遺傳密碼的破譯.ppt

1、第3節(jié) 遺傳密碼的破譯,問(wèn)題導(dǎo)入,mRNA是怎樣把其中的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序的？ mRNA的堿基與氨基酸之間是如何對(duì)應(yīng)的？,從數(shù)學(xué)角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,資料1：mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，這四種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？如果1個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，那么4種堿基只能決定4種氨基酸，顯然這種組合是不夠的。,想一想： 如果2個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？ 如果3個(gè)相鄰堿基決定一種氨基酸呢？ 由此分析你認(rèn)為應(yīng)該由多少個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，4種堿基才足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸？,分析資料得出結(jié)論,結(jié)論：理論上應(yīng)該是三個(gè)堿基決定一個(gè)

2、氨基酸 這也是伽莫夫在破譯遺傳密碼的探索中提出的設(shè)想。,上述結(jié)論僅為數(shù)學(xué)推理，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明呢？,資料2：1961年，DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者克里克研究表明：在T4噬菌體的相關(guān)堿基序列中增加或者刪除一個(gè)堿基，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個(gè)堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。,1961年克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn),為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果？,類比推理,THE FAT CAT ATE THE BIG RAT,試著插入或刪去其中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)字母，看后面的語(yǔ)意會(huì)有什么變化？,只有插入或刪去其中的三個(gè)字母，后面的語(yǔ)意才不變。原因是三個(gè)

3、字母組成一個(gè)單詞。,類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，信使RNA上的每三個(gè)相鄰堿基決定一個(gè)氨基酸”。,提示： 把句中的單詞看作決定一個(gè)氨基酸的密碼子,遺傳密碼的總體特征,不間斷性：mRNA的三聯(lián)體密碼是連續(xù)排列的，相鄰密碼之間無(wú)核苷酸間隔。所以，在相關(guān)堿基序列中增加或刪除12個(gè)核苷酸，則其后的三聯(lián)體組合方式都會(huì)改變，不能合成正常的蛋白質(zhì)。 不重疊性：不重疊性使密碼解讀簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確無(wú)誤。當(dāng)一個(gè)核苷酸被異常核苷酸取代時(shí)，不會(huì)在肽鏈中影響到多個(gè)氨基酸。,克里克的實(shí)驗(yàn)雖然闡明了遺傳密碼的總體特征，但是，卻無(wú)法說(shuō)明由3個(gè)堿基排列成的1個(gè)密碼對(duì)應(yīng)的究竟是哪一個(gè)氨基酸。,密碼如何與氨基酸的對(duì)應(yīng)？,如何

4、破譯遺傳密碼呢？,資料3：1961年，尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)胞溶液，建立了一種利用人工合成的RNA在試管里合成多肽鏈的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼，即UUU是編碼苯丙氨酸的密碼子。,如果是你，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？,提示：實(shí)驗(yàn)提供有多個(gè)試管和20種氨基酸溶液。,1961年，尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),1961年，尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過(guò)程面臨3個(gè)問(wèn)題： 合成怎樣的RNA作為模板？ 需要一組還是多組實(shí)驗(yàn)？ 氨基酸怎樣加入？,實(shí)驗(yàn)思路： 用單核苷酸人工合成RNA（多聚尿嘧啶核

5、苷酸），分多個(gè)實(shí)驗(yàn)組，分別加入不同的氨基酸，檢測(cè)哪組中出現(xiàn)了多肽鏈即可破譯UUU。,1961年，尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn),尼倫伯格和馬太在每個(gè)試管中分別加入一種氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的細(xì)胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，結(jié)果加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈。,為什么要除去細(xì)胞提取液中的DNA和mRNA？,上述方法只能破譯出AAA是賴氨酸的密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子，GGG是甘氨酸的密碼子，UUU是苯丙氨酸的密碼子。 也就是說(shuō)只能確定4種氨基酸的遺傳密碼，那么其他氨基酸的密碼呢？,怎樣破譯其他的遺傳密碼呢？,材料4：1966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一

6、種新的RNA合成方法，通過(guò)這種方法合成的RNA可以是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC長(zhǎng)鏈，以它作人工信使進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是蘇氨酸和組氨酸的多聚體，說(shuō)明蘇氨酸的密碼子可能是ACA，也可能是CAC；同樣，組氨酸的密碼子可能是CAC，也可能是ACA。,1966年，霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn),如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢？ 提示：參考霍拉納的設(shè)計(jì)方法。,1966年，霍拉納的RNA重復(fù)序列翻譯實(shí)驗(yàn),方案：如合成（CAA）n長(zhǎng)鏈，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。,將科學(xué)家和自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，即可確定ACA是蘇氨酸的密碼子，CAC是組氨酸的密碼子。,設(shè)想：再用類似的方法合成含有蘇氨酸或組氨酸的多聚體，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可確定。,運(yùn)用此類方法就可以破譯其他氨基酸的遺傳密碼。,密碼子表,請(qǐng)認(rèn)真閱讀密碼子表，分析回答下列問(wèn)題，總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)。,分析問(wèn)題總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn),1、在mRNA上兩個(gè)密碼子之間有無(wú)核苷酸隔開(kāi)