第3节遗传密码的破译

第3节遗传密码的破译

问题导入mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。想一想：①如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？②如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？③由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？分析资料得出结论结论：理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸这也是伽莫夫在破译遗传密码的探索中提出的设想。上述结论仅为数学推理，如何通过实验证明呢？资料2：1961年，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体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；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。

1961年克里克的T4噬菌体实验

为什么会产生这样的结果？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3个碱基排列成的1个密码对应的究竟是哪一个氨基酸。密码如何与氨基酸的对应？如何破译遗传密码呢？资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU是编码苯丙氨酸的密码子。如果是你，如何设计实验？提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验

1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验实验方案设计过程面临3个问题：①合成怎样的RNA作为模板？②需要一组还是多组实验？③氨基酸怎样加入？实验思路：用单核苷酸人工合成RNA（多聚尿嘧啶核苷酸），分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，检测哪组中出现了多肽链即可破译UUU。1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验尼伦伯格和马太在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？上述方法只能破译出AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。也就是说只能确定4种氨基酸的遗传密码，那么其他氨基酸的密码呢？怎样破译其他的遗传密码呢？材料4：1966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，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。1966年，霍拉纳的RNA重复序列翻译实验

如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？提示：参考霍拉纳的设计方法。1966年，霍拉纳的RNA重复序列翻译实验

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。将科学家和自己的实验结果对比分析，即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC是组氨酸的密码子。设想：再用类似的方法合成