(新人教版-必修2)生物：4.3《遗传密码的破译》

• • — — • • /: — • • — • —:—••••— 数码(长码): 1: • — — — — 2: • • — — — 3: • • • — — 4: • • • • — 5: • • ••• 6: — • • • • 7: — — • • • 8: — — — • • 9: — — — — • 0: — ————
第4章 基因的表达
第4.3节 遗传密码的破译
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， 那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
研究的背景：
1941年比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum ）的工 作则强有力地证明了基因突变引起了酶的改变，而且每一种 基因一定控制着一种特定酶的合成，从而提出了一个基因一 种酶的假说。人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。 “中心法则”提出后更为明确地指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。 1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一 书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连 续所组成。这种连续体的精确性组成了遗传密码。他认为遗 传物质是一种信息分子，同分异构单体可能作为一般民用的 莫尔斯电码的两个符号：“· ”、“—”，通过排列组合来储存 遗传信息。
快速、直接
需要首先了解中细胞中蛋 白质合成所需要的条件
练习（P76第2题）
项目 密码间有无分 隔符 长度是否固定 莫尔斯电码 有分隔符“/” Байду номын сангаас度不固定，1 到4个符号不等 遗传密码 无分隔符 长度固定，3个符号
阅读方式是否 重叠
密码所采用的 符号
非重叠方式阅读 非重叠方式阅读 —• A C G U
遗传密码的特点：不间断性；不重叠性；简并性；通用性。
一、遗传密码的阅读方式
1954年科普作家伽莫夫G.Gamov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。
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？
1、非重叠的方式阅读
项 目 克里克的T4噬菌体实验
通过研究碱基改变对蛋白质 合成的影响推断遗传密码的 性质
尼伦柏格体外蛋白质 合成实验
建立体外蛋白质合成系统， 直接破解遗传密码规则
主要思路
前提 优势 不足
多核苷酸磷酸化酶的发现， 找到使DNA 脱落或插入单 个碱基的方法----原黄素处理 为得到polyU提供条件 不需要理解蛋白质合成过程， 就能作出推断密码子的总体特 征 证据相对间接，工作量较大
莫尔斯电报
• : 短音 念作"滴（di）" — : 长音 念作"答（da）" 字码: A: • — B: — • • • C: — • — • D: — • • E: • F: • • — • G: — — • H: • • • • I: • • J: • — — — K: — • — L: • — • • M: — — N: — • O: — — — • Q: — — • — R: • — • S: • • • T: — • — W: • — — X: — • • — Y: — • — — P: • — — U: • • — V: • • Z: — — • • ?:
三、遗传密码对应规则的发现： 实验过程
尼伦柏格和马太
1、每个试管中分别加入一种氨基酸； 2、每个试管中分别加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
3、每个试管中分别加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸；
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； 结果说明： 多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成
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。 3、编码之间没有分隔符。
苯丙氨酸的密码子为UUU.
小结
1. 1944年理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中 就大胆地预言，遗传密码可能与莫尔斯电码类似，通过排 列组合来储存遗传信息。 2. 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。 3. 1957年Brenner.S发表文章，在理论上否定了遗传密码重叠 阅读的可能性。 4. 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。 5. 1961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译 了第一个遗传密码。 6. 1969年科学家们破译了全部的密码。
非重叠方式阅读在碱基增加1、2个时
不能形成正常功能的蛋白质。 在增加3个碱基时
能形成正常功能的蛋白质。
• 重叠方式阅读在碱基增加1、2、3个时 都能形成正常功能的蛋白质。
遗传密码子的验证（克里克的实验）
他们用T4噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄 素处理，可以使DNA脱落或插入单个碱基，插入叫 “加字”突变，脱落叫“减字”突变，无论加字和减 字都可以引起移码突变。Crick小组用这种方法获得 一系列的T4噬菌体“加字”和“减字”突变，再进行 杂交来获得加入或减少一个，二个，三个的不同碱基 数的系列突变。 通过这样的方法他们发现加入或减少一个和 二个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的 蛋白，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？
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：（ ） A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基 B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基 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
C
（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：（ A．克里克、伽莫夫 C．摩尔根、尼伦伯格 ）
2、重叠的方式阅读
思考与讨论
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： 影响1个氨基酸， 密码是重叠的： 影响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？ 密码是非重叠的:插入1、2个,影响后面所有的氨基酸（无法产 生正常功能的蛋白质） ；插入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
D
B．克里克、沃森式化 D．伽莫夫、克里克
（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
比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种方 法各有那些优势和不足。