遗传密码的破译讲解

二、克里克的实验证据（遗传密码子的验证 ）
（1）时间：1961年 （2）实验材料：T4噬菌体DNA上的一个基因 （3）研究思路：基因的碱基数目的改变对其
所编码蛋白质的影响。 （4）试验方法：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？
答案：(1)DNA复制 转录 翻译 逆转录 (2)c
(3Baidu Nhomakorabea间 (4)细胞核 (5)tRNA(转运RNA) 氨基酸
(6)
RNA―→DNA―→RNA―→蛋白质
• 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 森式化
B．克里克、沃
• C．摩尔根、尼伦伯格 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：( )
• 尼伦伯格和马太的实验结果不仅证实了无 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！
• 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。
第3节 遗传密码子的破译
第3节 遗传密码子的破译
• 问题探讨 • 一、遗传密码的阅读方式 • 二、克里克的实验证据 • 三、遗传密码对应规则的发现 • 课堂练习
• 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？
• 5）运用同样方法将上述四种氨基酸分别加入装 有多聚U的四个试管（加入苯丙氨酸的试管中出 现多肽链）
（3）实验结论：尿嘧啶的碱基序列可编码由苯丙 氨酸组成的多肽链，结合克里克提出的三个碱基 编码一个氨基酸的实验结论，可以得出苯丙氨酸 的密码子是UUU。
思考：
翠园中学生物组
1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRA？
5.尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技 术进行的实验没有说明（ D ）。
A.多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的 合成
B.尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的 肽链
C.结合克里克的研究成果，得出与苯丙氨酸 对应的密码子是UUU
D.细胞提取液中的遗传信息控制合成了多聚 苯丙氨酸的肽链
6.小白兔控制血红蛋白合成的mRNA加入到 大肠杆菌的提取液中，结果能合成出小白 兔的血红蛋白，这说明（）B
• (5)要想知道更多氨基酸的密码子，你如何 改变上述实验？（简述）
依次用不同种类的多聚核糖核苷酸替换上 述实验中的多聚尿嘧啶核苷酸
• (6)本实验所用的细胞提取液可以用大肠杆菌制备。
请简述制备方法： • ①对大肠杆菌进行振荡裂解； • ②___离__心__、__过__滤__，__获__取__匀__浆________ • ③__用__D_N_A_酶__处__理__匀_浆__，__除_去__D_N__A_____
• 经上述操作，得到了除去DNA和mRNA的细胞提取
液。(大肠杆菌中mRNA约在30～60分钟内自行分
解，因此操作中可不考虑)。
7．下图是中心法则揭示的生物遗传信息由DNA向蛋白质传 递与表达的过程。请回答下列问题。
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是__________、 __________、__________和__________。 (2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中 的字母回答)。 (3)a过程发生在真核细胞分裂的________期。 (4)在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是______。
• （2）遗传密码的阅读方式
• 注意：
• 非重叠阅读方式依次阅读，碱基不重复读 取，而重叠阅读方式，除首尾碱基外，每 个碱基可能读两次。
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。 • 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_很__多___ 个氨基酸,如果是重叠的又将影响___3_____ 个氨基酸。
论后，科学家们开始探索一个特定的遗传密码所对应的特 定的氨基酸究竟是哪一个。尼伦伯格和马太采用蛋白质的 体外合成技术，在每一个试管中加入一种氨基酸，再加入 除去了DNA和mRNA的细胞提取液以及人工合成的多聚尿 嘧啶核苷酸，结果在加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚 苯丙氨酸的肽链，如下图请回答。
• (1)实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是
翠园中学生物组
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 插入1个碱基： GGTATCGCACGCTTTGAGC
插入2个碱基： GGTAATCGCACGCTTTGAGC
插入3个碱基： GGTAAATCGCACGCTTTGAGC
分析上图: 减少_3__个碱基对原有氨基酸序列影响最小。
• 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
• 4.在遗传密码子的阅读方式验证实验中，克 里克没有证明的是（ D ）。
A.3个碱基决定一个氨基酸 B.遗传密码从一个固定起点开始，无间隔 C.遗传密码以非重叠的方式阅读 D.遗传密码与氨基酸之间的对应关系
作为模板mRNA直接控制蛋白质(多肽)合成
(2)细胞提取液为该实验具体提供了
能量、酶、核糖体、tRNA(缺项不对)
(3)实验中所用的细胞提取液需除去DNA和 排m除R细NA胞的中原的因DN是A、mRNA对体外合成蛋白质的影响 (4)为确保实验结论的科学性，应如何操作？
加入多聚尿嘧啶核苷酸及其他种类氨基酸的实验
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。
• 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。
1961-1962年，尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成 技术，破译了第一个遗传密码：
（1）实验思路：利用蛋白质的体外合成技术，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。
（2）实验步骤： 1）提出大肠杆菌的破碎细胞液加入试管（除去原DNA和 mRNA） 2）添加20种氨基酸（分五组，每个试管各加四种氨基酸） 3）加入人工合成的RNA（多聚尿嘧啶核苷酸） 4）合成多肽（只在加入酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、
C.基本不变 D.插入碱基后的所有密码子都 发生改变
9.原核生物中某一基因的编码区起始端插入
了一个碱基对，在插入位点的附近，再发
生哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构 影响最小（ ） D
A 置换单个碱基对
B增添4个碱基对
C缺失3个碱基对
D缺失4个碱基对
• 在克里克得出3个碱基可以排列成1个遗传密码的实验结
• 一个密码子（3个碱基）决定一个氨基酸。
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
一、遗传密码的阅读方式
解析： 图中a表示DNA复制，b是转录，c是翻译，d是逆 转录，e是RNA的自我复制。在翻译过程中需要tRNA和核 糖体同时参与。DNA复制过程发生在真核细胞分裂的间期。 真核细胞中，转录和翻译的主要场所是细胞核。tRNA能特 异性识别信使RNA分子并转运氨基酸。RNA病毒的遗传信息 传递与表达的途径：RNA自我复制形成RNA，RNA翻译成蛋 白质；RNA在逆转录酶的作用下形成DNA，DNA通过转录和 翻译形成蛋白质，从而表现出特定的生物性状。
A.小白兔的RNA能指导大肠杆菌的蛋白质合 成
B.所有的生物共用一套遗传密码子
C.小白兔控制血红蛋白合成的基因能进入大 肠杆菌
D.大肠杆菌的遗传物质是RNA
7、下列各项中，错误的是（ C ）。
A.克里克T4噬菌体实验不能证明苯丙氨酸的 密码子是UUU
B.克里克T4噬菌体实验表明遗传密码的阅读 方式是非重叠的阅读方式
C.尼伦伯格和马太的实验可以说明三个碱基 决定一个氨基酸
D.以上两个实验对遗传密码的破译都做出了 贡献，促进了科学
8.下列叙述中不是遗传密码的特点的是（D ）
A.非重复性
B.无分隔符
C.三联性
D.不连续性
9.mRNA碱基序列中，随机插入一个碱基， 导致mRNA上的密码子变化的是（D）
A.全部密码子改变 B.只有一个密码子改变
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。
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• 说明：
• 克里克的实验虽然阐明了遗传密码的总体 特征，但是，却无法说明由三个碱基排列 成的一个密码子对应的究竟是哪个氨基酸。
三、遗传密码对应规则的发现
• (1)三联体密码子的提出： • 1954年美国物理学家伽莫夫G.Gamor是第一个提
出具体设想的：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，指出三个碱基构成一个密码子，决定一 种氨基酸的可能不止一种密码子。
• 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？
• 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。
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：（ ）
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 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
细胞中原有的mRNA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，因此要除去。
2、如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验， 确保你的重大发现得到同行的认可？
作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外， 其它所有成分都与实验组的试管相同。