第四章第三节--遗传密码子的破译

null第3节 遗传密码子的破译第3节 遗传密码子的破译第四章 基因的达问题探讨问题探讨　　我们知道了DNA中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA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？ 研究的背景：研究的背景： “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DNA→RNA→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。 研究的背景：研究的背景： 1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书，将遗传信息设想成一种电码式（莫尔斯电码的两个符号：“· ”、“—” ）的遗传密码形式。 到1953年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。 null问题探讨 1. 翻译成英文是：Where are genes located一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。他以著有《奇异王国的汤姆金斯》等优秀的科学幻想作品而著称，具有丰富的想象力，但他不是一位实验科学家，所以只能从理论上来尝试密码的解读。当年，他在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 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？以重叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？ 《思考与讨论》一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 null思考与讨论 1.当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时，如果密码是非重叠的，将影响1个氨基酸；如果密码是重叠的，将影响3个氨基酸。null思考与讨论 2.提示：先写出改变后的碱基序列，再按照非重叠阅读的方式和重叠阅读的方式分别写出其对应的氨基酸序列，分别与原序列编码的氨基酸序列进行比较就可得出答案。 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 一、遗传密码的试拼与阅读方式的探索 1957年Brenner.S发表了一篇令人兴奋的理论文章，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，从而否定了遗传密码重叠阅读的可能性。同时人们也发现在镰刀形细胞贫血的例子中，血红蛋白中仅有一个氨基酸发生改变。 二、遗传密码子的验证 （克里克的实验） 二、遗传密码子的验证 （克里克的实验） 他们用T4噬菌体染色体上的一个基因通过用原黄素处理，可以使DNA脱落或插入单个碱基，插入叫“加字”突变，脱落叫“减字”突变，无论加字和减字都可以引起突变。Crick小组用这种方法获得一系列的T4噬菌体“加字”和“减字”突变，再进行杂交来获得加入或减少一个，二个，三个的不同碱基数的系列突变。 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蛋白，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质，为什么会这样呢？ 三、遗传密码对应规则的发现 三、遗传密码对应规则的发现 1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei） 的实验 ：加入多聚U（相当于mRNA）三、遗传密码对应规则的发现 三、遗传密码对应规则的发现 这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。 这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！ 三、遗传密码对应规则的发现 三、遗传密码对应规则的发现 在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。 遗传密码的破译，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石。 小结 小结 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，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。 1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。 1957年Brenner.S发表文章，在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。 1961年克里克第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。 1961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。 1969年科学家们破译了全部的密码。null旁栏思考题 1.细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果，细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果，因此需要除去细胞提取液中的DNA和mRNA。2.作为对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。null练习 基础题 1.D。 2.提示：可以从密码间有无分隔符、长度是否固定、阅读方式是否重叠、密码所采用的符号等多方面进行比较。练习（P76第2题） 练习（P76第2题） 遗传密码的特点：不间断性；不重叠性；简并性；通用性。null拓展题 克里克通过研究碱基的改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质，这种方法不需要理解蛋白质合成的过程，就能推断出密码子的总体特征，但是证据相对间接，并且工作量大。尼伦伯格通过建立蛋白质体外合成系统，直接破解了遗传密码的对应规则，这种方法快速、直接，但是这种方法的建立需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件。对比克里克和尼伦伯格的实验对比克里克和尼伦伯格的实验拓展题：练习练习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对 B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对 C．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C练习练习２、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方法加以证明的科学家分别是：（ ） A．克里克、伽莫夫 B．克里克、沃森C．摩尔根、尼伦伯格 D．伽莫夫、克里克D练习练习３、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氨基酸的对应规则（　　） A．无DNA和mRNA细胞的提取液 B．人工合成的多聚核苷酸 C．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Bnull4.(04年高考全国卷Ⅰ）自然界中，一种生物某一基因及其三种突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：正常基因 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸突变基因1 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸突变基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 苏氨酸 脯氨酸突变基因3 精氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 酪氨酸 丙氨酸根据上述氨基酸序列确定这三种突变基因DNA分子的改变是（ ）A.突变基因1 和2为一个碱基的替换，突变基因3为一个碱基的增添 B.突变基因2和3为一个碱基的替换，突变基因1为一个碱基的增添 C.突变基因1 为一个碱基的替换，突变基因2和3为一个碱基的增添 D.突变基因2为一个碱基的替换，突变基因1和3为一个碱基的增添 Anull基因突变对蛋白质结构的影响:⑴碱基对的改变（替换）：由于只是个别碱基的改变，而没有增加或减少碱基数目，因而只能影响单个密码子，所以对于决定的蛋白质结构影响最小。⑵碱基对的增添或缺失（移码）：在DNA的碱基序列中插入一个或几个碱基，或失去一个或几个碱基，该位点以后的阅读框可能全部改变，会使后面的密码子全部改变，所以对于决定的蛋白质结构影响较大。缩小影响的情况也有：例如增加或减少的恰好是一个阅读框（一个密码子）；前面有一个缺失（增添），后面立即有一个增添（缺失），两者相抵。