第3节　遗传密码的破译（选学） (2)

,2019,武汉市汉铁高级中学主讲教师：柯翠,遗传密码的破译,莫尔斯密码表,Morsecode（又译为摩斯密码，莫尔斯密码）其代码主要由点（.）、划（）、点和划之间的停顿（/）组成。发明于1837年，是一种时断时续的信号代码，通过点、划不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。,1请你将下面用莫尔斯密码编写的问题译成英文，每个密码子之间已用斜线分隔开。,问题探讨,2请用莫尔斯密码回答上面的问题。,（DNA）,Wherearegeneslocated,1953年沃森和克里克双螺旋结构模型的建立，给予科学家们很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。“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DNARNA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上个世纪五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。,研究的背景,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RNA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？,研究的背景,1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译遗传密码首先提出了挑战。,从数学角度认识碱基序列与氨基酸的对应关系,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提出三个连续碱基编码一个氨基酸-遗传密码。,一个碱基决定一种氨基酸时能决定种两个碱基决定一种氨基酸时能决定种三个碱基决定一种氨基酸时能决定种,mRNA的碱基4种A、U、C、G,氨基酸20种,41=4,42=16,43=64,遗传密码中的3个碱基决定一个氨基酸，是不是只需以3个碱基为1个阅读单位，依次阅读呢?从理论上分析，还存在着另外一种阅读方式，即重叠的阅读方式。以重叠和非重叠的方式阅读DNA序列会有什么不同呢？,探究一：遗传密码的阅读方式,探究一：遗传密码的阅读方式,1.非重叠的阅读方式,2.重叠的阅读方式,以非重叠方式阅读可编码个氨基酸，以重叠方式阅读可编码个氨基酸,4,10,GGTTCGCACGCT,DNA序列,探究一：遗传密码的阅读方式,碱基改变,对氨基酸序列的影响,探究二：克里克的实验证据,实验材料：实验思路：方法及结果：,为什么会产生这样的现象呢？你能举例分析说明吗？,克里克的实验证据,T4噬菌体,某个基因的碱基数目的改变对其所编码蛋白质的影响,某个基因的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或者删除两个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或者删除三个碱基，却合成了具有正常功能的蛋白质,探究二：克里克的实验证据：,句中每个单词都由3个字母组成，7个单词连成一句,THEFATCATATETHEBIGRAT,第3个单词中插入字母R,仍然按照3个字母组成一个单词的阅读方式阅读，从插入处开始的所有单词都被改变,THEFATCARTATETHEBIGRAT,第3和第4个单词中分别插入字母R，从插入处开始的所有单词都被改变,THEFATCARTARTETHEBIGRAT,当第3、4、5个单词中都插入一个字母时，除了插入处的单词以外，其他部分的单词都没有改变,THEFATCARTARTOETHEBIGRAT,类比分析,探究二：克里克的实验证据,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，以非重叠的方式阅读。,3、编码之间没有分隔符。,比较莫尔斯密码与遗传密码的异同,有间隔符“/”,无分隔符,长度不固定,长度固定,非重叠方式阅读,非重叠方式阅读,-,AUGC,如何确定64个密码子分别对应哪种氨基酸呢？,探究三：遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太,每支试管各加一种氨基酸每管加入除去DNA和mRNA的细胞提取液每管加入多聚尿嘧啶核糖核苷酸（UUUUUUUUUUUUU）,细胞中原有的mRA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,结果：加苯丙氨酸的试管中出现了多肽链结论：苯丙氨酸对应的密码子是UUU,各管加多聚尿嘧啶核苷酸,思考：,（1）如何设计对照实验，使实验结果更具说服力？,对照组：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,（2）如何通过实验，确定AAA，CCC，GGG是哪种氨基酸的密码子？,所有成分都与实验组的试管相同，但是将多聚尿嘧啶核糖核苷酸分别换成多聚腺嘌呤核糖核苷酸，多聚胞嘧啶核糖核苷酸，多聚鸟嘌呤核糖核苷酸,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。尼伦伯格和马太的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行蛋白质体外合成技术，他们这富有创新的实验方法为他们带来了重大的成功！,探究三：遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太,思考：,（3）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A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体,探究三：遗传密码对应规则的发现,以上介绍的是单核苷酸重复序列作为模板得到的结果，如果以多核苷酸的重复序列作为模板，其结果又是怎样的呢？,探究三：遗传密码对应规则的发现,思考：,如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？,小组讨论大胆设想制定方案对比分析,探究三：遗传密码对应规则的发现,提示：设计新的核苷酸链，产物含有苏氨酸或组氨酸,方案：如合成（CAA）n长链，重复上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天冬酰胺和苏氨酸的多聚体,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！,比对确定,探究三：遗传密码对应规则的发现,遗传密码的特点：,不间断性、不重叠性、简并性、通用性,小结,小结,1954年科普作家用数学的方法推断3个碱基编码1个氨基酸。1961年第一个用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年利用无细胞系统进行蛋白质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。,伽莫夫,克里克,尼伦伯格和马太,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,C,练习,（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B克里克、沃森式化C摩尔根、尼伦伯格D伽莫夫、克里克,D,练习,（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，可用来测出全部的遗传密码与氨基酸的对应规则：()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,B,