1、第四章 基因的表達(dá),第三節(jié) 遺傳密碼的破譯,請(qǐng)看下列一段符號(hào),莫爾斯密碼表, / / / / /,/ DNA,Where are genes located （基因在哪里）,基因可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,生物體里是否也蘊(yùn)含著一套對(duì)應(yīng)的遺傳密碼？在哪里？如何指導(dǎo)？,1944年薛定諤（奧）的生命是什么一論文中提出這樣的觀點(diǎn)：染色體是由一些同分異構(gòu)的單體分子連續(xù)所組成。這些同分異構(gòu)單體就像莫爾斯密碼的兩個(gè)符號(hào)：“ ”“”通過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。,薛定諤,1953年 ，沃森-克里克構(gòu)建出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。,1955年，布拉什首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了蛋白質(zhì)的合成是依賴于RNA。,DNA是通過RNA上的堿

2、基編碼氨基酸,1958年，克里克提出“中心法則” 認(rèn)為 遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)，揭示遺傳信息流動(dòng)的方向。,1954年，美籍俄裔科普作家伽莫夫（GGamow）應(yīng)用排列組合計(jì)算來研究遺傳密碼，并在自然Nature雜志首次發(fā)表了文章，指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的三聯(lián)體假說。,GGTTCGCACGCT,一、遺傳密碼的解讀方式,非重疊的閱讀方式,GGTTCGCACGCT,重疊的閱讀方式,兩種閱讀方式得到的氨基酸序列不同,生物在外界環(huán)境不斷變化的情況下，總有保持自身穩(wěn)定的傾向。,G G T T C G C A C,1）如果密碼的閱讀是重疊閱讀，將影響 個(gè)氨

3、基酸 如果密碼的閱讀是非重疊閱讀，將影響 個(gè)氨基酸,3,以P74“思考與討論” 去理解遺傳密碼的閱讀方式,1,非重疊的閱讀方式影響更小,1957年，Brenner.S發(fā)表了一篇理論文章說：通過蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析，發(fā)現(xiàn)不存在氨基酸的鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重疊閱讀的可能性。,同年，由英格蘭姆（英）闡明了鐮刀型細(xì)胞貧血癥是由于正常人血紅蛋白基因產(chǎn)生了堿基替換突變（T取代了A），導(dǎo)致正常血紅蛋白多肽鏈上第六個(gè)氨基酸取代而異常（谷氨酸被纈氨酸取代）,二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù),1961年，克里克與布雷納合作，利用大腸桿菌的T4噬菌體做移碼突變實(shí)驗(yàn)。用藥物處理T4噬菌體，研究某個(gè)基因堿基發(fā)生增加或

4、缺失對(duì)其所編碼的蛋白質(zhì)影響。,關(guān)鍵酶,T4噬菌體野生型能在大腸桿菌K菌株上生長(zhǎng)，形成嗜菌斑。,1、缺失一個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng) 插入一個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng) 2、缺失兩個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng) 插入兩個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長(zhǎng) 3、缺失三個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長(zhǎng)（擬野生型） 插入三個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長(zhǎng)（擬野生型）,改變?nèi)齻€(gè)核苷酸對(duì)氨基酸的序列影響最小。只能解釋為三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,請(qǐng)比較分析下圖:插入_個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小。,GGT TCG CAC GCT TTG AGC,插一個(gè)堿基,GGT ATC GCA CGC TTT GAG C,插二

5、個(gè)堿基,GGT AAT CGC ACG CTT TGA GC,插三個(gè)堿基,GGT AAA TCG CAC GCT TTG AGC,3,原因就是三個(gè)堿基決定一個(gè)密碼子,1、3個(gè)相鄰的堿基成為三聯(lián)體（又叫密碼子） 2、遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始，以非重疊的方式閱讀 3、編碼間沒有分隔符,卻無法說明一個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)的究竟是哪個(gè)氨基酸。,克里克通過實(shí)驗(yàn)得出遺傳密碼的性質(zhì)：,三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn),尼倫伯格和馬太的實(shí)驗(yàn) ：,蛋白質(zhì)體外合成的實(shí)驗(yàn)示意圖,苯丙氨酸的密碼子為UUU,（1）、實(shí)驗(yàn)中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？,思考,（2）、為什么要除去細(xì)胞提取液中的DNA和mRNA？,（3）、如果你是馬

6、太或尼伯格，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力，你將如何設(shè)計(jì)對(duì)照組？,（4）、要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實(shí)驗(yàn)？,作為模板mRNA直接控制蛋白質(zhì)（多肽）的合成,原有的mRNA會(huì)作為合成蛋白質(zhì)的模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果；DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,（3）、如果你是馬太或尼伯格，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力，你將如何設(shè)計(jì)對(duì)照組？,作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)的試管中，所有成分都與實(shí)驗(yàn)組的試管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。,（4）、要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實(shí)驗(yàn)？,依次用不同種類的多聚核糖核苷酸替換上述實(shí)驗(yàn)中的多聚尿嘧啶核苷酸。,在此后的六七年里，科學(xué)家沿著體外合

7、成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。,不間斷性 不重疊性 簡(jiǎn)并性 通用性 有起始密碼與終止密碼,四、遺傳密碼的特點(diǎn),遺傳密碼的破譯樹立了生物學(xué)史上一座偉大的里程碑，意味著人類探索和揭示生命本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。,遺傳密碼的破譯、測(cè)序方法的建立以及體外重組的實(shí)現(xiàn)是基因工程的三大基石之。,遺傳密碼破譯的意義,縱觀下遺傳密碼的破譯過程：,生命科學(xué)的研究是個(gè)漫長(zhǎng)而艱辛的歷程；是不分國籍、不分學(xué)科的合作；要具備“敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新”的 科學(xué)素養(yǎng)。,1、1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨

8、基酸。 2、1961年克里克第一個(gè)用T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。 3、1961年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個(gè)遺傳密碼。 4、1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。,“一個(gè)善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人”尼倫伯格,1、在下列基因的改變中，合成出具有正常功能蛋白質(zhì)的可能性最大的是：（ ） A在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加一個(gè)堿基對(duì) B在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基對(duì) C在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對(duì) D在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對(duì),C,課堂自檢,2、最早提出3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的科學(xué)家和首次用實(shí)

9、驗(yàn)的方法加以證明的科學(xué)家分別是：（ ） A克里克、伽莫夫 B克里克、沃森式化 C摩爾根、尼倫伯格 D伽莫夫、克里克,D,3、采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(shù)揭示遺傳密碼實(shí)驗(yàn)中，改變下列哪項(xiàng)操作，即可測(cè)出全部的遺傳密碼與氨基酸的對(duì)應(yīng)規(guī)則（ ） A無DNA和mRNA細(xì)胞的提取液 B人工合成的多聚核苷酸 C加入的氨基酸種類和數(shù)量 D測(cè)定多肽鏈中氨基酸種類的方法,B,今天，我們沿著科學(xué)家的足跡，獲取了破譯遺傳密碼的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，在今后的學(xué)習(xí)中，我們要借鑒、創(chuàng)新及運(yùn)用這些方法來解決生物學(xué)問題。,最后，讓我們通過一個(gè)視頻短片來了解下近百年來人類探索生命的歷史步伐。,二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：,不間斷性、不重疊性、簡(jiǎn)并性、通用性、有起始和終止密碼,三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)：,四、遺傳密碼