人教版高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译(选学)》-课件-(共28张PPT).ppt

1、第第3 3节节 遗传密码的破译遗传密码的破译学习目标：学习目标：1 1、说出遗传密码的阅读方式；、说出遗传密码的阅读方式；2 2、说出遗传密码的破译过程。、说出遗传密码的破译过程。 我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？的呢？ “ “中心法则中心法则”提出后更为明确地指出提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是了遗传信息传递的方向，总体上来说是从从DN

2、ARNADNARNA蛋白质。那蛋白质。那DNADNA和蛋白质之和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说间究竟是什么关系？或者说DNADNA是如何决是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五定蛋白质？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十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。大兴趣。 19541954年科普作家年科普作家对破对破译密码首先提出了挑战。当年，他在译密码首先提出了挑战。当年，他在自然自然NatureNature杂志首次发表了遗传密杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出码的理论研究的文章，指出。 mRNA：碱基的数量碱基的数量排列顺序排列顺序蛋白质：蛋白质：氨基

3、酸的数量氨基酸的数量排列顺序排列顺序种类种类决定决定决定决定决定决定4种种20种种讨论：讨论：一个碱基决定一个氨基酸，一个碱基决定一个氨基酸，二个碱基决定一个氨基酸，二个碱基决定一个氨基酸，三个碱基决定一个氨基酸，三个碱基决定一个氨基酸，2、碱基与氨基酸的对应关系、碱基与氨基酸的对应关系41 = 442 = 1643 = 64 接下来，人们不禁又要问在三联接下来，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是重复阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读阅读DNADNA序列会有什么不同呢？序列会有什么不同呢？ 当图中当图中DNADNA

4、的第三个碱基的第三个碱基(T)(T)发生改变时发生改变时, ,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的, ,这一改变将影响这一改变将影响_个氨基酸个氨基酸, ,如果是重叠的又将影如果是重叠的又将影响响_个氨基酸。个氨基酸。13在图中在图中DNADNA的第三个碱基的第三个碱基(T)(T)后插入一个后插入一个碱基碱基A,A,如果密码是非重叠的如果密码是非重叠的, ,这一改变将这一改变将影响影响_个氨基酸个氨基酸, ,如果密码是重叠的如果密码是重叠的, ,又将影响又将影响_个氨基酸。个氨基酸。33 19611961年年, ,克里克对克里克对T4T4噬菌体噬菌体DNADNA上的一个上的一个基因进行处理，使

5、基因进行处理，使DNADNA增加或减少碱基。增加或减少碱基。 通过这样的方法他们发现加入或减少通过这样的方法他们发现加入或减少1 1个个和和2 2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少常功能的蛋白质，而加入或减少3 3个碱基时却个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。可以合成正常功能的蛋白质。为什么会这样呢？为什么会这样呢？这只能解释为：这只能解释为： 遗传密码中遗传密码中3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸。个氨基酸。请比较分析下图请比较分析下图:插入插入_个碱基对原有个碱基对原有氨基酸序列影响最小氨基酸序列影响最小.GGTTCGCACG

6、CTTTGAGC插一个碱基插一个碱基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二个碱基插二个碱基GGTAATCGCACGCTTTGAGC插三个碱基插三个碱基GGTAAATCGCACGCTTTGAGC3进一步分析上图进一步分析上图: :减少减少_个碱基对原有氨基酸序个碱基对原有氨基酸序列影响最小。列影响最小。3 克里克是第一个用实验证明遗传克里克是第一个用实验证明遗传密码中密码中3 3个碱基编码个碱基编码1 1个氨基酸的科学个氨基酸的科学家。这个实验还同时表明家。这个实验还同时表明: :遗传密码遗传密码从一个固定的起点开始从一个固定的起点开始, ,以非重叠的以非重叠的方式阅读方式阅读, ,编码之间

7、没有分隔符。编码之间没有分隔符。学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。实验方案设计过程面临实验方案设计过程面临3个问题个问题：合成怎样的合成怎样的RNA作为模板？作为模板？需要一组还是多组实验？需要一组还是多组实验？氨基酸怎样加入？氨基酸怎样加入？用单核苷酸人工合成用单核苷酸人工合成RNARNA，分多个实验组，分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，即可破译分别加入不同的氨基酸，即可破译UUU-UUU-苯丙氨酸。苯丙氨酸。 1961-19621961-1962年，尼伦伯格（年，尼伦伯格（M.W.NirenbergM.W.Nirenberg）

8、和马太（和马太（H.MatthaeiH.Matthaei） 的实验的实验 ： 这一结果不仅证实了无细胞系统的这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明成功，同时还表明UUUUUU是苯丙氨酸的密是苯丙氨酸的密码子。码子。 这是第一个遗传密码子被破译。尼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新的实验方法为他带来了重大的成功！ 在接下来的六七年里，科学家沿着体外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，合成蛋

9、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！为人类探索和揭示生命的本质的研里程碑！为人类探索和揭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。的发展有着重要的推动作用。 归结起来，我们看到，归结起来，我们看到，敏锐、大胆、敏锐、大胆、睿智和创新睿智和创新是科学家的重要素养，也正是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在如尼伦伯格在19681968年诺贝尔生理学或医年诺贝尔生理学或医学

10、奖获奖时说的：学奖获奖时说的：一个善于捕捉细节的一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。人才是能领略事物真谛的人。 小结第第3节节 遗传密码的破译遗传密码的破译一、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系一、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸二、科学家破译遗传密码的过程二、科学家破译遗传密码的过程 1 1、克里克、克里克T T4 4噬菌体实验噬菌体实验 信使信使RNARNA上的每上的每3 3个碱基决定一个氨基酸个碱基决定一个氨基酸 2. 2. 尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验 破译了遗传密码破译了遗传

11、密码AAAAAA、GGGGGG、CCCCCC、UUUUUU 3 3、遗传密码的特点、遗传密码的特点 连续性、简并性、通用性连续性、简并性、通用性（1）在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋白质）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：（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

12、在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对（2 2）最早提出）最早提出3 3个碱基编码一个氨基酸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科学家和首次用实验的方法加以证明的科学家分别是：（学家分别是：（ ）A A克里克、伽莫夫克里克、伽莫夫 B B克里克、沃森式化克里克、沃森式化 C C摩尔根、尼伦伯格摩尔根、尼伦伯格 D D伽莫夫、克里克伽莫夫、克里克D（3）采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码）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：密码与氨基酸的对应规则：( )

13、A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 （4）组成）组成mRNA分子的分子的4种核苷酸能组成多少种密码子？种核苷酸能组成多少种密码子？A、16 B、32 C、46 D、64 （5）比较本节中）比较本节中“问题探讨问题探讨”中的莫尔斯密码与遗传密码中的莫尔斯密码与遗传密码的异同，总结遗传密码的特点。的异同，总结遗传密码的特点。项项 目目莫尔斯电码莫尔斯电码遗传密码遗传密码密码间有无隔符密码间有无隔符长度是否固定长度是否固定阅读方式是否重叠阅读

14、方式是否重叠密码所采用的符号密码所采用的符号有间隔符有间隔符“/”长度不固定，长度不固定，1到到4个符号不等个符号不等非重叠方式阅读非重叠方式阅读 无分隔符无分隔符长度固定，长度固定，3个符号个符号非重叠方式阅读非重叠方式阅读AUGC遗传密码的特点：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、通用性项项 目目克里克的克里克的T4噬菌体实噬菌体实验验尼伦柏格体外蛋白质合尼伦柏格体外蛋白质合成实验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，想一想这两种比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想这两种方法各有那些优势和不足

15、。方法各有那些优势和不足。通过研究碱基改变对蛋通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗白质合成的影响推断遗传密码的性质传密码的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 脱落或插入脱落或插入单个碱基的方法单个碱基的方法-原黄原黄素处理素处理多核苷酸磷酸化酶的发多核苷酸磷酸化酶的发现，为得到现，为得到polyU提供提供条件条件不需要理解蛋白质合成不需要理解蛋白质合成过程，就能作出推断密过程，就能作出推断密码子的总体特征码子的总体特征快速、直接快速、直接证据相对间接，工作证据相对间接，工作量较大量较大需要首先了解细胞中蛋需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件白质合成所需要的条件1 1、教材练习；、教材练习；2 2、阳光课堂、阳光课堂