遺傳密碼的破譯-高一下學(xué)期生物人教版必修2

第3節(jié)遺傳密碼的破譯

（選學(xué)）第四章基因的表達(dá)莫爾斯電報(bào)?:短音念作"滴（di）"

—:長(zhǎng)音念作"答（da）"

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0:—————問(wèn)題探討：?jiǎn)栴}探討：1、Wherearegeneslocated3、無(wú)論從電文譯成英文還是從英文譯成電文都離不開(kāi)莫爾斯密碼表2、莫爾斯密碼：－··/－·/·－在DNA上。

我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實(shí)際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，那堿基序列與氨基酸序列是如何對(duì)應(yīng)的呢？研究的背景：

“中心法則”提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來(lái)說(shuō)，是從DNA→RNA→蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說(shuō)DNA是如何決定蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W的問(wèn)題在五十年代末就開(kāi)始引起了一批研究者的極大興趣。

研究的背景：1944年，理論物理學(xué)家薛定諤，將遺傳信息設(shè)想成一種電碼式的遺傳密碼形式，實(shí)在是一種超越時(shí)代的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)。

到1953年雙螺旋模型的建立，給予科學(xué)家們以很大的激勵(lì)。破譯遺傳密碼也就成了勢(shì)在必行的工作。

1954年科普作家伽莫夫，指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。一、遺傳密碼的閱讀方式

接下來(lái)，人們不禁又要問(wèn)在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不同呢？遺傳密碼的閱讀方式：2、當(dāng)圖中DNA的第三個(gè)堿基（T）后插入一個(gè)堿基A，時(shí)，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸？如果密碼是重疊的，又將產(chǎn)生怎樣的影響？如果插入2個(gè)、3個(gè)堿基呢？

密碼是非重疊的1、2個(gè)：后面所有的氨基酸（無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)），3個(gè)堿基將會(huì)在原氨基酸序列中多一個(gè)氨基酸。如果插入1個(gè)堿基，3個(gè)氨基酸，多肽比原正常多肽多1個(gè)氨基酸

2個(gè)4個(gè)2個(gè)

3個(gè)5個(gè)

3個(gè)密碼是重疊的：1、當(dāng)圖中DNA的第三個(gè)堿基(T)發(fā)生改變時(shí),如果密碼是非重疊的,這一改變將影響______個(gè)氨基酸,如果是重疊的又將影響________個(gè)氨基酸。13《思考與討論》：P74二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（遺傳密碼子的驗(yàn)證）

1961年,克里克對(duì)T4噬菌體DNA上的一個(gè)基因進(jìn)行處理，使DNA增加或減少堿基。通過(guò)這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)類(lèi)比分析：

P74“THEFATCATATETHEBIGRAT”在相關(guān)堿基序列中增加或刪除1個(gè)或2個(gè)堿基，無(wú)法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)在相關(guān)堿基序列中增加或刪除3個(gè)堿基，卻合成了正常功能的蛋白質(zhì)；

克里克是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸的科學(xué)家。這個(gè)實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明:遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒(méi)有分隔符。如何破譯遺傳密碼呢？蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)（大腸桿菌）

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1.取20支試管編號(hào)，每個(gè)試管中分別加入一種氨基酸；2.每個(gè)試管中分別加入除去了DNA和mRNA的細(xì)胞提取液（？P75）；3.每個(gè)試管中分別加入人工合成的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；說(shuō)明：

多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶的堿基序列是由多個(gè)尿嘧啶組成的（UUUUUU······），可見(jiàn)尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈；苯丙氨酸－－UUU.三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

1961-1962年，尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)遺傳密碼：如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

這一結(jié)果不僅證實(shí)了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。這是第一個(gè)遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)巧妙之處在于利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來(lái)了重大的成功！拓展：上述方法只能破譯AAA(賴(lài)氨酸)、CCC(脯氨酸)、GGG(甘氨酸)、UUU(苯丙氨酸)4種氨基酸的遺傳密碼，所以密碼子中肯定還有2種或3種堿基組合的情況。

1966年科學(xué)家霍拉納發(fā)明了一種新的RNA合成方法，通過(guò)這種方法合成的RNA可以是2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)堿基為單位的重復(fù)序列例如:將A、C兩種核苷酸縮合為ACACACACAC……長(zhǎng)鏈，以它作人工信使進(jìn)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(shuō)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。如何證明組氨酸和蘇氨酸的密碼子是ACA還是CAC呢？方案：如合成（CAA）n長(zhǎng)鏈，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，合成產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺和蘇氨酸的多聚體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(lèi)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。拓展練習(xí)：假如，我們利用(ACU)n核苷酸長(zhǎng)鏈合成了含有蘇氨酸的多肽，那么蘇氨酸可能的密碼子有哪些？如何運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法確證蘇氨酸的密碼子究竟是什么？遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)

在接下來(lái)的六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，1969年，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表P65。這項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上的一個(gè)偉大的里程碑！為人類(lèi)探索和提示生命的本質(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。

了解了遺傳密碼的整個(gè)破譯過(guò)程，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學(xué)家的重要素養(yǎng)，也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲時(shí)說(shuō)過(guò)：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。小結(jié)

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)氨基酸。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。1961年尼倫伯格和馬太利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個(gè)遺傳密碼。1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。練習(xí)（P76第2題）：

項(xiàng)目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有無(wú)分隔符長(zhǎng)度是否固定閱讀方式是否重疊密碼所采用的符號(hào)遺傳密碼的特點(diǎn)：不間斷性；不重疊性；簡(jiǎn)并性；通用性。有分隔符“/”無(wú)分隔符長(zhǎng)度不固定，1到4個(gè)符號(hào)不等長(zhǎng)度固定，3個(gè)符號(hào)非重疊方式閱讀非重疊方式閱讀—

?ACGU1、組成mRNA分子的4種核苷酸能組成多少種密碼子？（）A、16B、32C、46D、64D項(xiàng)目克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惏馗耋w外蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)主要思路前提優(yōu)勢(shì)不足

比較克里克與尼倫柏格所采用的實(shí)驗(yàn)方法，想一想者兩種方法各有那些優(yōu)勢(shì)和不足。拓展題：通過(guò)研究堿基改變對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響推斷遺傳密碼的性質(zhì)建立體外蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，直接破解遺傳密碼規(guī)則找到使DNA脫落或插入單個(gè)堿基的方法----原黃素處理多核苷酸磷酸化酶的發(fā)現(xiàn)，為得到polyU提供條件不需要理解蛋白質(zhì)合成過(guò)程，就能作出推斷密碼子的總體特征快速、直接證據(jù)相對(duì)間接，工作量較大需要首先了解細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成所需要的條件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B．在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基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)練習(xí)：CD2.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)驗(yàn)的方法加以證明的科學(xué)家分別是：（）A．