遗传密码的破译 PPT (2)
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利用这种方法，霍拉纳破译了很多遗传密码。同期，尼 伦伯格等也找到了另外一种高效破译遗传密码的方法。至此， 1966年，64种遗传密码全部被破译，并有了第一张遗传密码 子表。
1968年，尼伦伯格 由于“对遗传密码及其在 蛋白质合成过程方面作用 的解释”而与霍拉纳及霍利 分享了诺贝尔生理学或 医学奖。
求救信号SOS
• 1912年，著名的泰坦尼克号游轮首航遇险时，船上的无线 电首席官员约翰·乔治·菲利普一直在发送CQD求救信号， 但因D（— ··）易与其他字母混淆，所以周围船只并未意 识到是求救信号，没有快速进行救援。
• 直到下级无线电操作员哈罗德·布莱德建议他：“发送 SOS吧，这是新的求救信号， 这也可能是你最后的机会 来发送它了！”然后菲利普才在传统的CQD求救信号中夹 杂SOS信号。不过，求救信号直到第二天早上才被加州人 号收到（因为它并没有24小时都监听无线电）。
考虑到效率的问题，伽莫夫认为一个碱基可能被重复 读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的。
破译二：遗传密码的阅读方式
…GGACTCCTC…
重叠阅读
非重叠阅读
验证一：遗传密码的阅读方式
1957年，布伦纳发表了一篇令人兴奋的理论文章，他 通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不存在氨基酸的邻位 限制作用，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
• 几个碱基决定1个氨基酸？
• 哪几个碱基决定哪种氨基酸？
破译一：遗传密码的组成
基因中的 种碱基 → 生物体内的 种氨基酸
• 如果1个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种 • 如果2个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种 • 如果3个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种
1966年，科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法， 通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位 的重复序列，例如:将U、C两种核苷酸缩合为 UCUCUCUCUC…，以它作人工信使进行蛋白质合成，结 果发现产物是丝氨酸和亮氨酸的多聚体。
破译三：遗传密码的对应规则
破译三：遗传密码的对应规则
破译三：遗传密码的对应规则
实验结果： 添加了放射性标记的苯丙氨酸体系中检测到合成的蛋
白质有放射性，而其他氨基酸均没有这种效应。 实验结论：UUU是编码苯丙氨酸的密码子
不久，尼伦伯格等应用同样的方法，又破译了AAA是 编码赖氨酸的密码子，CCC是编码脯氨酸的密码子。
破译三：遗传密码Hale Waihona Puke Baidu对应规则
但密码子肯定不全是3个相同碱基的聚合，一个密码子 也可能是2种（UCU）或3种（ACG）不同碱基的任意排列。 怎样才能知道其他密码子（如UCU）对应的氨基酸呢？
• 泰坦尼克号沉没之后，SOS才被广泛接受和使用。
遗传密码
第3节 遗传密码的破译
早期研究
早期，有关基因功能的研究开展地如火如荼，并产生 了一些研究成果，如“一个基因一个酶”的假说，即基因 中的碱基顺序，决定了其蛋白质产物的氨基酸数目与排列 顺序。
破译遗传密码，实际上就是要找到基因中的碱基序列 与它所编码的氨基酸序列之间的对应关系：
《遗传密码的破译》
谁是大 侦探？
摩尔斯电码（又译为摩斯密码，Morse code）
是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不 同的英文字母、数字和标点符号。
摩尔斯电码（又译为摩斯密码，Morse code）
基本信号： 短促的点信号“·”，读“滴”（Di）； 保持一定时间的长信号“—”，读“嗒”（Da）。
1961年，克里克与布雷纳合作，利用大肠杆菌的T4噬 菌体做突变实验，研究某个基因中碱基发生增加或缺失，
对其所编码的蛋白质的影响。
增加/删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→ 影响 增加/删除两个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→ 影响 增加/删除三个碱基，合成具有正常功能的蛋白质→ 影响
（大/小） （大/小） （大/小）
破译一：遗传密码的组成
历史上，第一位对遗传密码提出挑战的，是科普作家 伽莫夫。1954年，他在《Nature》杂志上首次发表了遗传 密码的理论研究文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。
伽莫夫以著有《奇异王国的汤姆金斯》等优秀的科学 幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他并不是实验科 学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。
镰刀型细胞贫血症
血红蛋白分子β链中的一段序列：
…GGACTCCTC…
1956年，英格拉姆等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀 型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳对二 者进行分析，发现有一个肽段的位置不同。
镰刀型细胞贫血症
…GGACTCCTC…
↓
…GGACACCTC…
重叠阅读
非重叠阅读
验证二：3个碱基决定1个氨基酸
• 随后分别加入DNA和RNA，结果发现只有加入RNA可加 快蛋白质的合成。
（二）确定是RNA上的哪三个碱基决定哪种氨基酸。
破译三：遗传密码的对应规则
实验步骤： 1）取20只试管，标号，往每只试管中分别加入一种用14C 标记的氨基酸，如1号试管中加入标记的酪氨酸，2号试管 中加入标记的丝氨酸等； 2）每只试管中均加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 （UUUUU……）； 3）每只试管中均加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； 4）补充能量，保温使其合成新的蛋白质； 5）用三氯乙酸将蛋白质沉淀，并转移至滤纸片上，测定其 放射性的有无或强度。
破译三：遗传密码的对应规则
1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。
背景： • 早期，“一个基因一个酶”等 • 1957年，克里克提出中心法则（缺少实验证据）
破译三：遗传密码的对应规则
（一）确定是DNA还是RNA直接指导了蛋白质的合成。
• 先制备了大肠杆菌的破碎细胞溶液(也称为无细胞系统)， 经过一段时间保温后，可破坏细胞原有的DNA和RNA（ 为保证没有DNA还添加了DNA酶），此时蛋白质合成基 本停止。
验证二：3个碱基决定1个氨基酸
ABC ABC ABC ABC …
• 增加一个碱基 ABC AAB CAB CAB C…
• 增加两个碱基 ABC AAA BCA BCA BC…
• 增加三个碱基 ABC AAA ABC ABC ABC…
证明： • 遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。 • 遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式 进行阅读。
1968年，尼伦伯格 由于“对遗传密码及其在 蛋白质合成过程方面作用 的解释”而与霍拉纳及霍利 分享了诺贝尔生理学或 医学奖。
求救信号SOS
• 1912年，著名的泰坦尼克号游轮首航遇险时，船上的无线 电首席官员约翰·乔治·菲利普一直在发送CQD求救信号， 但因D（— ··）易与其他字母混淆，所以周围船只并未意 识到是求救信号，没有快速进行救援。
• 直到下级无线电操作员哈罗德·布莱德建议他：“发送 SOS吧，这是新的求救信号， 这也可能是你最后的机会 来发送它了！”然后菲利普才在传统的CQD求救信号中夹 杂SOS信号。不过，求救信号直到第二天早上才被加州人 号收到（因为它并没有24小时都监听无线电）。
考虑到效率的问题，伽莫夫认为一个碱基可能被重复 读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的。
破译二：遗传密码的阅读方式
…GGACTCCTC…
重叠阅读
非重叠阅读
验证一：遗传密码的阅读方式
1957年，布伦纳发表了一篇令人兴奋的理论文章，他 通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不存在氨基酸的邻位 限制作用，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
• 几个碱基决定1个氨基酸？
• 哪几个碱基决定哪种氨基酸？
破译一：遗传密码的组成
基因中的 种碱基 → 生物体内的 种氨基酸
• 如果1个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种 • 如果2个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种 • 如果3个碱基决定1个氨基酸，最多决定_________种
1966年，科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法， 通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位 的重复序列，例如:将U、C两种核苷酸缩合为 UCUCUCUCUC…，以它作人工信使进行蛋白质合成，结 果发现产物是丝氨酸和亮氨酸的多聚体。
破译三：遗传密码的对应规则
破译三：遗传密码的对应规则
破译三：遗传密码的对应规则
实验结果： 添加了放射性标记的苯丙氨酸体系中检测到合成的蛋
白质有放射性，而其他氨基酸均没有这种效应。 实验结论：UUU是编码苯丙氨酸的密码子
不久，尼伦伯格等应用同样的方法，又破译了AAA是 编码赖氨酸的密码子，CCC是编码脯氨酸的密码子。
破译三：遗传密码Hale Waihona Puke Baidu对应规则
但密码子肯定不全是3个相同碱基的聚合，一个密码子 也可能是2种（UCU）或3种（ACG）不同碱基的任意排列。 怎样才能知道其他密码子（如UCU）对应的氨基酸呢？
• 泰坦尼克号沉没之后，SOS才被广泛接受和使用。
遗传密码
第3节 遗传密码的破译
早期研究
早期，有关基因功能的研究开展地如火如荼，并产生 了一些研究成果，如“一个基因一个酶”的假说，即基因 中的碱基顺序，决定了其蛋白质产物的氨基酸数目与排列 顺序。
破译遗传密码，实际上就是要找到基因中的碱基序列 与它所编码的氨基酸序列之间的对应关系：
《遗传密码的破译》
谁是大 侦探？
摩尔斯电码（又译为摩斯密码，Morse code）
是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不 同的英文字母、数字和标点符号。
摩尔斯电码（又译为摩斯密码，Morse code）
基本信号： 短促的点信号“·”，读“滴”（Di）； 保持一定时间的长信号“—”，读“嗒”（Da）。
1961年，克里克与布雷纳合作，利用大肠杆菌的T4噬 菌体做突变实验，研究某个基因中碱基发生增加或缺失，
对其所编码的蛋白质的影响。
增加/删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→ 影响 增加/删除两个碱基，无法产生正常功能的蛋白质→ 影响 增加/删除三个碱基，合成具有正常功能的蛋白质→ 影响
（大/小） （大/小） （大/小）
破译一：遗传密码的组成
历史上，第一位对遗传密码提出挑战的，是科普作家 伽莫夫。1954年，他在《Nature》杂志上首次发表了遗传 密码的理论研究文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。
伽莫夫以著有《奇异王国的汤姆金斯》等优秀的科学 幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他并不是实验科 学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。
镰刀型细胞贫血症
血红蛋白分子β链中的一段序列：
…GGACTCCTC…
1956年，英格拉姆等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀 型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳对二 者进行分析，发现有一个肽段的位置不同。
镰刀型细胞贫血症
…GGACTCCTC…
↓
…GGACACCTC…
重叠阅读
非重叠阅读
验证二：3个碱基决定1个氨基酸
• 随后分别加入DNA和RNA，结果发现只有加入RNA可加 快蛋白质的合成。
（二）确定是RNA上的哪三个碱基决定哪种氨基酸。
破译三：遗传密码的对应规则
实验步骤： 1）取20只试管，标号，往每只试管中分别加入一种用14C 标记的氨基酸，如1号试管中加入标记的酪氨酸，2号试管 中加入标记的丝氨酸等； 2）每只试管中均加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 （UUUUU……）； 3）每只试管中均加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； 4）补充能量，保温使其合成新的蛋白质； 5）用三氯乙酸将蛋白质沉淀，并转移至滤纸片上，测定其 放射性的有无或强度。
破译三：遗传密码的对应规则
1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。
背景： • 早期，“一个基因一个酶”等 • 1957年，克里克提出中心法则（缺少实验证据）
破译三：遗传密码的对应规则
（一）确定是DNA还是RNA直接指导了蛋白质的合成。
• 先制备了大肠杆菌的破碎细胞溶液(也称为无细胞系统)， 经过一段时间保温后，可破坏细胞原有的DNA和RNA（ 为保证没有DNA还添加了DNA酶），此时蛋白质合成基 本停止。
验证二：3个碱基决定1个氨基酸
ABC ABC ABC ABC …
• 增加一个碱基 ABC AAB CAB CAB C…
• 增加两个碱基 ABC AAA BCA BCA BC…
• 增加三个碱基 ABC AAA ABC ABC ABC…
证明： • 遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。 • 遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式 进行阅读。