第3节　遗传密码的破译（选学）

1、第4章遗传基因的表达第3节遗传编码的解读问题探讨核酸中的碱基序列是遗传信息。 翻译实际上是将mRNA中的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列，其碱基序列与氨基酸序列如何对应是历史的进步，1866年，孟德尔提出了遗传规律。 2，1883年，科学家发现马蛔虫配中的染色体数量只有体细胞的一半。 3，1890年，科学家确认减数分裂产生了配子。 4，1891年，科学家描述了减数分裂的全过程。 5，1902年，博比丰(T.Boveri )和1903年萨顿(W.Sutton )在研究减数分裂时发现基因行为与染色体行为呈平行关系，提出染色体为基因载体，可以说是染色体遗传学说的初步论证。 6、1909年的约翰逊(W

2、.Johannsen )将孟德尔假设的“基因”称为“基因”，明确区分了基因型和表型。 7，1909年，詹士(F.A.Janssen )观察染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因链现象提供了基础。 8、1909年，摩根(T.H.Morgan，1866-1945 )开始对果蝇爆炸进行实验遗传学研究，发现伴性遗传规律。 他和他的学生还发现了连锁、交换、不分离的规则等。 进一步证明染色体上基因呈直线排列，发展了染色体遗传学说。 1926年摩根提出了基因学说，发表了基因论，历史进步，9、20世纪中叶，科学家发现染色体主要由蛋白质和DNA组成。 10、1928年格里菲斯肺炎双球菌实验。 11，1940年

3、艾莉用纯化因子研究肺炎双球菌转化的实验。 12、1941年提出了基因酶的假说。 一个基因的酶假说暗示基因的作用是指导蛋白质分子的最后定位，决定特异性。 13、1944年理论物理学家薛定谔发表的生命是什么这本书大胆预言，遗传物质是信息分子，作为一般民用摩尔斯信号的两个符号，可能类似于“”、“”。 14、1952年健康和蔡斯的T2噬菌体感染大肠菌的实验。 确认DNA是遗传物质。 15、1953年，华生和克里克发现了DNA双螺旋结构。 16、1957年提出了一个中心规律：遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，还可以流向蛋白质。 17，1958年科学家以大肠杆菌为实验材料，证实了D

4、NA的半保留复制。 18、1961年克里克等人证实了他在1958年提出的关于遗传三联编码的推测，1969年Nirenberg等人解释了所有的遗传编码。 揭示了19、60年代mRNA、tRNA及核糖体功能、蛋白质生物合成的过程。 研究背景：1941年比德尔(G.Beadle )和塔姆(E.Tatum )的工作有力地证明了基因突变引起酶的变化，并且各基因必须调控特定酶的合成，提出了一个基因一个酶的假说。 人们逐步认识到基因与蛋白质的关系。 提倡“中心法则”后，可以更加明确地指示遗传信息传递的方向，从整体上来说，可以从DNARNA蛋白中选择。 DNA和蛋白质之间有什么关系？ DNA是如何决定蛋白质的

5、呢？ 这个有趣而深远的问题从50年代末开始引起研究者们的极大兴趣。 1944年理论物理学家薛定谔发表的生命是什么这本书大胆预言，染色体由几个同分异性的单体分子连续构成。 这个连续体的正确性构成了遗传编码。 遗传物质是信息分子，同分异构单体作为一般民用摩尔斯信号的两个符号“”、“”，根据序列的组合，有可能蓄积遗传信息。莫尔斯电报，短音读取操作滴(di) :长音读取(da )码： a : b 3360 c 3360 e : f : h : I : k : l : m : q : r 3360 s 3360 : /:数字(长代码) 3360133602336033603360433605336063

6、607336083360936003360、研究背景：1944年当时遗传物质的化学本质尚未明确，10年后直到1953年双螺旋模型的建立，给了科学家们很大的激励。 解读遗传密码也是不可或缺的工作。 遗传编码的试制和阅读方法的探索是，遗传编码最简单的阅读方法是将DNA顺序或mRNA顺序与多肽进行比较。 但是，与一般的密码解读不同，遗传信息的翻译蛋白质的顺序是已知的，未知的都是密码。 1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解越来越多。 但是，到1969年前后经过了10多年的时间，许多科学家的执着研究才破解了密码，其中最重要的工作构想的新颖，方法的精巧闪烁着科学的智

7、慧之光。 遗传编码的试制和阅读方式的探索，1954年科普作家伽莫夫G.Gamor首先挑战了编码解读。 他是拥有不可思议王国的汤姆金斯等优秀的科学幻想作品，主张他有丰富的想象力，但他不是实验科学家，所以只能从理论上尝试破解密码。 当时，他在自然Nature杂志上首次发表了遗传编码理论研究文章，指出3个碱基编码一个氨基酸。 遗传代码的试制和读法的探索，接下来，是对三连体的每个碱基作为信息只读一次，还是反复读。 DNA序列与重叠阅读有什么区别呢？ 思考与讨论、遗传编码的试制与阅读的探索、遗传编码的试制与阅读的探索，1957年Brenner.S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，

8、否定了遗传编码重叠阅读的可能性。 在长状细胞贫血的例子中，还发现血红蛋白中只有一个氨基酸变化。 遗传编码的试制和读法的探索很遗憾，加莫夫可能是考虑到效率的问题，但是一个碱基有可能被反复读取，也就是说因为遗传编码的读法完全重叠，所以氨基酸的数量和核苷酸的数量有一对一的关系。 智人千虑，必失败。 许多著名科学家也犯过类似的错误。 在资料稀少的情况下，推测未知的真理总会产生偏差，但缺点却遮不住瑜，人们对他们的敏锐、大胆、智慧和革新精神、巧妙的构想仍然敬佩。 基因编码的验证(点击实验)，他们使用T4噬菌体染色体上的一个基因用原黄素处理，使DNA脱落或插入单一碱基，称为“正”突变，称为脱落或“负”突变，

9、称为“正” Crick组用这种方法获得了一系列T4噬菌体的“加字”和“减字”变异，并进一步进行杂交获得了加1、2、3个不同碱基的系列变异。用这样的方法，他们加入或减少一碱和二碱，就会引起噬菌体的突变，虽然不能制造正常发挥功能的蛋白质，但是加入或减少三碱，就能合成正常发挥功能的蛋白质，这是为什么？遗传编码对应规则的发现伦堡(M.W.Nirenberg，1927 )和马太(H.Matthaei )实验：遗传编码对应规则的发现，结果这是第一个遗传编码被解读。 尼伦堡实验的巧妙之处在于利用无细胞系进行体外合成蛋白，他创新的实验方法给他带来了很大的成功，点击与尼伦堡实验、遗传编码对应规律的发现相比，在接

10、下来的67年中，科学家遵循了在体外合成蛋白质的构想这项工作成为生物学史上伟大的里程碑！ 人类探索和提示生命本质的研究进一步发展，对后续分子遗传生物学的发展具有重要的推动作用。 基因编码的解读、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础。 总结，1941年提出了基因酶的假说。 一个基因的酶假说暗示基因的作用是指导蛋白质分子的最后定位，决定特异性。 2、1944年理论物理学家薛定谔发表的生命是什么这本书大胆预言，遗传物质是信息分子，作为一般民用摩尔斯信号的两个符号，可能类似于“”、“”。 3、1953年，华生和克里克发现了DNA双螺旋结构。 4，1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素

11、的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解越来越多。 5、1954年，科普作家加莫夫G.Gamor首先挑战解密。 指出3个碱基编码1个氨基酸，因为认为遗传编码的读法完全重叠，所以氨基酸的数量和核苷酸的数量有1对1的关系。 6、1957年提出了一个中心规律：遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，还可以流向蛋白质。 7，1957年Brenner.S发表的理论文章表明，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，否定了重叠读取遗传编码的可能性。 8、1961年克里克等人证实了关于遗传三联密码的推测。 9、1962年尼伦堡和马太蛋白的体外合成实验解读了最初的遗传编码UUU。

12、 10、1969年科学家们解释了所有的遗传密码。 总结一下，1944年理论物理学家薛定谔发表的生命是什么这本书大胆预言，遗传代码可能类似莫尔斯信号，用序列组合保存遗传信息。 1954年，科普作家伽莫夫用数学方法推断三碱编码一个氨基酸。 1957年Brenner.S发表了文章，理论上否定了遗传代码重叠阅读的可能性。 1961年克里克首次在T4噬菌体实验中证实了遗传编码中的3个碱基编码一个氨基酸。 1961年尼伦堡和马太利用无细胞系进行了体外重组，解读了最初的遗传编码。 1969年科学家破译了所有的密码。 总结，我们注意到科学家思维在解读过程中的变化，薛定谔用有远见的大胆想象来预测遗传编码的形式，

13、伽莫夫用数学序列组合的修正算法推测编码由三个碱基组成，同时他也预测编码的读法，智者思考，必然失败点击是一个巧妙的设定修订实验，利用原黄素处理噬菌体，脱落DNA或插入单碱的方法，实验证明了伽莫夫三联体密码子的推测，从理论走向实验，为密码子的解读迈出了重要的一步。宁伯格的实验更有创新性，他建立了巧妙的无细胞系进行体外蛋白质合成成功解读了第一个密码子，随后的方法不断创新最终解读了所有密码子。 他的贡献不仅是对遗传编码的解读，更重要的是为生物研究方法打开了新的思路。 总之，敏锐、大胆、明智、创新是科学家的重要素养，正如尼伦堡在1968年获得诺贝尔生理学医学奖时所说，善于捕捉细节的人才是能够了解事物真谛的人。 (