遺傳密碼的破譯-高一下學(xué)期生物人教版必修2

第3節(jié)遺傳密碼的破譯

（選學(xué)）第四章基因的表達(dá)莫爾斯電報?:短音念作"滴（di）"

—:長音念作"答（da）"

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0:—————問題探討：問題探討：1、Wherearegeneslocated3、無論從電文譯成英文還是從英文譯成電文都離不開莫爾斯密碼表2、莫爾斯密碼：－··/－·/·－在DNA上。

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？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。

研究的背景：1944年，理論物理學(xué)家薛定諤，將遺傳信息設(shè)想成一種電碼式的遺傳密碼形式，實在是一種超越時代的遠(yuǎn)見卓識。

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。

1954年科普作家伽莫夫，指出三個堿基編碼一個氨基酸。一、遺傳密碼的閱讀方式

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？遺傳密碼的閱讀方式：2、當(dāng)圖中DNA的第三個堿基（T）后插入一個堿基A，時，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果密碼是重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的影響？如果插入2個、3個堿基呢？

密碼是非重疊的1、2個：后面所有的氨基酸（無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)），3個堿基將會在原氨基酸序列中多一個氨基酸。如果插入1個堿基，3個氨基酸，多肽比原正常多肽多1個氨基酸

2個4個2個

3個5個

3個密碼是重疊的：1、當(dāng)圖中DNA的第三個堿基(T)發(fā)生改變時,如果密碼是非重疊的,這一改變將影響______個氨基酸,如果是重疊的又將影響________個氨基酸。13《思考與討論》：P74二、克里克的實驗證據(jù)（遺傳密碼子的驗證）

1961年,克里克對T4噬菌體DNA上的一個基因進(jìn)行處理，使DNA增加或減少堿基。通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)類比分析：

P74“THEFATCATATETHEBIGRAT”在相關(guān)堿基序列中增加或刪除1個或2個堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)在相關(guān)堿基序列中增加或刪除3個堿基，卻合成了正常功能的蛋白質(zhì)；

克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學(xué)家。這個實驗還同時表明:遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符。如何破譯遺傳密碼呢？蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)（大腸桿菌）

實驗過程：1.取20支試管編號，每個試管中分別加入一種氨基酸；2.每個試管中分別加入除去了DNA和mRNA的細(xì)胞提取液（？P75）；3.每個試管中分別加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸結(jié)果：加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈；說明：

多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶的堿基序列是由多個尿嘧啶組成的（UUUUUU······），可見尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈；苯丙氨酸－－UUU.三、遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

1961-1962年，尼倫伯格和馬太破譯了第一個遺傳密碼：如何設(shè)計對照實驗？遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

這一結(jié)果不僅證實了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。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(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實驗方法為他帶來了重大的成功！拓展：上述方法只能破譯AAA(賴氨酸)、CCC(脯氨酸)、GGG(甘氨酸)、UUU(苯丙氨酸)4種氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。

1966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一種新的RNA合成方法，通過這種方法合成的RNA可以是2個、3個或4個堿基為單位的重復(fù)序列例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長鏈，以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說明蘇氨酸的密碼子可能是ACA，也可能是CAC；同樣，組氨酸的密碼子可能是CAC，也可能是ACA。如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢？方案：如合成（CAA）n長鏈，重復(fù)上述實驗，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。實驗結(jié)果對比分析，即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子，CAC是組氨酸的密碼子。設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可確定。拓展練習(xí)：假如，我們利用(ACU)n核苷酸長鏈合成了含有蘇氨酸的多肽，那么蘇氨酸可能的密碼子有哪些？如何運(yùn)用實驗方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么？遺傳密碼對應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

在接下來的六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實驗方法，1969年，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表P65。這項工作成為生物學(xué)史上的一個偉大的里程碑！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)展有著重要的推動作用。

遺傳密碼的破譯，測序方法的建立以及體外重組的實現(xiàn)是基因工程的三大基石。

了解了遺傳密碼的整個破譯過程，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)獎獲時說過：一個善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人。小結(jié)

1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個堿基編碼一個氨基酸。1961年克里克第一個用T4噬菌體實驗證明了遺傳密碼中3個堿基編碼一個氨基酸。1961年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個遺傳密碼。1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。練習(xí)（P76第2題）：

項目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有無分隔符長度是否固定閱讀方式是否重疊密碼所采用的符號遺傳密碼的特點：不間斷性；不重疊性；簡并性；通用性。有分隔符“/”無分隔符長度不固定，1到4個符號不等長度固定，3個符號非重疊方式閱讀非重疊方式閱讀—

?ACGU1、組成mRNA分子的4種核苷酸能組成多少種密碼子？（）A、16B、32C、46D、64D項目克里克的T4噬菌體實驗?zāi)醾惏馗耋w外蛋白質(zhì)合成實驗主要思路前提優(yōu)勢不足

比較克里克與尼倫柏格所采用的實驗方法，想一想者兩種方法各有那些優(yōu)勢和不足。拓展題：通過研究堿基改變對蛋白質(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)合成所需要的條件1.在下列基因的改變中，合成出具有正常功能蛋白質(zhì)的可能性最大的是：（）A．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基B．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基C．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對

D．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對練習(xí)：CD2.最早提出3個堿基編碼一個氨基酸的科學(xué)家和首次用實驗的方法加以證明的科學(xué)家分別是：（）A．