12人教版生物必修二 第四章基因的表达第三节遗传密码的破译（共17张PPT）.ppt

1、第第3 3节节 遗传密码子的破译遗传密码子的破译 问题探讨问题探讨 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？ 研究的背景：研究的背景： “中心法则”提出后更为明确地指出了遗中心法则”提出后更为明确地指出了遗 传信息传递的方向，总体上来说是传信息传递的方向，总体上来说是DNARNADNARNA 蛋白质。那蛋白质。那DNADNA和蛋白质之间究竟是什么关系？和蛋

2、白质之间究竟是什么关系？ 或者说或者说DNADNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深是如何决定蛋白质？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。者的极大兴趣。 遗传密码的试拼与阅读方式的探索遗传密码的试拼与阅读方式的探索 1954年科普作家伽莫夫年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首对破译密码首 先提出了挑战。当年，他在先提出了挑战。当年，他在自然自然Nature杂志首杂志首 次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱三个碱 基编码一个氨基酸基编码一个氨基酸。 遗传密码的试拼与阅读方式的

3、遗传密码的试拼与阅读方式的 探索探索 接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个接下来，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叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？序列会有什么不同呢？ 遗传密码的试拼与阅读方式的探索遗传密码的试拼与阅读方式的探索 非重叠的阅读方式 重叠的阅读方式 GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT GGTTCGCACGCT 图4-10 以重叠和非重叠的阅读DNA序列 思考：思考： 当图中当

4、图中DNA的第三个碱基（的第三个碱基（T）发生）发生 改变时，如果密码是非重叠的，这一改变时，如果密码是非重叠的，这一 改变将影响改变将影响_个氨基酸，如果是个氨基酸，如果是 重叠的又将影响重叠的又将影响_个氨基酸。个氨基酸。 1 3 在图中在图中DNA的第三个碱基（的第三个碱基（T）后插）后插 入一个碱基入一个碱基A，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，如个氨基酸，如 果密码是重叠的，又将影响果密码是重叠的，又将影响_个个 氨基酸。氨基酸。 3 3 遗传密码子的验证（克里克的遗传密码子的验证（克里克的 实验）实验） 1961年，克里克对年，克里克

5、对T4噬菌体噬菌体DNA上的一上的一 个基因进行处理，使个基因进行处理，使DNA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个个 和和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：遗传密码中这只能解释为：遗传密码中3个碱基个碱基 编码编码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

6、酸序列影响最小。氨基酸序列影响最小。 GGTTCGCACGCTTTGAGC GGTATC GCACGC TTTGAG C 插 二 个 碱 基 插 二 个 碱 基 GGTAAT CGCACG CTTTGA GC GGTAAATCG CACGCTTTG AGC 3 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个碱基编码个碱基编码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:遗传密码从遗传密码从 一个固定的起点开始，以非重叠的方

7、一个固定的起点开始，以非重叠的方 式阅读式阅读,编码之间没有分隔符。编码之间没有分隔符。 遗传密码对应规则的发现遗传密码对应规则的发现 1961-1962年，年，尼伦伯格（尼伦伯格（M.W.Nirenberg， 1927）和马太（）和马太（H.Matthaei） 的实验的实验 ： 各管加入多聚各管加入多聚 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 Tyr：酪氨酸 Ser：丝氨酸 Phe：苯丙氨酸 Cys：半胱氨酸 图 4-11蛋白质体外合成的实验示意图 遗传密码对应规则的发现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，同时还这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还 表明表明UUU是苯丙氨酸的

8、密码子。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，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他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！ 遗传密码对应规则的发现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。这项工作全部的密码子，并编制出了密码子表。这项工作 成为生

9、物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探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。后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。 小结小结 我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，我们注意整个破译过程中科学家思维的变化， 伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是 由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验， 使使DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫增加或减少碱基的方法从

10、实验上证明了伽莫夫 的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码 子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更 富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋 白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方 法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不 仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物 研究方法上开启了新的思维方式。研究方法上开启了新的思维方式。 归结起来，我们看到，敏锐、大胆、归结起来，我们看到，敏锐、大胆、 睿智和创新是科学家的重要素养，也正如睿智和创新是科学家的重要素养，也正如 尼伦伯格在尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖 获奖时说的：一个善于捕捉细节的人才是获奖时说的：一个善于捕捉细节的人才是 能领略事物真谛的人。能领略事物真谛的人。