高中生物必修二精品课件10：4.3 遗传密码的破译(选学)

主要思路 前提 优势 不足
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
找到使DNA 脱落或插 入单个碱基的方法---原黄素处理
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
建立体外蛋白质合成系统， 直接破解遗传密码规则
多核苷酸磷酸化酶的发现， 为得到polyU提供条件
• 1961年12月30日，克里克等人在《自然》杂志发表了一篇题为 “蛋白质遗传密码的一般性质”的论文。说明了遗传密码具有 下列的一般性质：
1.mRNA上3个相邻的碱基成为三联体，又叫密码子。 2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读。 3.编码间没有分隔符。
哪几个碱基决定某一种氨基酸？ 尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验 实验原理：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
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。
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
巩固.提升
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
快速、直接
需要首先了解细胞中蛋 白质合成所需要的条件
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 ：
各管加入多聚 尿嘧啶核苷酸
Tyr：酷氨酸 Ser：丝氨酸 Phe：苯丙氨酸 Cys：半胱氨酸 图4-11蛋白质体外合成的实验示意图
U U A G AU AUC mRNA
3个密码子
U U A G AU AUC mRNA
7个密码子
T4噬菌体的移码突变实验
1961年，克里克与布伦纳合作，用丫啶类药物处理野生型T4噬菌 体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1个、2个、3个 核苷酸的各种突变类型。 T4噬菌体野生型：能在大肠杆菌K菌株上生长，形成嗜菌斑。 T4噬菌体突变型：不能在K菌株上生长，不形成嗜菌斑 实验结果： 1、缺失或插入1个、2个核苷酸时，在K菌株上不生长； 2、缺失或插入3个核苷酸时，在K菌株上生长。
• 不可能是4个及以上的关系了
提出假说：3个碱基编码1个氨基酸
U U A G AU AUC
密码子
密码子
密码子
mRNA
遗传密码如何阅读？
非重叠阅读： 密码子中的每个碱基作为信息只读一次 碱基的阅读方式 重叠阅读： 密码子中的每个碱基作为信息重复阅读
思考：如果按非重叠阅读，下图中有几个密码子？ 如果按重叠阅读，下图中有几个密码子？
遗传密码的破译（选学）
学习目标
一．遗传密码是如何破译的？ 二．遗传密码有什么特点?
几个碱基编码一个氨基酸？
1954年，美籍俄裔理论物理学家伽莫夫（G·Gamow）应用排列组合计算来研究
遗传密码。
推断：
• 1个碱基一种氨基酸，才有41=4种；
• 2个碱基决定一种氨基酸，有42=16种；
• 3个碱基决定一种氨基酸，有43=64种；
巩固.提升
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 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
巩固.提升
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
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸,பைடு நூலகம்非重叠式阅读
1961年，尼伦伯格和马太利用无细胞系统体外合成蛋白质实验： 破译了第一个遗传密码
1965年，破译了全部的遗传密码
遗传密码的特点：
不间断性、不重叠性、简并性、通用性
比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想两种方法各有哪些优势 和不足。
项目
克里克的T4噬菌体实验 尼伦柏格体外蛋白质合成实验
遗传密码的破译，测序方法的建立以及体外重组的实现是基因 工程的三大基石。
七、规律.总结
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。 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。 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。 1969年科学家们破译了全部的密码。
多聚尿嘧啶核苷酸：UUUUUUUUUUUUUU
3、每支试管各加入1种氨基酸，共20种
观察哪一种氨基酸对应人工合成的RNA合成多肽
4、加入苯丙氨酸的试管出现多肽－多聚苯丙氨酸肽链
实验结论： 苯丙氨酸的密码子——UUU
遗传密码的破译
1954年，伽莫夫用数学的方法推断： 3个碱基编码1个氨基酸 1961年，克里克第一个用T4噬菌体实验证明：
尼伦伯格和马太的无细胞体系——蛋白质体外合成的实验
处理:去掉原DNA和mRNA
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
去除原DNA和 mRNA目的：
防止细胞原有的DNA和mRNA作为模板干扰实验结果
2、每支试管中加入人工合成的RNA—多聚尿嘧啶核苷酸