遺傳密碼的破譯

1、 我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實(shí)際上我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實(shí)際上就是將就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，那么中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應(yīng)的呢？堿基序列與氨基酸序列是如何對應(yīng)的呢？ “中心法則中心法則”提出后更為明確地指出了提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNARNA蛋白質(zhì)。那蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說究竟是什么關(guān)系？或者說DNA是如何決定蛋是如何決定蛋白質(zhì)？這個有趣而深奧的問題在五十年代末就白質(zhì)？這個有

2、趣而深奧的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣。開始引起了一批研究者的極大興趣。 1954年科普作家年科普作家對破譯密碼首對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)年，他在先提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)年，他在自然自然Nature雜志首雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出。 接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個堿基作為信息只讀一次還是重中的每個堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會有什么不同呢？序列會有什么不同呢？ 思考思考:當(dāng)圖中當(dāng)圖中DNA的第三個堿基的第三個堿基(

3、T)發(fā)生改發(fā)生改變時(shí)變時(shí),如果密碼是非重疊的如果密碼是非重疊的,這一改變這一改變將影響將影響_個氨基酸個氨基酸,如果是重疊如果是重疊的又將影響的又將影響_個氨基酸。個氨基酸。13在圖中在圖中DNA的第三個堿基的第三個堿基(T)后插入一個堿后插入一個堿基基A,如果密碼是非重疊的如果密碼是非重疊的,這一改變將影響這一改變將影響_個氨基酸個氨基酸,如果密碼是重疊的如果密碼是重疊的,又將影又將影響響_個氨基酸。個氨基酸。33 1961年年,克里克對克里克對T4噬菌體噬菌體DNA上的一個上的一個基因進(jìn)行處理，使基因進(jìn)行處理，使DNA增加或減少堿基。增加或減少堿基。 通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少通過這

4、樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少1個個和和2個堿基都會引起噬菌體突變，無法產(chǎn)生正個堿基都會引起噬菌體突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少3個堿基時(shí)卻個堿基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)。可以合成正常功能的蛋白質(zhì)。為什么會這樣呢？為什么會這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中這只能解釋為：遺傳密碼中3個堿基編碼個堿基編碼1個氨基酸。個氨基酸。請比較分析下圖請比較分析下圖:插入插入_個堿基對原有個堿基對原有氨基酸序列影響最小氨基酸序列影響最小.GGTTCGCACGCTTTGAGC插一個堿基插一個堿基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二個堿基插二個堿基GGTAATCGCA

5、CGCTTTGAGC插三個堿基插三個堿基GGTAAATCGCACGCTTTGAGC3進(jìn)一步分析上圖進(jìn)一步分析上圖:減少減少_個堿基對原有氨基酸序個堿基對原有氨基酸序列影響最小。列影響最小。3 克里克是第一個用實(shí)驗(yàn)證明遺傳克里克是第一個用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中密碼中3個堿基編碼個堿基編碼1個氨基酸的科學(xué)個氨基酸的科學(xué)家。這個實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明家。這個實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明:遺傳密碼從遺傳密碼從一個固定的起點(diǎn)開始一個固定的起點(diǎn)開始,以非重疊的方式以非重疊的方式閱讀閱讀,編碼之間沒有分隔符。編碼之間沒有分隔符。 1961-1962年，年，尼倫伯格（尼倫伯格（M.W.Nirenberg，1927）和馬太（）和馬太（H

6、.Matthaei） 的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn) ： 這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還表明表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。是苯丙氨酸的密碼子。 這是第一個遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)這是第一個遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)巧妙之處在于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，巧妙之處在于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來了重大的成功他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來了重大的成功！ 在接下來的六七年里，科學(xué)家沿著體外合在接下來的六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，破譯成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，破譯出了

7、全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上的一個偉大的里程碑！項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上的一個偉大的里程碑！為人類探索和提示生命的本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)為人類探索和提示生命的本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的推動作用。要的推動作用。 1.1.19541954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3 3個個堿基編碼一個氨基酸。堿基編碼一個氨基酸。2.2.19611961年克里克第一個用年克里克第一個用T4T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中遺傳密碼中

8、3 3個堿基編碼一個氨基酸。個堿基編碼一個氨基酸。3.3.19611961年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個遺傳密碼。體外合成破譯了第一個遺傳密碼。4.4.19691969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。 我們注意整個破譯過程中科學(xué)家思維的變化，伽我們注意整個破譯過程中科學(xué)家思維的變化，伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來推測密碼子是由莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來推測密碼子是由三個堿基組成的，克里克則是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使三個堿基組成的，克里克則是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使DNA增加或減少堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫增加或減少

9、堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測，由理論走向?qū)嶒?yàn)，為密碼的三聯(lián)體密碼子的推測，由理論走向?qū)嶒?yàn)，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成，成功地破譯了第一個密碼子，隨后的方白質(zhì)合成，成功地破譯了第一個密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子。他的貢獻(xiàn)不法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子。他的貢獻(xiàn)不僅僅在于對遺傳密碼的破譯，更重要的也在對生物僅僅在于對遺傳密碼的破譯，更重要的也在對生物研究方法上開啟了新的思維方式。研究方法上開啟了新的思維方式。 歸結(jié)起來，我們看到，歸結(jié)起來，我們