高中生物必修二課件10：4-3 遺傳密碼的破譯（選學(xué)）

遺傳密碼的破譯（選學(xué)）學(xué)習(xí)目標(biāo)遺傳密碼是如何破譯的？遺傳密碼有什么特點(diǎn)?幾個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸？1954年，美籍俄裔理論物理學(xué)家伽莫夫（G·Gamow）應(yīng)用排列組合計(jì)算來(lái)研究遺傳密碼。推斷：1個(gè)堿基一種氨基酸，才有41=4種；2個(gè)堿基決定一種氨基酸，有42=16種；3個(gè)堿基決定一種氨基酸，有43=64種；不可能是4個(gè)及以上的關(guān)系了提出假說(shuō)：3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸UCAUGAUUAmRNA

密碼子

密碼子

密碼子堿基的閱讀方式重疊閱讀：非重疊閱讀：密碼子中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次密碼子中的每個(gè)堿基作為信息重復(fù)閱讀UCAUGAUUAmRNA思考：如果按非重疊閱讀，下圖中有幾個(gè)密碼子？如果按重疊閱讀，下圖中有幾個(gè)密碼子？UCAUGAUUAmRNA3個(gè)密碼子7個(gè)密碼子遺傳密碼如何閱讀？1961年，克里克與布倫納合作，用丫啶類藥物處理野生型T4噬菌體，在此噬菌體DNA發(fā)生缺失1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或插入1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)核苷酸的各種突變類型。T4噬菌體野生型：能在大腸桿菌K菌株上生長(zhǎng)，形成嗜菌斑。T4噬菌體突變型：不能在K菌株上生長(zhǎng)，不形成嗜菌斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、缺失或插入1個(gè)、2個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng)；2、缺失或插入3個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長(zhǎng)。T4噬菌體的移碼突變實(shí)驗(yàn)1961年12月30日，克里克等人在《自然》雜志發(fā)表了一篇題為“蛋白質(zhì)遺傳密碼的一般性質(zhì)”的論文。說(shuō)明了遺傳密碼具有下列的一般性質(zhì)：1.mRNA上3個(gè)相鄰的堿基成為三聯(lián)體，又叫密碼子。2.遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊的方式閱讀。3.編碼間沒(méi)有分隔符。哪幾個(gè)堿基決定某一種氨基酸？尼倫伯格和馬太的無(wú)細(xì)胞體系——蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理：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)系尼倫伯格和馬太的無(wú)細(xì)胞體系——蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：1、提取大腸桿菌的破碎細(xì)胞液分于20支試管中2、每支試管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支試管各加入1種氨基酸，共20種4、加入苯丙氨酸的試管出現(xiàn)多肽－多聚苯丙氨酸肽鏈處理:去掉原DNA和mRNA提取細(xì)胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：獲取細(xì)胞中的核糖體、ATP以及各種酶防止細(xì)胞原有的DNA和mRNA作為模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU觀察哪一種氨基酸對(duì)應(yīng)人工合成的RNA合成多肽實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯丙氨酸的密碼子——UUU遺傳密碼的破譯3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸,是非重疊式閱讀破譯了第一個(gè)遺傳密碼1954年，伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷：1961年，克里克第一個(gè)用T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明：1961年，尼倫伯格和馬太利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)體外合成蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)：1965年，破譯了全部的遺傳密碼遺傳密碼的特點(diǎn)：不間斷性、不重疊性、簡(jiǎn)并性、通用性遺傳密碼的破譯3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸,是非重疊式閱讀破譯了第一個(gè)遺傳密碼1954年，伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷：1961年，克里克第一個(gè)用T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明：1961年，尼倫伯格和馬太利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)體外合成蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)：1965年，破譯了全部的遺傳密碼遺傳密碼的特點(diǎn)：不間斷性、不重疊性、簡(jiǎn)并性、通用性項(xiàng)目克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惏馗耋w外蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)主要思路前提優(yōu)勢(shì)不足

比較克里克與尼倫柏格所采用的實(shí)驗(yàn)方法，想一想兩種方法各有哪些優(yōu)勢(shì)和不足。通過(guò)研究堿基改變對(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)則找到使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polyU提供條件不需要理解蛋白質(zhì)合成過(guò)程，就能作出推斷密碼子的總體特征快速、直接證據(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)合成所需要的條件

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)則的發(fā)現(xiàn)各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr：酷氨酸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

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)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！

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)則的發(fā)現(xiàn)各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr：酷氨酸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

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)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！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。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。遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)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(wú)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。七、規(guī)律.總結(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(wú)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。七、規(guī)律.總結(jié)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

B．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基

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)C鞏固.提升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、克里克鞏固.提升D3、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(wú)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鞏固.提升B3、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(wú)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鞏固.提升B1、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

B．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基

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)C鞏固.提升在接下來(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。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。遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)尼倫伯格和馬太的無(wú)細(xì)胞體系——蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：1、提取大腸桿菌的破碎細(xì)胞液分于20支試管中2、每支試管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支試管各加入1種氨基酸，共20種4、加入苯丙氨酸的試管出現(xiàn)多肽－多聚苯丙氨酸肽鏈處理:去掉原DNA和mRNA提取細(xì)胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：獲取細(xì)胞中的核糖體、ATP以及各種酶防止細(xì)胞原有的DNA和mRNA作為模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU觀察哪一種氨基酸對(duì)應(yīng)人工合成的RNA合成多肽實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯丙氨酸的密碼子——UUU1961年12月30日，克里克等人在《自然》雜志發(fā)表了一篇題為“蛋白質(zhì)遺傳密碼的一般性質(zhì)”的論文。說(shuō)明了遺傳密碼具有下列的一般性質(zhì)：1.mRNA上3個(gè)相鄰的堿基成為三聯(lián)體，又叫密碼子。2.遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊的方式閱讀。3.編碼間沒(méi)有分隔符。學(xué)習(xí)目標(biāo)遺傳密碼是如何破譯的？遺傳密碼有什么特點(diǎn)?1961年，克里克與布倫納合作，用丫啶類藥物處理野生型T4噬菌體，在此噬菌體DNA發(fā)生缺失1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或插入1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)核苷酸的各種突變類型。T4噬菌體野生型：能在大腸桿菌K菌株上生長(zhǎng)，形成嗜菌斑。T4噬菌體突變型：不能在K菌株上生長(zhǎng)，不形成嗜菌斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、缺失或插入1個(gè)、2個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng)；2、缺失或插入3個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長(zhǎng)。T4噬菌體的移碼突變實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惒窈婉R太的無(wú)細(xì)胞體系——蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟：1、提取大腸桿菌的破碎細(xì)胞液分于20支試管中2、每支試管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸3、每支試管各加入1種氨基酸，共20種4、加入苯丙氨酸的試管出現(xiàn)多肽－多聚苯丙氨酸肽鏈處理:去掉原DNA和mRNA提取細(xì)胞液目的：去除原DNA和mRNA目的：獲取細(xì)胞中的核糖體、ATP以及各種酶防止細(xì)胞原有的DNA和mRNA作為模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU觀察哪一種氨基酸對(duì)應(yīng)人工合成的RNA合成多肽實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯丙氨酸的密碼子——UUU1961年12月30日，克里克等人在《自然》雜志發(fā)表了一篇題為“蛋白質(zhì)遺傳密碼的一般性質(zhì)”的論文。說(shuō)明了遺傳密碼具有下列的一般性質(zhì)：1.mRNA上3