1、第3節(jié) 遺傳密碼的破譯,問題導入,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應(yīng)的？,從數(shù)學角度認識堿基與氨基酸的對應(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個堿基決定一個氨基酸，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個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？ 如果3個相鄰堿基決定一種氨基酸呢？ 由此分析你認為應(yīng)該由多少個堿基編碼一個氨基酸，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)該是三個堿基決定一個

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)學推理，如何通過實驗證明呢？,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堿基，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；增加或刪除兩個堿基，也不能產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)；但是，當增加或者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。,1961年克里克的T4噬菌體實驗,為什么會產(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、兩個、三個字母，看后面的語意會有什么變化？,只有插入或刪去其中的三個字母，后面的語意才不變。原因是三個

3、字母組成一個單詞。,類比推理即可得知：“出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，信使RNA上的每三個相鄰堿基決定一個氨基酸”。,提示： 把句中的單詞看作決定一個氨基酸的密碼子,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，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。所以，在相關(guān)堿基序列中增加或刪除12個核苷酸，則其后的三聯(lián)體組合方式都會改變，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單而準確無誤。當一個核苷酸被異常核苷酸取代時，不會在肽鏈中影響到多個氨基酸。,克里克的實驗雖然闡明了遺傳密碼的總體特征，但是，卻無法說明由3個堿基排列成的1個密碼對應(yīng)的究竟是哪一個氨基酸。,密碼如何與氨基酸的對應(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驗系統(tǒng)，其中含有核糖體等合成蛋白質(zhì)所需的各種成分。利用這個實驗系統(tǒng)，尼倫伯格和馬太設(shè)計了一個巧妙的實驗，破譯了第一個遺傳密碼，即UUU是編碼苯丙氨酸的密碼子。,如果是你，如何設(shè)計實驗？,提示：實驗提供有多個試管和20種氨基酸溶液。,1961年，尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗,1961年，尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實驗,實驗方案設(shè)計過程面臨3個問題： 合成怎樣的RNA作為模板？ 需要一組還是多組實驗？ 氨基酸怎樣加入？,實驗思路： 用單核苷酸人工合成RNA（多聚尿嘧啶核

5、苷酸），分多個實驗組，分別加入不同的氨基酸，檢測哪組中出現(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驗,尼倫伯格和馬太在每個試管中分別加入一種氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液，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年科學家霍拉納發(fā)明了一

6、種新的RNA合成方法，通過這種方法合成的RNA可以是2個、3個或4個堿基為單位的重復序列，例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC長鏈，以它作人工信使進行蛋白質(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重復序列翻譯實驗,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)計方法。,1966年，霍拉納的RNA重復序列翻譯實驗,方案：如合成（CAA）n長鏈，重復上述實驗，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。,將科學家和自己的實驗結(jié)果對比分析，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,請認真閱讀密碼子表，分析回答下列問題，總結(jié)遺傳密碼的特點。,分析問題總結(jié)遺傳密碼的特點,1、在mRNA上兩個密碼子之間有無核苷酸隔開