺傳密碼子被被破譯。尼倫倫伯格的實驗驗巧妙之處在在于利用無細(xì)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行行體外合成蛋蛋白質(zhì)，他這這富有創(chuàng)新的的實驗方法為為他帶來了重重大的成功！！對比克里克和和尼倫伯格的的實驗克里克的T4噬菌體實驗?zāi)醾惒耋w外蛋白質(zhì)合成實驗主要思路通過研究堿基的改變對蛋白質(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)則。前提找到使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(xiàn)，為得到polyU提供條件優(yōu)勢不需要理解蛋白質(zhì)合成過程，就能作出推斷密碼子的總體特征。快速，直接不足證據(jù)相對間接，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。遺傳密碼對應(yīng)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在接下來的六六七年里，科科學(xué)家沿著體體外合成蛋白白質(zhì)的思路，，不斷地改進(jìn)進(jìn)實驗方法，，破譯出了全全部的密碼子子，并編制出出了密碼子表表。這項工作作成為生物學(xué)學(xué)史上的一個個偉大的里程程碑！為人類類探索和提示示生命的本質(zhì)質(zhì)的研究向前前邁進(jìn)一大步步，為后面分分子遺傳生物物學(xué)的發(fā)展有有著重要的推推動作用。遺傳密碼的破破譯，測序方方法的建立以以及體外重組組的實現(xiàn)是基基因工程的三三大基石。小結(jié)1、1941年提出了了一個基因一一種酶的假說說。一個基因因一種酶假說說暗示了基因因的作用是指指導(dǎo)蛋白質(zhì)分分子的最后構(gòu)構(gòu)型，從而決決定其特異性性。2、1944年，理論物物理學(xué)家薛定定諤發(fā)表的《《什么是生命命》一書中就就大膽地預(yù)言言，遺傳物質(zhì)質(zhì)是一種信息息分子，可能能類似作為一一般民用的莫莫爾斯電碼的的兩個符號：：“·”、、“—”，通通過排列組合合來儲存遺傳傳信息。3、1953年，沃森和和克里克發(fā)現(xiàn)現(xiàn)DNA雙螺螺旋結(jié)構(gòu)。4、1954年Sanger用紙層層析分析了胰胰島素的結(jié)構(gòu)構(gòu)后，對蛋白白質(zhì)的氨基酸酸序列了解得得越來越多。。5、1954年科普作家家伽莫夫G.Gamor對破譯密碼碼首先提出了了挑戰(zhàn)。指出出三個堿基編編碼一個氨基基酸，他同時時也認(rèn)為遺傳傳密碼的閱讀讀是完全重疊疊的，因此氨氨基酸數(shù)目和和核苷酸數(shù)目目存在著一對對一的關(guān)系。。6、1957年提出一個個中心法則：：遺傳信息可可以從DNA流向DNA，也可以從從DNA流向向RNA，進(jìn)進(jìn)而流向蛋白白質(zhì)。7、1957年Brenner.S發(fā)表的理論論文章，他通通過蛋白質(zhì)的的氨基酸順序序分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)不存在氨基基酸的鄰位限限制作用，從從而否定了遺遺傳密碼重疊疊閱讀的可能能性。8、1961年克里克等等證明了關(guān)于于遺傳三聯(lián)密密碼的推測。。9、1962年尼倫伯格格和馬太蛋白白質(zhì)體外合成成實驗破譯出出了第一個遺遺傳密碼UUU。10、1969年科學(xué)家家們解譯出全全部遺傳密碼碼。小結(jié)1944年理理論物理學(xué)家家薛定諤發(fā)表表的《什么是是生命》一書書中就大膽地地預(yù)言，遺傳傳密碼可能與與莫爾斯電碼碼類似，通過過排列組合來來儲存遺傳信信息。1954年科科普作家伽莫莫夫用數(shù)學(xué)的的方法推斷3個堿基編碼碼一個氨基酸酸。1957年Brenner.S發(fā)表表文章，在理理論上否定了了遺傳密碼重重疊閱讀的可可能性。1961年克克里克第一個個用T4噬菌菌體實驗證明明了遺傳密碼碼中3個堿基基編碼一個氨氨基酸。1961年尼尼倫伯格和馬馬太利用無細(xì)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行行體外重組破破譯了第一個個遺傳密碼。。1969年科科學(xué)家們破譯譯了全部的密密碼。小結(jié)我們注意整個個破譯過程中中科學(xué)家思維維的變化，薛薛定諤是以富富有遠(yuǎn)見卓識識的大膽的想想象來預(yù)測遺遺傳密碼的形形式的，伽莫莫夫通過數(shù)學(xué)學(xué)的排列組合合的計算來推推測密碼子是是由三個堿基基組成的，同同時他也預(yù)測測了密碼的閱閱讀方式，盡盡管智者千慮慮，必有一失失，但巧妙的的構(gòu)思依然顯顯示了其睿智智和創(chuàng)新?？丝死锟藙t是巧巧妙地設(shè)計實實驗，利用原原黃素處理噬噬菌體，使DNA脫落或或插入單個堿堿基的方法從從實驗上證明明了伽莫夫的的三聯(lián)體密碼碼子的推測，，由理論走向向?qū)嶒?，為密密碼子的破譯譯邁出重要的的一步。而尼尼倫伯格的實實驗則更富有有創(chuàng)新性，他他建立巧妙的的無細(xì)胞系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行體外蛋蛋白質(zhì)合成成成功地破譯了了第一個密碼碼子，隨后的的方法不斷創(chuàng)創(chuàng)新最終破譯譯了所有的密密碼子。他的的貢獻(xiàn)不僅僅僅在于對遺傳傳密碼的破譯譯，更重要的的也在對生物物研究方法上上開啟了新的的思維方式。。歸結(jié)起來，我我們看到，敏銳、大膽、、睿智和創(chuàng)新新是科學(xué)家的重重要素養(yǎng)，也也正如尼倫伯伯格在1968年諾貝爾爾生理學(xué)或醫(yī)醫(yī)學(xué)獎獲時說說過：一個善于捕捉捉細(xì)節(jié)的人才才是能領(lǐng)略事事物真諦的人人。練習(xí)（P