第三節(jié) 遺傳密碼的破譯

1、第節(jié)第節(jié) 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯伊通二中伊通二中 張宜斌張宜斌 （QQ: 303218914)我們已經(jīng)學習了基因指導蛋白質(zhì)的合成過程，我們已經(jīng)學習了基因指導蛋白質(zhì)的合成過程，知道了遺傳密碼，而當初遺傳密碼的破譯卻是通過知道了遺傳密碼，而當初遺傳密碼的破譯卻是通過許多科學家艱辛的探索，最后被兩個名不見經(jīng)傳的許多科學家艱辛的探索，最后被兩個名不見經(jīng)傳的年輕人富有創(chuàng)新的實驗所破譯，這個過程充滿了思年輕人富有創(chuàng)新的實驗所破譯，這個過程充滿了思維的智慧。讓我們現(xiàn)在一起來重溫一下科學家進行維的智慧。讓我們現(xiàn)在一起來重溫一下科學家進行科學探索的足跡，對我們的思維會有很好的啟迪?？茖W探索的足跡，對我們的

2、思維會有很好的啟迪。1請你根據(jù)左側(cè)提供的莫爾斯密請你根據(jù)左側(cè)提供的莫爾斯密碼表，將下面用莫爾斯密碼編寫碼表，將下面用莫爾斯密碼編寫的問題譯成英文，每個密碼子之的問題譯成英文，每個密碼子之間已用斜線分隔開。間已用斜線分隔開。 Where are genes located2請用莫爾斯密碼回答上面的問題。請用莫爾斯密碼回答上面的問題。 （在（在DNA上）上）1954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫GGamor對破譯密碼首先提對破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)，他設想出了挑戰(zhàn)，他設想:若若一種堿基一種堿基與與一種氨基酸一種氨基酸對應的話，那么只可能產(chǎn)生對應的話，那么只可能產(chǎn)生4種種氨基酸，而已知天然的氨基酸約

3、有氨基酸，而已知天然的氨基酸約有種，因此不可種，因此不可由一個堿基編碼一種氨基酸。由一個堿基編碼一種氨基酸。 若若2個堿基編碼一種氨基酸個堿基編碼一種氨基酸的話，的話，4種堿基共有種種堿基共有種不同的排列組合，也不足以編碼不同的排列組合，也不足以編碼20種氨基酸。種氨基酸。 因此他認為因此他認為3個堿基編碼一種氨基酸個堿基編碼一種氨基酸的就可以解決問的就可以解決問題。雖然題。雖然4個堿基組成三聯(lián)密碼，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生個堿基組成三聯(lián)密碼，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生種不同形式。要比種不同形式。要比20種氨基酸大兩倍多。種氨基酸大兩倍多。 但若是但若是四聯(lián)密碼四聯(lián)密碼，就會產(chǎn)生，就會產(chǎn)生44=256種排列組合

4、。種排列組合。 相相比之下只有三聯(lián)體較為符合比之下只有三聯(lián)體較為符合20種氨基酸。種氨基酸。2042=1643=64伽莫夫是用數(shù)學的排列組合的方法在理論上作出推測伽莫夫是用數(shù)學的排列組合的方法在理論上作出推測的，后來的實驗證實這一推測是完全正確的。的，后來的實驗證實這一推測是完全正確的。接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個堿基作為接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個堿基作為信息信息依次閱讀依次閱讀還是還是重復閱讀重復閱讀呢呢?以重疊和非重疊方式閱以重疊和非重疊方式閱讀讀DNA序列會有什么不同呢序列會有什么不同呢?一一.遺傳密碼的閱讀方式遺傳密碼的閱讀方式思考思考:1.當圖中的當圖中的DNA

5、的第三個堿基的第三個堿基T發(fā)生改變時，如果密碼發(fā)生改變時，如果密碼子是子是非重疊非重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸的，這一改變將影響多少個氨基酸?如果密如果密碼子是碼子是重疊重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的結(jié)果的，又將產(chǎn)生怎樣的結(jié)果? (可能影響可能影響1個氨基酸個氨基酸)(可能影響可能影響3個氨基酸個氨基酸) 2.當圖中的當圖中的DNA的第三個堿基的第三個堿基T后插入一個堿基后插入一個堿基A的的話，如果密碼子是話，如果密碼子是非重疊非重疊的，這一改變將影響多少個的，這一改變將影響多少個氨基酸氨基酸?如果插入如果插入2個、個、3個堿基呢個堿基呢?插入插入1個堿基，影響后面所有的氨基酸個堿基，影響后面所

6、有的氨基酸 3.當圖中的當圖中的DNA的第三個堿基的第三個堿基T后插入一個堿基后插入一個堿基A的話，的話，如果密碼子是如果密碼子是重疊重疊的，這一改變將影響多少個氨基酸的，這一改變將影響多少個氨基酸?插入插入2個、個、3個氨基酸呢個氨基酸呢? 插入插入2個堿基，影響后面所有的氨基酸個堿基，影響后面所有的氨基酸插入插入3個堿基，會在原氨基酸序列中多一個氨基酸個堿基，會在原氨基酸序列中多一個氨基酸插入插入1個堿基，影響個堿基，影響3個氨基酸，多肽比原正常多肽多個氨基酸，多肽比原正常多肽多1個氨基酸個氨基酸插入插入2個堿基，影響個堿基，影響4個氨基酸，多肽比原正常多肽多個氨基酸，多肽比原正常多肽多2

7、個氨基酸個氨基酸插入插入3個堿基，影響個堿基，影響5個氨基酸，多肽比原正常多肽多個氨基酸，多肽比原正常多肽多3個氨基酸個氨基酸二二.克里克的實驗證據(jù)克里克的實驗證據(jù)問題問題:遺傳密碼真的是以遺傳密碼真的是以3個堿基為一組嗎個堿基為一組嗎?遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的?密碼之間是否有分隔符密碼之間是否有分隔符?實驗結(jié)果實驗結(jié)果:在相關堿基序列中增加或者刪除一個堿基，無法在相關堿基序列中增加或者刪除一個堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或者刪除兩個堿基，產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或者刪除兩個堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當增加或也

8、不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當增加或者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。實驗結(jié)論實驗結(jié)論:遺傳密碼中遺傳密碼中3個堿基編碼個氨基酸個堿基編碼個氨基酸遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀編碼之間沒有分隔符編碼之間沒有分隔符三三.遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)如何找出如何找出64種密碼子到底對應哪種氨基酸呢種密碼子到底對應哪種氨基酸呢?兩個名不見經(jīng)傳的年輕人兩個名不見經(jīng)傳的年輕人尼倫伯格尼倫伯格和和馬太馬太設計了富設計了富有創(chuàng)新的實驗方法，成功地破譯了第一個遺傳

9、密碼有創(chuàng)新的實驗方法，成功地破譯了第一個遺傳密碼蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)實驗過程：蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)實驗過程：1.在每個試管中分別加入一種在每個試管中分別加入一種氨基酸氨基酸2.在每個試管中再分別加入除去了在每個試管中再分別加入除去了DNA和和mRNA的的細胞提取液細胞提取液3.在每個試管中再分別加入人工合成的在每個試管中再分別加入人工合成的RNA多聚尿多聚尿嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸。實驗結(jié)果：實驗結(jié)果： 加入了加入了苯丙氨酸苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了的試管中出現(xiàn)了多聚苯多聚苯丙氨酸丙氨酸實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：苯丙氨酸苯丙氨酸的對應的密碼子是的對應的密碼子是思考：思考：1.為什么要除去細胞提取液中的為什么要除

10、去細胞提取液中的DNA和和mRNA? 防止細胞原有的防止細胞原有的DNA和和mRNA中的遺傳信息中的遺傳信息起作用干擾實驗結(jié)果。起作用干擾實驗結(jié)果。2.如果你是尼倫伯格如果你是尼倫伯格,你將如何設計對照實驗你將如何設計對照實驗,確保你確保你的重大發(fā)現(xiàn)是正確的的重大發(fā)現(xiàn)是正確的? 在對照實驗中的所有試管中加入成分均不變在對照實驗中的所有試管中加入成分均不變,但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。遺傳密碼破譯歷程：遺傳密碼破譯歷程：1.伽莫夫通過數(shù)學的排列組合的計算推測密碼子伽莫夫通過數(shù)學的排列組合的計算推測密碼子是由三個堿基組成的是由三個堿基組成的2.克里克巧妙地設計實驗，處理

11、噬菌體，使克里克巧妙地設計實驗，處理噬菌體，使DNA脫落脫落或插入單個堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫的三聯(lián)或插入單個堿基的方法從實驗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?，為密碼子的破譯體密碼子的推測，由理論走向?qū)嶒灒瑸槊艽a子的破譯邁出重要的一步。邁出重要的一步。3.尼倫伯格的實驗則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無尼倫伯格的實驗則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無細胞系統(tǒng)進行體外蛋白質(zhì)合成，成功地破譯了第一個細胞系統(tǒng)進行體外蛋白質(zhì)合成，成功地破譯了第一個密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子。他的貢獻不僅僅在于對遺傳密碼的破譯，更重要子

12、。他的貢獻不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。的也在對生物研究方法上開啟了新的思維方式。歸結(jié)起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新歸結(jié)起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學家的重要素養(yǎng)。是科學家的重要素養(yǎng)。例例1：組成：組成mRNA分子的種核苷酸能組成多少種密分子的種核苷酸能組成多少種密碼子？碼子？A.16B.32C.46D.64例例2：基因中的下敘堿基變化中，最有可能合成出正：基因中的下敘堿基變化中，最有可能合成出正常蛋白質(zhì)的是常蛋白質(zhì)的是A.在有關基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對在有關基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基對B.在有關基因的堿基

13、序列中刪除或增加兩個堿基對在有關基因的堿基序列中刪除或增加兩個堿基對C.在有關基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對在有關基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對D.在有關基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對在有關基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對例例3: 采用蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)揭示遺傳密碼實驗中，采用蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)揭示遺傳密碼實驗中，改變下列哪項操作，即可測出全部的遺傳密碼與氨基改變下列哪項操作，即可測出全部的遺傳密碼與氨基酸的對應規(guī)則。酸的對應規(guī)則。A.無無DNA和和mRNA細胞的提取液細胞的提取液B.人工合成的多聚核苷酸人工合成的多聚核苷酸C.加入的氨基酸種類和數(shù)量加入的氨基酸種類和數(shù)量D.測定多肽鏈中氨基酸種類的方法測定多肽鏈中氨基酸種類的方法例4：已知幾種氨基酸的密碼子為： a.精 氨 酸：CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG； b.纈 氨 酸：GUU、GUC、GUA、GUG； c.甘 氨 酸：GGU、GGC、GGA、GGG； d.組 氨 酸：CAU、CAC； e.色 氨 酸：UGG； f.甲硫氨酸：AUG。 用化學方法使一種六鈦分子降解，其產(chǎn)物中測出三種三鈦；甲硫氨酸-組氨酸-色氨酸；精氨酸-纈氨酸-甘氨酸；甘氨酸-甲硫氨酸-組氨酸。 （1）這種六鈦的氨基酸順序為_ 。（填字母） (2) 編碼這個六肽的DNA分子片段至少含_個脫氧核糖。A-b-c-f-d