遺傳密碼的破譯課件

第3節(jié)遺傳密碼子的破譯第3節(jié)遺傳密碼子的破譯第3節(jié)遺傳密碼子的破譯問題探討一、遺傳密碼的閱讀方式二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)課堂練習(xí)第3節(jié)遺傳密碼子的破譯問題探討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(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？一個(gè)密碼子（3個(gè)堿基）決定一個(gè)氨基酸。問題探討研究的背景：“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(gè)有趣而深?yuàn)W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：“中心法則”提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的一、遺傳密碼的閱讀方式

(1)三聯(lián)體密碼子的提出：1954年美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫G.Gamor是第一個(gè)提出具體設(shè)想的：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，指出三個(gè)堿基構(gòu)成一個(gè)密碼子，決定一種氨基酸的可能不止一種密碼子。一、遺傳密碼的閱讀方式(1)三聯(lián)體密碼子的提出：接下來，人們不禁又要問在三聯(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？（2）遺傳密碼的閱讀方式注意：非重疊閱讀方式依次閱讀，堿基不重復(fù)讀取，而重疊閱讀方式，除首尾堿基外，每個(gè)堿基可能讀兩次。接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索思考: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。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很多3思考:13很多3二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（遺傳密碼子的驗(yàn)證）（1）時(shí)間：1961年（2）實(shí)驗(yàn)材料：T4噬菌體DNA上的一個(gè)基因（3）研究思路：基因的堿基數(shù)目的改變對(duì)其所編碼蛋白質(zhì)的影響。

（4）試驗(yàn)方法：通過這樣的方法他們發(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？二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（遺傳密碼子的驗(yàn)證）（1）時(shí)間：196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。GGTTCGCACGCTTTGAGCGGTATCGCACGCTTTGAGCGGTAATCGCACGCTTTGAGCGGTAAATCGCACGCTTTGAGC3分析上圖:減少___個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小。3插入1個(gè)堿基：插入3個(gè)堿基：插入2個(gè)堿基：

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。返回請(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。G說明：克里克的實(shí)驗(yàn)雖然闡明了遺傳密碼的總體特征，但是，卻無法說明由三個(gè)堿基排列成的一個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)的究竟是哪個(gè)氨基酸。說明：三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

1961-1962年，尼倫伯格和馬太采用了蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼：（1）實(shí)驗(yàn)思路：利用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)，以人工合成的RNA作模板合成多肽，確定氨基酸與密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）實(shí)驗(yàn)步驟：1）提出大腸桿菌的破碎細(xì)胞液加入試管（除去原DNA和mRNA）2）添加20種氨基酸（分五組，每個(gè)試管各加四種氨基酸）3）加入人工合成的RNA（多聚尿嘧啶核苷酸）4）合成多肽（只在加入酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、絲氨酸的試管中出現(xiàn)多肽鏈）三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)1961-1962年，尼倫伯格和5）運(yùn)用同樣方法將上述四種氨基酸分別加入裝有多聚U的四個(gè)試管（加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)多肽鏈）（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：尿嘧啶的堿基序列可編碼由苯丙氨酸組成的多肽鏈，結(jié)合克里克提出的三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以得出苯丙氨酸的密碼子是UUU。5）運(yùn)用同樣方法將上述四種氨基酸分別加入裝有多聚U的四個(gè)試管思考：1、上述實(shí)驗(yàn)中為什么要除去細(xì)胞提取液中的DNA和mRA？

細(xì)胞中原有的mRNA會(huì)作為合成蛋白質(zhì)的模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果；細(xì)胞中原有的DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因此要除去。2、如果你是尼倫伯格或馬太，你將如何設(shè)計(jì)對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)，確保你的重大發(fā)現(xiàn)得到同行的認(rèn)可？

作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)的試管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外，其它所有成分都與實(shí)驗(yàn)組的試管相同。思考：1、上述實(shí)驗(yàn)中為什么要除去細(xì)胞提取液中的DNA和mRA尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)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)方法為他帶來了重大的成功！

尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還表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(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。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，不斷地改小結(jié)

1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。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細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個(gè)遺傳密碼。1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。小結(jié)1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼一我們注意整個(gè)破譯過程中科學(xué)家思維的變化，伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來推測(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維方式。我們注意整個(gè)破譯過程中科學(xué)家思維的變化，伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列歸結(jié)起來，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)獲獎(jiǎng)時(shí)說的：一個(gè)善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人。歸結(jié)起來，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)課堂練習(xí)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(gè)堿基對(duì)B在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基對(duì)C在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對(duì)D在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對(duì)課堂練習(xí)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2、最早提出3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的科學(xué)家和首次用實(shí)驗(yàn)的方法加以證明的科學(xué)家分別是：（）A．克里克、伽莫夫B．克里克、沃森式化C．摩爾根、尼倫伯格D．伽莫夫、克里克2、最早提出3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的科學(xué)家和首次用實(shí)驗(yàn)的方法3、采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(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酸的對(duì)應(yīng)規(guī)則：()A．無DNA和mRNA細(xì)胞的提取液B．人工合成的多聚核苷酸C．加入的氨基酸種類和數(shù)量D．測(cè)定多肽鏈中氨基酸種類的方法

3、采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(shù)揭示遺傳密碼實(shí)驗(yàn)中，改變下列哪項(xiàng)4.在遺傳密碼子的閱讀方式驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，克里克沒有證明的是（）。A.3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸B.遺傳密碼從一個(gè)固定起點(diǎn)開始，無間隔C.遺傳密碼以非重疊的方式閱讀D.遺傳密碼與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系D4.在遺傳密碼子的閱讀方式驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，克里克沒有證明的是（5.尼倫伯格和馬太采用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)沒有說明（）。A.多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)致了多聚苯丙氨酸的合成B.尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈C.結(jié)合克里克的研究成果，得出與苯丙氨酸對(duì)應(yīng)的密碼子是UUUD.細(xì)胞提取液中的遺傳信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽鏈D5.尼倫伯格和馬太采用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)沒有說明6.小白兔控制血紅蛋白合成的mRNA加入到大腸桿菌的提取液中，結(jié)果能合成出小白兔的血紅蛋白，這說明（）A.小白兔的RNA能指導(dǎo)大腸桿菌的蛋白質(zhì)合成B.所有的生物共用一套遺傳密碼子C.小白兔控制血紅蛋白合成的基因能進(jìn)入大腸桿菌D.大腸桿菌的遺傳物質(zhì)是RNAB6.小白兔控制血紅蛋白合成的mRNA加入到大腸桿菌的提取液中7、下列各項(xiàng)中，錯(cuò)誤的是（）。A.克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn)不能證明苯丙氨酸的密碼子是UUUB.克里克T4噬菌體實(shí)驗(yàn)表明遺傳密碼的閱讀方式是非重疊的閱讀方式C.尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn)可以說明三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸D.以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)遺傳密碼的破譯都做出了貢獻(xiàn)，促進(jìn)了科學(xué)C7、下列各項(xiàng)中，錯(cuò)誤的是（）。C8.下列敘述中不是遺傳密碼的特點(diǎn)的是（）A.非重復(fù)性B.無分隔符C.三聯(lián)性D.不連續(xù)性9.mRNA堿基序列中，隨機(jī)插入一個(gè)堿基，導(dǎo)致mRNA上的密碼子變化的是（）A.全部密碼子改變B.只有一個(gè)密碼子改變C.基本不變D.插入堿基后的所有密碼子都發(fā)生改變DD8.下列敘述中不是遺傳密碼的特點(diǎn)的是（）DD9.原核生物中某一基因的編碼區(qū)起始端插入了一個(gè)堿基對(duì)，在插入位點(diǎn)的附近，再發(fā)生哪種情況有可能對(duì)其編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響最?。ǎ〢置換單個(gè)堿基對(duì)B增添4個(gè)堿基對(duì)C缺失3個(gè)堿基對(duì)D缺失4個(gè)堿基對(duì)D9.原核生物中某一基因的編碼區(qū)起始端插入了一個(gè)堿基對(duì)，在插入

在克里克得出3個(gè)堿基可以排列成1個(gè)遺傳密碼的實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，科學(xué)家們開始探索一個(gè)特定的遺傳密碼所對(duì)應(yīng)的特定的氨基酸究竟是哪一個(gè)。尼倫伯格和馬太采用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)，在每一個(gè)試管中加入一種氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的細(xì)胞提取液以及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸，結(jié)果在加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈，如下圖請(qǐng)回答。在克里克得出3個(gè)堿基可以排列成1個(gè)遺傳密碼的實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，科遺傳密碼的破譯課件(1)實(shí)驗(yàn)中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是(2)細(xì)胞提取液為該實(shí)驗(yàn)具體提供了(3)實(shí)驗(yàn)中所用的細(xì)胞提取液需除去DNA和mRNA的原因是(4)為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)性，應(yīng)如何操作？作為模板mRNA直接控制蛋白質(zhì)(多肽)合成

能量、酶、核糖體、tRNA(缺項(xiàng)不對(duì))排除細(xì)胞中的DNA、mRNA對(duì)體外合成蛋白質(zhì)的影響加入多聚尿嘧啶核苷酸及其他種類氨基酸的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是作為模板mRNA直接控制(5)要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實(shí)驗(yàn)？（簡(jiǎn)述）依次用不同種類的多聚核糖核苷酸替換上述實(shí)驗(yàn)中的多聚尿嘧啶核苷酸(5)要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實(shí)驗(yàn)？（簡(jiǎn)述(6)本實(shí)驗(yàn)所用的細(xì)胞提取液可以用大腸桿菌制備。請(qǐng)簡(jiǎn)述制備方法：①對(duì)大腸桿菌進(jìn)行振蕩裂解；②_____________________________③_____________________________經(jīng)上述操作，得到了除去DNA和mRNA的細(xì)胞提取液。(大腸桿菌中mRNA約在30～60分鐘內(nèi)自行分解，因此操作中可不考慮)。離心、過濾，獲取勻漿用DNA酶處理勻漿，除去DNA(6)本實(shí)驗(yàn)所用的細(xì)胞提取液可以用大腸桿菌制備。請(qǐng)簡(jiǎn)述制備方7．下圖是中心法則揭示的生物遺傳信息由DNA向蛋白質(zhì)傳遞與表達(dá)的過程。請(qǐng)回答下列問題。7．下圖是中心法則揭示的生物遺傳信息由DNA向蛋白質(zhì)傳(1)a、b、c、d所表示的四個(gè)過程依次分別是__________、__________、_