新人教版必修生物《遗传密码的破译》.ppt
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第第44章章基因的表达基因的表达第第4.34.3节节遗传密码的破译遗传密码的破译问题探讨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，翻译实际上就是将就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
1941年比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）的工作则强有力地证明了基因突变引起了酶的改变，而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成，从而提出了一个基因一一个基因一一个基因一一个基因一种酶种酶种酶种酶的假说。
人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。
“中心法则”提出后更为明确地指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五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。
1944年，理论物理学家薛定谔发表的什么是生命一书中就大胆地预言预言预言预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。
这种连续体的精确性组成了遗传密码。
他认为遗遗遗遗传物质是一种信息分子传物质是一种信息分子传物质是一种信息分子传物质是一种信息分子，同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码莫尔斯电码莫尔斯电码莫尔斯电码的两个符号：
“”、“”，通过排列组合来储存遗传信息。
研究的背景：
研究的背景：
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短音短音念作念作滴（滴（di）:
长音长音念作念作答（答（da）字码:
A:
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数码（长码）:
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莫尔斯电报莫尔斯电报一、遗传密码的阅读方式一、遗传密码的阅读方式1954年科普作家年科普作家伽莫夫伽莫夫G.Gamov在在自然自然Nature杂志首次发表了遗传密码的理论研究杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸三个碱基编码一个氨基酸。
接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基接下来，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重叠方式阅读DNA序列会有什么序列会有什么不同呢？
不同呢？
1、非重叠的方式阅读、非重叠的方式阅读2、重叠的方式阅读、重叠的方式阅读1、当图中、当图中DNA的第三个碱基（的第三个碱基（T）发生）发生改变改变时，如果密码是非时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
如果密码是重叠的，重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？
又将产生怎样的影响？
密码是非重叠的：
密码是非重叠的：
影响影响11个氨基酸，个氨基酸，密码是重叠的：
密码是重叠的：
影响影响33个氨基酸个氨基酸2、当图中、当图中DNA的第三个碱基（的第三个碱基（T）后）后插入插入一个碱基一个碱基A时，如果时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
如果密码是密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？
如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？
如果插入重叠的，又将产生怎样的影响？
如果插入2个、个、3个碱基呢？
个碱基呢？
密码是非重叠的密码是非重叠的:
插入插入11、22个个,影响后面所有的氨基酸（影响后面所有的氨基酸（无法产生无法产生正常功能的蛋白质）正常功能的蛋白质）；插入；插入33个碱基个碱基,将会在原氨基酸序列中多一个将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸。
氨基酸。
如果插入如果插入11个碱基，个碱基，33个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多11个氨基酸个氨基酸如果插入如果插入22个碱基：
个碱基：
44个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多22个氨基酸个氨基酸如果插入如果插入33个碱基：
个碱基：
55个氨基酸，多肽比原正常多肽多个氨基酸，多肽比原正常多肽多33个氨基酸个氨基酸密码是重叠的：
密码是重叠的：
思考与讨论思考与讨论非重叠方式阅读非重叠方式阅读在碱基增加在碱基增加1、2个时个时重叠方式阅读重叠方式阅读在碱基增加在碱基增加1、2、3个时个时在增加在增加3个碱基时个碱基时不能形成正常功能的蛋白质。
不能形成正常功能的蛋白质。
能形成正常功能的蛋白质。
能形成正常功能的蛋白质。
都能形成正常功能的蛋白质。
都能形成正常功能的蛋白质。
遗传密码子的验证（克里克的实验）遗传密码子的验证（克里克的实验）他们用他们用T4T4噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄素处理，可以使素处理，可以使DNADNA脱落或插入单个碱基，插入叫脱落或插入单个碱基，插入叫“加字加字加字加字”突变突变突变突变，脱落叫，脱落叫“减字减字减字减字”突变突变突变突变，无论加字和减字，无论加字和减字都可以引起移码突变。
都可以引起移码突变。
CrickCrick小组用这种方法获得一小组用这种方法获得一系列的系列的T4T4噬菌体噬菌体“加字加字”和和“减字减字”突变，再进行杂突变，再进行杂交来获得加入或减少一个，二个，三个的不同碱基数交来获得加入或减少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变。
的系列突变。
通过这样的方法他们发现加入或减少一个和通过这样的方法他们发现加入或减少一个和二个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的二个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白，而加入或减少蛋白，而加入或减少33个碱基时却可以合成正常功能个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质，为什么会这样呢？
的蛋白质，为什么会这样呢？
二、克里克的实验证据：
二、克里克的实验证据：
克里克以克里克以T4噬菌体为实验材料噬菌体为实验材料在相关碱基序列中增加或删除在相关碱基序列中增加或删除1个碱基个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；，无法产生正常功能的蛋白质；在相关碱基序列中增加或删除在相关碱基序列中增加或删除2个碱基个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；，无法产生正常功能的蛋白质；在相关碱基序列中增加或删除在相关碱基序列中增加或删除3个碱基个碱基，却合成了正常功能的蛋白质；，却合成了正常功能的蛋白质；3、编码之间没有分隔符。
、编码之间没有分隔符。
实验结论：
实验结论：
1、遗传密码中、遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸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，以非重读的方式阅读。
、遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的方式阅读。
三、遗传密码对应规则的发现：
三、遗传密码对应规则的发现：
尼伦柏格和马太尼伦柏格和马太实验过程实验过程1、每个试管中分别加入、每个试管中分别加入一种氨基酸一种氨基酸；2、每个试管中分别加入除去了、每个试管中分别加入除去了DNA和和mRNA的的细胞提取液细胞提取液；3、每个试管中分别加入人工合成的、每个试管中分别加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸多聚尿嘧啶核苷酸；结果结果：
只有加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链；：
只有加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链；结果说明：
结果说明：
多聚尿嘧啶核苷酸多聚尿嘧啶核苷酸导致了导致了多聚苯丙氨酸多聚苯丙氨酸的合成的合成苯丙氨酸的苯丙氨酸的密码子密码子为为UUU.小结小结1.1.19441944年理论物理学家薛定谔发表的年理论物理学家薛定谔发表的什么是生命什么是生命一书中一书中就大胆地预言，遗传密码可能与莫尔斯电码类似，通过排就大胆地预言，遗传密码可能与莫尔斯电码类似，通过排列组合来储存遗传信息。
列组合来储存遗传信息。
2.2.19541954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断年科普作家伽莫夫用数学的方法推断33个碱基编码一个个碱基编码一个氨基酸。
氨基酸。
3.3.19571957年年Brenner.SBrenner.S发表文章，在理论上否定了遗传密码重叠发表文章，在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。
阅读的可能性。
4.4.19611961年克里克第一个用年克里克第一个用T4T4噬菌体实验证明了遗传密码中噬菌体实验证明了遗传密码中33个个碱基编码一个氨基酸。
碱基编码一个氨基酸。
5.5.19611961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译了第一个遗传密码。
了第一个遗传密码。
6.6.19691969年科学家们破译了全部的密码。
年科学家们破译了全部的密码。
练习（练习（P76第第2题）题）项目项目莫尔斯电码莫尔斯电码遗传密码遗传密码密码间有无分隔符长度是否固定阅读方式是否重叠密码所采用的符号遗传密码的特点：
不间断性；不重叠性；简并性；通用性不间断性；不重叠性；简并性；通用性。
有分隔符有分隔符“/”无分隔符无分隔符长度不固定，度不固定，11到到44个符号不等个符号不等长度固定，度固定，33个符号个符号非重叠方式非重叠方式阅读非重叠方式非重叠方式阅读ACGUACGU练习练习CC
（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）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：
（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在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对
（2）最早提出）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：
（方法加以证明的科学家分别是：
（）A克里克、伽莫夫克里克、伽莫夫B克里克、沃森式化克里克、沃森式化C摩尔根、尼伦伯格摩尔根、尼伦伯格D伽莫夫、克里克伽莫夫、克里克DA无无DNA和和mRNA细胞的提取液细胞的提取液B人工合成的多聚核苷酸人工合成的多聚核苷酸C加入的氨基酸种类和数量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测定多肽链中氨基酸种类的方法BB（3）采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实验）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（氨基酸的对应规则（）项项目目克里克的克里克的T4噬菌体实验噬菌体实验尼伦柏格体外蛋白质尼伦柏格体外蛋白质合成实验合成实验主要思路主要思路前提前提优势优势不足不足比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种方比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种方法各有那些优势和不足。
法各有那些优势和不足。
通过研究碱基改变对蛋白质通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的合成的影响推断遗传密码的性质性质建立体外蛋白质合成系统，建立体外蛋白质合成系统，直接破解遗传密码规则直接破解遗传密码规则找到使找到使DNA脱落或插入单个脱落或插入单个碱基的方法碱基的方法-原黄素处理原黄素处理多核苷酸磷酸化酶的发现，多核苷酸磷酸化酶的发现，为得到为得到polyU提供条件提供条件不需要理解蛋白质合成过程，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就能作出推断密码子的总体特征征快速、直接快速、直接证据相对间接，工作量较大证据相对间接，工作量较大需要首先了解中细胞中蛋需要首先了解中细胞中蛋白质合成所需要的条件白质合成所需要的条件
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