(新人教版-必修2)生物：4.3《遗传密码的破译》

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。
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
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
• • — — • • /: — • • — • —:—••••— 数码(长码): 1: • — — — — 2: • • — — — 3: • • • — — 4: • • • • — 5: • • ••• 6: — • • • • 7: — — • • • 8: — — — • • 9: — — — — • 0: — ————
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（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“/” 长度不固定，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。
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
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。
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。
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 ）
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。
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