遗传密码的破译ppt
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《遗传密码子的破译》课件
遗传密码子的破译历史
1950年代
科学家发现生物体内的遗传物 质是DNA，并开始研究其结构
。
1960年代
科学家发现DNA中的碱基序列 与蛋白质中的氨基酸序列存在 对应关系，开始尝试破译遗传 密码子。
1965年
科学家成功破译了第一个遗传 密码子，即组氨酸的密码子。
1968年
科学家完成了全部64个遗传密 码子的破译工作。
03
遗传密码子具有通用性，即几 乎所有生物都使用同一套遗传 密码子。
遗传密码子的组成和特点
组成
遗传密码子由4种不同的碱基组成，分别是A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、C（ 胞嘧啶）和G（鸟嘌呤）。
特点
遗传密码子具有方向性，即从5'端到3'端，其中5'端是起始密码子，3'端是终止 密码子。此外，遗传密码子不重叠，即每个碱基只对应一个密码子。
03
CHAPTER
遗传密码子破译的应用
遗传密码子破译在生物科学研究中的应用
基因表达调控研究
通过破译遗传密码子，科学家可 以更深入地了解基因表达的调控 机制，从而揭示生命活动的奥秘 。
物种进化研究
遗传密码子的破译有助于研究物 种之间的进化关系，为生物进化 理论提供有力支持。
疾病发病机制研究
遗传密码子的破译有助于科学家 深入研究疾病的发病机制，为疾 病预防和治疗提供新的思路。
CHAPTER
遗传密码子的破译过程
遗传密码子的破译方法
01
生物化学法
通过研究生物体的代谢产物和酶 活性，确定遗传密码子对应的氨 基酸。
突变法
02
03
合成法
通过观察基因突变对蛋白质的影 响，确定遗传密码子与氨基酸的 对应关系。
高一生物遗传密码的破译PPT优秀课件
－·
AUGC
遗传密码的特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性
THANKS
FOR WATCHING
演讲人: XXX
PPT文档·教学课件
A、16 B、32 C、46 D、64 2、比较本节中“问题探讨”中的莫尔斯密码与遗传密码的 异同，总结遗传密码的特点
项目
莫尔斯电码遗传密码 Nhomakorabea密码间有无隔符 长度是否固定
阅读方式是否重叠
有间隔符“/”
长度不固定，1到4 隔符号不等
非重叠方式阅读
无分隔符 长度固定，3隔符号
非重读方式阅读
密码所采用的符号
密码是非重叠的1、2个：后面所有的氨基酸（无法产生正常功 能的蛋白质） ，3个碱基将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸。
密码是重叠的： 如果插入1个碱基，3个氨基酸，多肽比原正常多肽多1个氨基酸 如果插入2个碱基：4个氨基酸，多肽比原正常多肽多2个氨基酸
如果插入3个碱基：5个氨基酸，多肽比原正常多肽多3个氨基酸
二、克里克的实验证据：
克里克以T4噬菌体为实验材料
在相关碱基序列中增加或删除1个碱基，无法产生正常功能的蛋白质； 在相关碱基序列中增加或删除2个碱基，无法产生正常功能的蛋白质； 在相关碱基序列中增加或删除3个碱基，却合成了正常功能的蛋白质；
实验结论：1、遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。 2、遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的 方式阅读，编码之间没有分隔符。
1、当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时，如果密 码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密 码是重叠的，又将产生怎样的影响？
密码是非重叠的：1个氨基酸， 密码是重叠的： 3个氨基酸 2、当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A，时，如 果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码 是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3个碱基呢？
生物化学第37章遗传密码课件
不同。在大肠杆菌中, 有时缬氨酸密码子GUG和亮
氨酸密码子UUG也可被用作起始密码子。当其位于
特殊mRNA翻译的起始位置时,
可被起始tRNA
（tRNAf-Met）识别。
蛋白质中硒代半胱氨酸的掺入
少数蛋白质中含有硒代半胱氨酸。硒代半胱氨 酸是在蛋白质合成过程中合成进去的, 而不是蛋白 质合成后将其中某种氨基酸修饰而成的。所以也有 人认为硒代半胱氨酸是第21种蛋白质氨基酸。
大肠杆菌中有一种丝氨酸tRNA, 它能识别阅读 框中间的终止密码子UGA。这种tRNA负载了丝氨酸后, 在酶的催化下将丝氨酸转变成硒代半胱氨酸, 再合 成到蛋白质中去。
蛋白质中硒代半胱氨酸的掺入
负载了硒代半胱氨酸的tRNA在某些蛋白质的 协助下, 能识别编码序列中间的UGA, 将硒代半胱 氨酸加入, 而不会加到作为终止密码子的UGA上。 在编码硒蛋白的mRNA中有一段称为硒代半胱氨酸 插入序列所构成的二级结构, 帮助硒代半胱氨酸 tRNA识别这种密码子。
UGA 终止
Trp Trp
Trp Trp Trp Trp Trp
+
AUA Ile
密码子
AGA AGG Arg
Met
终止
Met
Ser
Met
+
Met
+
+
+
+
+
+
+
+
+
CUN Leu
+ +
Thr Thr
+ + + +
CGG Arg
+ +
+ ? + + + Trp
3.遗传密码的破译
翠园中学生物组
比较的莫尔斯密码与遗传密码的异同
项 目 密码间有无隔符 莫尔斯电码
有间隔符“/” 长度不固定，1到4 隔符号不等
遗传密码
无分隔符 长度固定，3隔符号
长度是否固定
阅读方式是否重叠 密码所采用的符号
非重叠方式阅读
学生物组
在大肠杆菌的基因中有部分是重叠使用的， 这是特列
翠园中学生物组
归结起来，我们看到，敏锐、大胆、 睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼 伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获 奖时说的：一个善于捕捉细节的人才是能领 略事物真谛的人。
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翠园中学生物组
课堂练习
1、在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋 白质的可能性最大的是：（ C ）
A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对 B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对
每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA 的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结 果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
翠园中学生物组
思考：
1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRA？
细胞中原有的mRA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结 果；细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新 合成的mRNA也会干扰实验的结果，因些要除去。
翠园中学生物组
·－ －/ ···· · ·－ · /· －· /－ / / /· －/· /· －· /－· /·· －·/－－－/－· /· /· /· ·/· · －· －/ －/· · /－·/
Where are genes located
－·/－· － · /· DNA
补充--4.3遗传密码的破译
第三节 遗传密码的破译
Байду номын сангаас 第一套密码子的诞生
• 1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四 种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系， 做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编 码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一 个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情 况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。 那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨 基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256 种氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有43=64这 种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能 满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能 保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过 程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷 酸决定一个氨基酸也是不可能的。
3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结 合：
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码的新方法，即tRNA与确定 密码子结合实验。该方法利用了如下事实:在缺乏蛋白质合成所需的因 子的条件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能与核糖体-mRNA复合物 结合。最重要的是这种结合并不一定需要长的mRNA分子，而三核苷 酸实际上就可以与核糖体结合。 例如，当polyU与核糖体混合时，仅有Phe-tRNA(苯丙氨酰-tRNA)与之 结合;相应地Pro-tRNA(脯氨酰-tRNA)特异地与polyC结合。还有GUU 可促进Val-tRNA(缬氨酰-tRNA)结合，UUG促进Leu-tRNA(亮氨酰tRNA)结合等。 虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可按设想的序列合成，但并不是全 部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合 并不象UUU或GUU等那样有效，以致不能确定它们是否能为特异的 氨基酸编码。
Байду номын сангаас 第一套密码子的诞生
• 1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四 种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系， 做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编 码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一 个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情 况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。 那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨 基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256 种氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有43=64这 种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能 满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能 保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过 程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷 酸决定一个氨基酸也是不可能的。
3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结 合：
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码的新方法，即tRNA与确定 密码子结合实验。该方法利用了如下事实:在缺乏蛋白质合成所需的因 子的条件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能与核糖体-mRNA复合物 结合。最重要的是这种结合并不一定需要长的mRNA分子，而三核苷 酸实际上就可以与核糖体结合。 例如，当polyU与核糖体混合时，仅有Phe-tRNA(苯丙氨酰-tRNA)与之 结合;相应地Pro-tRNA(脯氨酰-tRNA)特异地与polyC结合。还有GUU 可促进Val-tRNA(缬氨酰-tRNA)结合，UUG促进Leu-tRNA(亮氨酰tRNA)结合等。 虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可按设想的序列合成，但并不是全 部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合 并不象UUU或GUU等那样有效，以致不能确定它们是否能为特异的 氨基酸编码。
第九讲第二套遗传密码
对提高生物工程产物的产率有重要的实用价值。
蛋白质工程的兴起，已使人们不再满足于天然蛋白
的利用，而开始追求设计自然界不存在的全新的、 具有某些特定性质的蛋白质。这就开辟了蛋白设计 的新领域。
（改变金黄色葡萄球菌IgG结合蛋白中一个56个殘基片段中的28个殘基， 从而使原来主要是β-折叠的结构改变为一个主要是α-螺旋的蛋白）
四．第二套遗传密码的特点
①
简并性：指不少氨基酸序列颇为不同的肽链可以有 极为相似的甚至相同的三维结构。 如在不同生物体中执行相同生物功能的蛋白质虽然 可以有氨基酸序列上的差异，但却有相同的整体三 维结构。 例：近百种不同来源的线粒体细胞色素C的氨基 酸序列已经测定，它们的氨基酸残基数均在104左右， 其中仅在21个位置上的氨基酸在不同的生物体的细 胞色素C是完全相同的，其他则各不相同；但是所有 这些细胞色素C的整体三维结构却是非常相似的。
在蛋白质家族中，根椐其氨基酸序列相差 少于20%者可划为亚家族
③ •
通过实验研究 探讨变性蛋白质如何重恢复其天然构象
•
•
新生肽如何折叠为完整蛋白质
研究肽链中氨基酸的定点突变如何影响蛋
白质的总体结构折叠与形成的动力学过程
•
实验研究不仅将会为第二遗传密码的确定
提供重要信息，也是最终检验所提出的第
二遗传密码是否正确的必要手段。
第二遗传密码具有简并性、多义性和全局 性等特点。第二遗传密码的研究，将为提 高生物工程产物的产率和设计自然界不存 在的全新蛋白质开创广阔的前景。
THE END !
近年来得知某些疾病是由于蛋白质折叠错
误而引起的。如类似疯牛病的某些神经性
疾病、老年痴呆症、帕金森症等。这些疾
生物必修4.3遗传密码的破译ppt课件
“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传 信息传递的方向，总体上来说是从 DNA→RNA→蛋白质。那DNA和蛋白质之 间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决 定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年 代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首 先提出了挑战。当年，他在《自然Nature》杂志首 次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱 基编码一个氨基酸。
遗传密码对应规则的发现
这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还 表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验 巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质， 他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！
遗传密码对应规则的发现
在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成 蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了 全部的密码子，并编制出了密码子表。这项工作 成为生物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探 索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为 后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。
A．无DNA和mRNA细胞的提取液 B．人工合成的多聚核苷酸 C．加入的氨基酸种类和数量 D．测定多肽链中氨基酸种类的方法
为什么会这样呢？
这只能解释为：遗传密码中3个碱 基编码1个氨基酸。
请比较分析下图:插入_3__个碱基对原有
氨基酸序列影响最小.
GGTTCGCACGCTTTGAGC
插 二 个 碱 基
GGTATC
GCACGC TTTGAG C
GGTAAT
CGCACG CTTTGA GC
GGTAAATCG
CACGCTTTG AGC
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首 先提出了挑战。当年，他在《自然Nature》杂志首 次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱 基编码一个氨基酸。
遗传密码对应规则的发现
这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还 表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验 巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质， 他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！
遗传密码对应规则的发现
在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成 蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了 全部的密码子，并编制出了密码子表。这项工作 成为生物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探 索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为 后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。
A．无DNA和mRNA细胞的提取液 B．人工合成的多聚核苷酸 C．加入的氨基酸种类和数量 D．测定多肽链中氨基酸种类的方法
为什么会这样呢？
这只能解释为：遗传密码中3个碱 基编码1个氨基酸。
请比较分析下图:插入_3__个碱基对原有
氨基酸序列影响最小.
GGTTCGCACGCTTTGAGC
插 二 个 碱 基
GGTATC
GCACGC TTTGAG C
GGTAAT
CGCACG CTTTGA GC
GGTAAATCG
CACGCTTTG AGC
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
遗传密码ppt课件
* 氨基酰附着位置（A）：是进入的tRNA结 合的地方。 * 肽基位置（P）：A位置上的氨基酸与P位 置上的氨基酸形成肽键。随着核糖体沿着 mRNA移动，A位置上的tRNA到P位置。P位 置上的tRNA失去氨基酸后，从核糖体上释放。
十三、真核类细胞中蛋白质在转译后修饰
►部分切除。 ►添加其它化学基团等。
双链。 ► 要证实基因是DNA分子的一个区段：测定基因的核
苷酸顺序和它所决定的蛋白质的氨基酸顺序，根据 遗传密码，比较两者的顺序，是否互相对应。 ► 碱基序列测定：
Sanger双脱氧链终止法：1977年发明。 Gilbert化学修饰法：1977年发明。
二人于1980年获得诺贝尔奖。
► RNA噬菌体MS2： * 含有三个基因。碱基排列顺序与其编码的蛋白质 的氨基酸顺序相对应。
细菌中：起始密码子为AUG和GUG。
真核生物：起始密码子为AUG。（遗英词）
►终止密码子：三种不编码氨基酸的密码子是 UAA、UAG和UGA。它们的作用是终止 mRNA翻译成蛋白质。
（三联体密码）
（不重叠性：前后两个密 码子无兼用核苷酸）
（统一性）
八、核糖体
►信使RNA（mRNA）：遗传信息的携带者。 ►转移RNA（rRNA）：与核糖体蛋白质结合在一
► 断定两个突变属于不同顺反子的根据，是这两个突 变型的顺式或反式构型都表现为野生型。
► 属于同一顺反子的两个拟等位突变型的的反式结构 的表型为突变型，只有顺式结构的表型才是野生型。
► 一个顺反子是一个不容割裂的功能单位。
曲霉菌
► 曲霉菌的菌丝是单倍体。 ► 两个不同菌株的菌丝混合培养，有时两种不同的核
十四、中心法则和它的发展
►1958年Crick提出了DNA-RNA和蛋 白质三者关系的中心法则。
十三、真核类细胞中蛋白质在转译后修饰
►部分切除。 ►添加其它化学基团等。
双链。 ► 要证实基因是DNA分子的一个区段：测定基因的核
苷酸顺序和它所决定的蛋白质的氨基酸顺序，根据 遗传密码，比较两者的顺序，是否互相对应。 ► 碱基序列测定：
Sanger双脱氧链终止法：1977年发明。 Gilbert化学修饰法：1977年发明。
二人于1980年获得诺贝尔奖。
► RNA噬菌体MS2： * 含有三个基因。碱基排列顺序与其编码的蛋白质 的氨基酸顺序相对应。
细菌中：起始密码子为AUG和GUG。
真核生物：起始密码子为AUG。（遗英词）
►终止密码子：三种不编码氨基酸的密码子是 UAA、UAG和UGA。它们的作用是终止 mRNA翻译成蛋白质。
（三联体密码）
（不重叠性：前后两个密 码子无兼用核苷酸）
（统一性）
八、核糖体
►信使RNA（mRNA）：遗传信息的携带者。 ►转移RNA（rRNA）：与核糖体蛋白质结合在一
► 断定两个突变属于不同顺反子的根据，是这两个突 变型的顺式或反式构型都表现为野生型。
► 属于同一顺反子的两个拟等位突变型的的反式结构 的表型为突变型，只有顺式结构的表型才是野生型。
► 一个顺反子是一个不容割裂的功能单位。
曲霉菌
► 曲霉菌的菌丝是单倍体。 ► 两个不同菌株的菌丝混合培养，有时两种不同的核
十四、中心法则和它的发展
►1958年Crick提出了DNA-RNA和蛋 白质三者关系的中心法则。
4.3遗传密码的破译
将第三个碱基T变为A时，DNA转录形成的mRNA序列的变 化：
CCAAGCGUGCGA…. CCUAGCGUGCGA… 非重叠阅读方式阅读结果： 重叠阅读方式阅读结果： CCU CUA UAG AGC GCG CGU GUG UGC GCG CGA… CCU AGC GUG CGA…
改变DNA序列的一个碱基，密码以非重叠方 式阅读时，影响1个氨基酸，密码以重叠方式阅 读时，影响3个氨基酸
二、遗传密码对应规则的发现
尼伦柏格和马太的蛋白质体外合成实验 实验结果
只有加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
实验结论
苯丙氨酸的密码子为UUU。
思考：
（1）如何设计对照实验，使实验结果更具说服力？ （2）如何通过实验，确定AAA，CCC，GGG是哪种 氨基酸的密码子？ （3）如果以ACACACACACAC多聚核苷酸为模板， 则其指导合成的多肽链中含有几种氨基酸？
二、克里克的实验证据
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料研究某个基因 的碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响。 实验结果： 增加或删除1个碱基，无法产生正常功能的蛋白质； 增加或删除2个碱基，无法产生正常功能的蛋白质； 增加或删除3个碱基，却合成了正常功能的蛋白质； 实验结论： 1、遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。 2、遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅 读，密码之间没有分隔符（不重叠性、不间断性）。
一、遗传密码的阅读
2、当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A时， 如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如 果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3 个碱基呢？
非重叠方式阅读： 未插入碱基时的阅读结果： CCA AGC GUG CGA…. 插入一个碱基A时，阅读结果： CCA UAG CGU GCG A… 插入两个碱基AA时，阅读结果： CCA UUA GCG UGC GA… 插入三个碱基AAA时，阅读结果： CCA UUU AGC GUG CGA…
遗传密码的破译
Page 6
遗传密码是三联体的推测
3、遗传密码是三联体的推测
1954年俄裔美国人，大爆炸理论物理学家 伽莫夫提出遗传密码的构想，认为双螺旋 结构中，四个碱基之间形成一定空穴，游 离氨基酸进入空穴形成多肽链，四个碱基 中由三个碱基决定一种氨基酸，因为氨基 酸有20种.
一个碱基决定一种氨基酸时只能决定41 = 4种 两个碱基决定一个氨基酸时只能决定42=16种＜20种 三个碱基决定一个氨基酸时能决定43=64种＞20种 四个碱基决定一个氨基酸时能决定44=256种
Page 5
遗传密码的定位
2、遗传密码的定位
定位在RNA:沃森已经测想到遗传密码的位置，写了一个 DNA RNA 蛋白质的公式，提出DNA是RNA的模板，而 RNA是蛋白质合成的模板中最可能的候选者。 定位在mRNA:1961年，英国分子生物学家布伦纳 (S.Brenner)等发现了mRNA，证实了mRNA是DNA上的遗传信 息流向蛋白质的纽带，把遗传密码定位在mRNA上。
尼伦伯格和马太正是在这样的科学背 景下用生物化学的方法在破译遗传密 码的难题上取得了重大突破。
Page 13
尼伦伯格（右）和马太
初步破译-无细胞蛋白质合成系统
在破译遗传密码的研究中， 尼伦伯格建立的一种无细 胞蛋白质合成系统起着十 分重要的作用。
这种体系是用大肠杆菌制 备的。方法是在氧化铝缓 冲溶液中研磨大肠杆菌菌 体，然后离心除去细胞壁 和细胞膜碎片，留下来的 液体部分即是无细胞体系。
无放射性
实验用研钵
Page 14
无细胞蛋白质合成体系的建立
将大肠杆菌破碎
新合成蛋白质的氨基酸组成（种类和顺 序）应当对应于所加外源mRNA中核苷
↓ 离心除去细胞碎片
遗传密码是三联体的推测
3、遗传密码是三联体的推测
1954年俄裔美国人，大爆炸理论物理学家 伽莫夫提出遗传密码的构想，认为双螺旋 结构中，四个碱基之间形成一定空穴，游 离氨基酸进入空穴形成多肽链，四个碱基 中由三个碱基决定一种氨基酸，因为氨基 酸有20种.
一个碱基决定一种氨基酸时只能决定41 = 4种 两个碱基决定一个氨基酸时只能决定42=16种＜20种 三个碱基决定一个氨基酸时能决定43=64种＞20种 四个碱基决定一个氨基酸时能决定44=256种
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遗传密码的定位
2、遗传密码的定位
定位在RNA:沃森已经测想到遗传密码的位置，写了一个 DNA RNA 蛋白质的公式，提出DNA是RNA的模板，而 RNA是蛋白质合成的模板中最可能的候选者。 定位在mRNA:1961年，英国分子生物学家布伦纳 (S.Brenner)等发现了mRNA，证实了mRNA是DNA上的遗传信 息流向蛋白质的纽带，把遗传密码定位在mRNA上。
尼伦伯格和马太正是在这样的科学背 景下用生物化学的方法在破译遗传密 码的难题上取得了重大突破。
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尼伦伯格（右）和马太
初步破译-无细胞蛋白质合成系统
在破译遗传密码的研究中， 尼伦伯格建立的一种无细 胞蛋白质合成系统起着十 分重要的作用。
这种体系是用大肠杆菌制 备的。方法是在氧化铝缓 冲溶液中研磨大肠杆菌菌 体，然后离心除去细胞壁 和细胞膜碎片，留下来的 液体部分即是无细胞体系。
无放射性
实验用研钵
Page 14
无细胞蛋白质合成体系的建立
将大肠杆菌破碎
新合成蛋白质的氨基酸组成（种类和顺 序）应当对应于所加外源mRNA中核苷
↓ 离心除去细胞碎片
4-1-2遗传信息的翻译和中心法则(教学课件)——高中生物人教版(2019)必修第二册
AUCG 4 氨基酸
AUCG 4 4 AUCG 氨基酸
AUCG AUCG 4 4 4 AUCG
氨基酸
这种方式能满足组成蛋白质 的21种氨基酸的需要。
1.3 密码子
密码子的概念 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基为1个密码子。
第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家---克里克
1.4 遗传密码的破译
体内存在RNA复制酶，实现RNA
烟草花叶病毒模式图
复制；
一些RNA病毒（HIV病毒）的遗
传信息可以从RNA流向DNA，
存在RNA逆转录酶，RNA逆转录
合成DNA。
HIV病毒
RNA RNA RNA
活动4 中心法则的内容 中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题：
(1)②表示___转__录____过程，需要_R_N__A_聚___合__酶；④表示__逆__转__录____过程，需要_逆___转__录____ 酶的参与。 (2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是__①__②__③___。 (3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是___①__②__③___④__⑤____。 (4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？
形态： RNA链经过折叠，形成三叶草形。 功能： 识别和转运氨基酸
结合氨基酸的部位
5'
碱基配对
GU A
反密码子
mRNA 5'
C AU
3'
密码子
核心归纳
1.遗传信息、密码子、反密码子的比较
项目 存在位置
含义
生理作用
直接决定mRNA中碱基排列
遗传信息 DNA
碱基的排列顺序
顺序，间接决定氨基酸排列
高二生物遗传密码的破译2
• 在取得第一阶段突破性成果之后， 尼伦贝格用混合的核苷酸制备人工 合成的mRNA模板，分别测试其作 用。
.
.
.
.
.
.
.
；相亲 相亲
• 60年代初，对DNA或RNA中核苷酸顺序尚 无法直接分析测定，对蛋白质中氨基酸顺 序所知也有限，所以没有办法直接比较二 者在顺序上的联系。
• 美国另一位西班牙血统的生物化学家奥乔亚 （Ochoa，Severo，1905—）于1955年发现了多 核苷酸磷酸化酶（PNP酶）获得1959年诺贝尔生理学或医学奖）。当 他将多聚U作为模板加入到无细胞体系中时，那就
是只有加有标记苯丙氨酸所产生的那一试管蛋白质
沉淀具有放射性。而加其他标记氨基酸的各管则均
无放射性进入沉淀。于是，第一个密码便被破译出 来，即UUU是苯丙氨酸的密码子。用同样的方式 以其他多聚核苷酸作为模板，又测出CCC是脯氨 酸的密码子，AAA是赖氨酸的密码子。多聚G的氨 基酸密码子当时用此法测定时遇到困难，未能测出。
人教版必修2生物：4.3 遗传密码的破译 课件(共17张PPT)
破 译
GT TC
（
GGTTCG
非重叠阅读：影响这一碱基后的所有氨基酸
重叠阅读： 影响__3__个氨基酸
Ⅱ
）
增添
GT TT
TC
遗传密码的阅读方式的探索
遗 遗传密码的阅读方式推理：
传
密 GGT TCG 码
的
增添 增添
非重叠阅读：影响这一碱基后全部氨基酸
重叠阅读： 影响__4__个氨基酸 GT T
破
T
译
码 的
以人工合成的RNA作模板合成多肽，确 定氨基酸与密码子的对应关系
破
译
（
Ⅲ
）
遗传密码的对应规则
遗 尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验
传
密
处理:去掉原DNA和mRNA
码 的 破 译
实验步骤：1、提取大肠杆菌的破碎细胞液分于20支试管中
提取细胞液目的： 获取细胞中的核糖体、ATP以及各种酶
译 文： －W·h·/ere are genes located?
请用莫尔斯密码 回答上面的问题
－··/ － ·/ · DNA
课外知识：莫尔斯电码
1837年，莫尔斯设计出了著名且简单的电码，称为莫尔斯电码。
字码： A ·B -··· C -·-· D -·· E· F ··-· G --· H ···· I ·· J ·--K -·L ·-·· M --
（
伽莫夫认为遗传密码是三联体密码，后来被验证是正确的。
Ⅰ
）
U U A G AU AUC
mRNA
密码子
密码子
密码子
遗传密码的阅读方式的探索
遗
传 碱基的 阅读方式
密
《遗传密码》PPT课件
同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。 如：UCU ──→UCC 或UCA 或UCG，均为丝氨酸。
精选ppt
7
5．遗传密码的有序性：
决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个 密码子中，第1 个和第2 个碱基的重要性大于第3 个碱基， 往往只是最后一个碱基发生变化。
例如：脯氨酸（pro）：CCU 、CCA 、CCC 、CCG 。
rRNA 多肽
大亚基：5S、23S 小亚基：16S 大亚基：31 小亚基：21
大亚基： 5S 、5.8S 、28S 小亚基：18S 大亚基：49 小亚基：33
精选ppt
12
(二)在核糖体上合成蛋白质 蛋白质的合成，分链的起始、延伸和终止三个阶段介绍。
1、多肽链的起始
fMet- tRNA识别起始密码子AUG，进入
入核糖体的A位时，多肽链的延伸就不再进行。
精选ppt
15
④多聚核糖体提高蛋白质的合成效率：
多聚核糖体：指一条mRNA分子同时结合多个核糖体， 形成一串核糖体的现象。 这样，多个核糖体可以同时翻译一个mRNA分子，这就 大大提高了蛋白质合成的效率。
精选ppt
16
翻译：就是mRNA携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上， 把tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连 接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。
序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一
样(称为移码突变)。
AUG
UAC UGU CA
甲硫氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
精选ppt
6
4．简并性：
①.简并现象： 色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密码； 其余氨基酸都有一种以上的密码子。
精选ppt
7
5．遗传密码的有序性：
决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个 密码子中，第1 个和第2 个碱基的重要性大于第3 个碱基， 往往只是最后一个碱基发生变化。
例如：脯氨酸（pro）：CCU 、CCA 、CCC 、CCG 。
rRNA 多肽
大亚基：5S、23S 小亚基：16S 大亚基：31 小亚基：21
大亚基： 5S 、5.8S 、28S 小亚基：18S 大亚基：49 小亚基：33
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12
(二)在核糖体上合成蛋白质 蛋白质的合成，分链的起始、延伸和终止三个阶段介绍。
1、多肽链的起始
fMet- tRNA识别起始密码子AUG，进入
入核糖体的A位时，多肽链的延伸就不再进行。
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15
④多聚核糖体提高蛋白质的合成效率：
多聚核糖体：指一条mRNA分子同时结合多个核糖体， 形成一串核糖体的现象。 这样，多个核糖体可以同时翻译一个mRNA分子，这就 大大提高了蛋白质合成的效率。
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16
翻译：就是mRNA携带着转录的遗传密码，附着在核糖体上， 把tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连 接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子。
序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一
样(称为移码突变)。
AUG
UAC UGU CA
甲硫氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
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6
4．简并性：
①.简并现象： 色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密码； 其余氨基酸都有一种以上的密码子。
遗传密码的破译课件5(高二生物)AKKwKn
在有一个复等位基因的系列中，可能有的 基因型数目取决于复等位基因的数目。计算公 式为：基因型数目＝n（n＋1）/2（n代表复等 位基因数目）。其中纯合体数＝n，杂合体数 ＝n（n－1）/2，复等位基因的多态现象，增 加了生物的多样性和适应性。
一分耕耘一分收获
3．ABO血型
由三个复等位基因决定，分别为IA、IB、 i，但IA与IB间表示共显性，它们对i都表现 为显性，所以，IA、IB、i之间可组成6种基 因型，但只显现4种表型。ABO血型系统的遗 传，符合孟德尔定律。
一分耕耘一分收获
（1）隐性上位（家兔的毛色遗传）
P 灰色
×
白色
CCGG
↓
ccgg
F1
灰色CcGg
↓
F2 灰色 黑色 白色 白色 9C-G- ︰3C-gg ︰3ccG- ：1ccgg
其遗传特点是：一对等位基因（Cc）中隐性基因（c）可掩盖另 一对非等位基因的显性（G）和隐性基因（g）的表现。F2有 三种表型，其分离比为： 9︰3︰4
（2）基因定位的方法 基因定位通常采用“三点测交” 法，即用三杂合体跟三隐性个体测交，通过对测定 子代表型及比例分析、计算三个连锁基因间的交换 值，从而确定各个基因在同一条染色体上的次序和 相对距离。
一分耕耘一分收获
值得注意的两个问题： ①两边的两个基因的相对距离＝两个单交
换值之和＋两倍的双交换值。 ②两边的两个基因间的交换值＝两个单交
析 进行杂交的雌雄个体因交换率相等，分别产生的 雌、雄配子各有四种，它们是AB、ab、aB、Ab。双 隐性类型个体（aabb）是由雌配子ab和雄配子ab受精 结合成合子而发育来的个体，aabb个体在全部子代 中的比例应是雌配子ab和雄配子ab各占雌、雄配子 总数比例的乘积。因此，ab雌雄配子的比例均为＝ 4/10＝40/100，由此推出：雌雄四种配子的比例应为 AB＝40％，ab＝40％，aB＝10％，Ab＝10％，其中 aB和Ab为重组型配子，交换率＝（10＋10） /100×100％＝20％，去掉“％”即为遗传图距。故 答案应为20。
一分耕耘一分收获
3．ABO血型
由三个复等位基因决定，分别为IA、IB、 i，但IA与IB间表示共显性，它们对i都表现 为显性，所以，IA、IB、i之间可组成6种基 因型，但只显现4种表型。ABO血型系统的遗 传，符合孟德尔定律。
一分耕耘一分收获
（1）隐性上位（家兔的毛色遗传）
P 灰色
×
白色
CCGG
↓
ccgg
F1
灰色CcGg
↓
F2 灰色 黑色 白色 白色 9C-G- ︰3C-gg ︰3ccG- ：1ccgg
其遗传特点是：一对等位基因（Cc）中隐性基因（c）可掩盖另 一对非等位基因的显性（G）和隐性基因（g）的表现。F2有 三种表型，其分离比为： 9︰3︰4
（2）基因定位的方法 基因定位通常采用“三点测交” 法，即用三杂合体跟三隐性个体测交，通过对测定 子代表型及比例分析、计算三个连锁基因间的交换 值，从而确定各个基因在同一条染色体上的次序和 相对距离。
一分耕耘一分收获
值得注意的两个问题： ①两边的两个基因的相对距离＝两个单交
换值之和＋两倍的双交换值。 ②两边的两个基因间的交换值＝两个单交
析 进行杂交的雌雄个体因交换率相等，分别产生的 雌、雄配子各有四种，它们是AB、ab、aB、Ab。双 隐性类型个体（aabb）是由雌配子ab和雄配子ab受精 结合成合子而发育来的个体，aabb个体在全部子代 中的比例应是雌配子ab和雄配子ab各占雌、雄配子 总数比例的乘积。因此，ab雌雄配子的比例均为＝ 4/10＝40/100，由此推出：雌雄四种配子的比例应为 AB＝40％，ab＝40％，aB＝10％，Ab＝10％，其中 aB和Ab为重组型配子，交换率＝（10＋10） /100×100％＝20％，去掉“％”即为遗传图距。故 答案应为20。
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5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。
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6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。
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7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。
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8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。
遗传密码对应规则的发现
这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还 表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验 巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质， 他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！
遗传密码对应规则的发现
在接下来的六七年里，科学家沿着体外合 成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译 出了全部的密码子，并编制出了密码子表。这 项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！ 为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进 一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重 要的推动作用。
•
2、慢慢的才知道：坚持未必就是胜利，放弃未必就是认输，。给自己一个迂回的空间，学会思索，学会等待，学会调整。人生没有假设，当下即是全部。背不动的，放下了；伤不起的，看淡了；想不通的，不想了；恨不过的，抚平了。
•
3、在比夜更深的地方，一定有比夜更黑的眼睛。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、一切伟大的行动和思想，都有一个微不足道的开始。
遗传密码的试拼与阅读方式 的探索
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破 译密码首先提出了挑战。当年，他在《自
然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理 论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨
基酸。
遗传密码的试拼与阅读方式 的探索
接下来，人们不禁又要问在三联体 中的每个碱基作为信息只读一次还是重 复阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读 DNA序列会有什么不同呢？
B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个 碱基对
C．在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个 碱基对
D．在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个 碱基对
练习
（2）最早提出3个碱基编码一个氨基 酸 的科学家和首次用实验的方法 加以证明的科学家分别是：（ D ）
A．克里克、伽莫夫
B．克里克、沃森式化
C．摩尔根、尼伦伯格 D．伽莫夫、克里克
小结
1. 1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个 碱基编码一个氨基酸。
2. 1961年克里克第一个用T4噬菌体实验证明了 遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。
3. 1961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行 体外合成破译了第一个遗传密码。
4. 1969年科学家们破译了全部的密码。
小结
我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽 莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由 三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使 DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫 的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码 子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更 富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋 白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方 法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不 仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物 研究方法上开启了新的思维方式。
练习
（3）采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码 实验中，改变下列哪项操作，即可测出全部的遗传
密码与氨基酸的对应规则：( B )
A．无DNA和mRNA细胞的提取液 B．人工合成的多聚核苷酸 C．加入的氨基酸种类和数量 D．测定多肽链中氨基酸种类的方法
Thank you
•
1、许多人企求着生活的完美结局，殊不知美根本不在结局，而在于追求的过程。
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
思考:
当图中DNA的第三个碱基(T)发生改 变时,如果密码是非重叠的,这一改变 将影响__1____个氨基酸,如果是重叠 的又将影响____3____个氨基酸。
在图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个碱 基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响 ___3__个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影 响____3__个氨基酸。
遗传密码子的验证（克里克的实验）
1961年,克里克对T4噬菌体DNA上的一个 基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。
通过这样的方法他们发现加入或减少1个 和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正 常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却 可以合成正常功能的蛋白质。
为什么会这样呢？
这只能解释为： 遗传密码中3个碱基编码
归结起来，我们看到，敏 锐、大胆、睿智和创新是科学 家的重要素养，也正如尼伦伯 格在1968年诺贝尔生理学或医 学奖获奖时说的：一个善于捕 捉细节的人才是能领略事物真 谛的人。
练习
（1）在下列基因的改变中，合成出具有正常功能
蛋白质的可能性最大的是：C（ ）
A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个 碱基对
1个氨基酸。
请比较分析下图:插入_3__个碱基对原有
氨基酸序列影响最小.
GGTTCGCACGCTTTGAGC
插 二 个 碱 基
GGTATC
GCACGC TTTGAG C
GGTAAT
CGCACG CTTTGA GC
GGTAAATCG
CACGCTTTG AGC
进一步分析上图:
减少_3__个碱基对原有氨基酸序 列影响最小。
第3节 遗传密码的破译
安徽省无为陡沟中学 季智
问题探讨
我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上 就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么 碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
研究的背景：
“中心法则”提出后更为明确地指出了 遗传信息传递的方向，总体上来说是从 DNA→RNA→蛋白质。那DNA和蛋白质之间 究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋 白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就 开始引起了一批研究者的极大兴趣。
克里克是第一个用实验证 明遗传密码中3个碱基编码1个 氨基酸的科学家。这个实验还 同时表明:遗传密码从一个固定 的起点开始,以非重叠的方式阅 读,编码之间没有分隔符。
遗传密码对应规则的发现
1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg， 1927～）和马太（H.Matthaei） 的实验 ：