遺傳密碼子的破譯選學(xué)課件

第四章基因的表達(dá)第3節(jié)遺傳密碼子的破譯問題探討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？

歷史的步伐1、1866年，孟德爾提出遺傳定律。2、1883年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲配中的染色體數(shù)目只有體細(xì)胞中的一半。3、1890年，科學(xué)家確認(rèn)了減數(shù)分裂產(chǎn)生配子。4、1891年，科學(xué)家描述了減數(shù)分裂的全過程。5、1902年，鮑維豐(T.Boveri)和1903年薩頓(W.Sutton)在研究減數(shù)分裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)遺傳因子的行為與染色體行為呈平行關(guān)系，提出染色體是遺傳因子載體，可說是染色體遺傳學(xué)說的初步論證。6、1909年的約翰遜(W.Johannsen)稱孟德爾假定的“遺傳因子”為“基因”，并明確區(qū)別基因型和表型。7、1909年，詹森斯(F.A.Janssen)觀察到染色體在減數(shù)分裂時(shí)呈交叉現(xiàn)象，為解釋基因連鎖現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)。8、1909年，摩爾根(T.H.Morgan,1866-1945)開始對(duì)果蠅迸行實(shí)驗(yàn)遺傳學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳的規(guī)律。他和他的學(xué)生還發(fā)現(xiàn)了連鎖、交換和不分離規(guī)律等。并進(jìn)一步證明基因在染色體上呈直線排列，從而發(fā)展了染色體遺傳學(xué)說。1926年摩爾根提出基因?qū)W說，發(fā)表《基因論》歷史的步伐9、20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成的。10、1928年格里菲思的肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)。11、1940年艾弗里用純化因子研究肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)。12、1941年提出了一個(gè)基因一種酶的假說。一個(gè)基因一種酶假說暗示了基因的作用是指導(dǎo)蛋白質(zhì)分子的最后構(gòu)型，從而決定其特異性。

13、1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)是一種信息分子，可能類似作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符號(hào)：“·”、“—”，通過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。

14、1952年赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)。確認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。15、1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。16、1957年提出一個(gè)中心法則：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)。

17、1958年科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料，證實(shí)了DNA的半保留復(fù)制。18、1961年克里克等證明了他于1958年提出的關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼的推測(cè)，1969年Nirenberg等解譯出全部遺傳密碼。19、60年代，闡明mRNA、tRNA及核糖體的功能、蛋白質(zhì)生物合成的過程。研究的背景：

1941年比德爾（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）的工作則強(qiáng)有力地證明了基因突變引起了酶的改變，而且每一種基因一定控制著一種特定酶的合成，從而提出了一個(gè)基因一種酶的假說。人們逐步地認(rèn)識(shí)到基因和蛋白的關(guān)系?！爸行姆▌t”提出后更為明確地指指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從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DNA是如何決定蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣。

1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表的《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，染色體是由一些同分異構(gòu)的單體分子連續(xù)所組成。這種連續(xù)體的精確性組成了遺傳密碼。他認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種信息分子，同分異構(gòu)單體可能作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個(gè)符號(hào)：“·”、“—”，通過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。莫爾斯電報(bào)?:短音念作"滴（di）"

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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。

遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

對(duì)于遺傳密碼來說最簡(jiǎn)單的破譯方法應(yīng)是將DNA順序或mRNA順序和多肽相比較。但和一般破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文——蛋白的順序是已知的，未知的都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的結(jié)構(gòu)后，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1969年前后經(jīng)歷了十多年時(shí)間，多位科學(xué)家的執(zhí)著研究才破譯了密碼，其中最為重要的幾項(xiàng)工作其思路之新穎、方法之精巧都閃爍著科學(xué)的智慧之光。遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn)。他以著有《奇異王國(guó)的湯姆金斯》等優(yōu)秀的科學(xué)幻想作品而著稱，具有豐富的想象力，但他不是一位實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，所以只能從理論上來嘗試密碼的解讀。當(dāng)年，他在《自然Nature》雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

接下來，人們不禁又要問在三聯(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？《思考與討論》遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

1957年Brenner.S發(fā)表了一篇令人興奮的理論文章，他通過蛋白質(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。同時(shí)人們也發(fā)現(xiàn)在鐮刀形細(xì)胞貧血的例子中，血紅蛋白中僅有一個(gè)氨基酸發(fā)生改變。

遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索

很遺憾，伽莫夫也許是考慮到效率的問題，認(rèn)為一個(gè)堿基可能被重復(fù)讀多次，也就是說遺傳密碼的閱讀是完全重疊的，因此氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)目存在著一對(duì)一的關(guān)系。智者千慮，必有一失。很多著名的科學(xué)家也有過類似的失誤。在資料較少的情況下，對(duì)未知的真理作出推斷，難免會(huì)發(fā)生偏差，但瑕不掩瑜，人們對(duì)他們的那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神，巧妙的構(gòu)思仍敬佩不已。

遺傳密碼子的驗(yàn)證（克里克的實(shí)驗(yàn)）

他們用T4噬菌體染色體上的一個(gè)基因通過用原黃素處理，可以使DNA脫落或插入單個(gè)堿基，插入叫“加字”突變，脫落叫“減字”突變，無論加字和減字都可以引起移碼突變。Crick小組用這種方法獲得一系列的T4噬菌體“加字”和“減字”突變，再進(jìn)行雜交來獲得加入或減少一個(gè)，二個(gè)，三個(gè)的不同堿基數(shù)的系列突變。通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少一個(gè)和二個(gè)堿基都會(huì)引起噬菌體突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白，而加入或減少3個(gè)堿基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)，為什么會(huì)這樣呢？遺傳國(guó)密碼西對(duì)應(yīng)哥規(guī)則部的發(fā)射現(xiàn)19先61評(píng)-1號(hào)96照2年，尼倫慨伯格星（M.犁W.羞Ni泡re扮nb糞er六g，19揭27～）蓄和馬粉太（H.濁Ma低tt符ha授ei）疾的實(shí)晴驗(yàn)：遺傳箭密碼乏對(duì)應(yīng)遞規(guī)則徹的發(fā)折現(xiàn)這一慕結(jié)果屑不僅附證實(shí)吊了無面細(xì)胞繪系統(tǒng)湖的成易功，恐同時(shí)傳還表稠明UU偏U是苯痕丙氨套酸的嘉密碼技子。這是誦第一蹄個(gè)遺岸傳密匆碼子左被破伶譯。斃尼倫平伯格滅的實(shí)俱驗(yàn)巧奶妙之指處在棄于利腿用無埋細(xì)胞阿系統(tǒng)餐進(jìn)行倦體外辜合成袍蛋白暖質(zhì)，庸他這醬富有初創(chuàng)新雕的實(shí)泄驗(yàn)方考法為態(tài)他帶剩來了航重大擋的成禾功！對(duì)比薦克里些克和族尼倫穗伯格湊的實(shí)日驗(yàn)克里克的T4噬菌體實(shí)驗(yàn)?zāi)醾惒耋w外蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)主要思路通過研究堿基的改變對(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。前提找到使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提供條件優(yōu)勢(shì)不需要理解蛋白質(zhì)合成過程，就能作出推斷密碼子的總體特征。快速，直接不足證據(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)合成所需的條件。遺傳訪密碼巧對(duì)應(yīng)愚規(guī)則層的發(fā)繳現(xiàn)在接瀉下來積的六秩七年確里，瓶科學(xué)僻家沿飲著體器外合把成蛋匆白質(zhì)靠的思私路，沙不斷槐地改職進(jìn)實(shí)滲驗(yàn)方量法，睛破譯柳出了皇全部顫的密艙碼子天，并旅編制普出了灘密碼餓子表且。這碧項(xiàng)工映作成驅(qū)為生莫物學(xué)斯史上牧的一牽個(gè)偉培大的委里程甚碑！不為人魯類探撒索和桐提示大生命敏的本墨質(zhì)的嗎研究管向前殿邁進(jìn)灰一大眠步，辰為后襲面分靠子遺蔑傳生堂物學(xué)椅的發(fā)夏展有懂著重蹤蝶要的斷推動(dòng)蘋作用陽(yáng)。遺傳智密碼儀的破到譯，寇測(cè)序究方法順的建侄立以庭及體銹外重對(duì)組的貢實(shí)現(xiàn)瘋是基腥因工便程的琴三大剪基石深。小結(jié)1、19蓮41年提爬出了昏一個(gè)吧基因撕一種聽酶的龜假說雜。一弟個(gè)基騰因一沉種酶栗假說暴暗示幕了基策因的屬作用潮是指刮導(dǎo)蛋污白質(zhì)辟分子虹的最買后構(gòu)管型，培從而勢(shì)決定商其特兵異性太。2、19紅44年，巧理論率物理紡學(xué)家墨薛定影諤發(fā)現(xiàn)表的《什么察是生筋命》一書策中就衛(wèi)大膽籍地預(yù)蜻言，錘遺傳飼物質(zhì)督是一招種信菌息分蟻?zhàn)樱瓤赡茏铑愃偏F作為鬼一般暴民用晶的莫翅爾斯現(xiàn)電碼驚的兩畝個(gè)符喇號(hào)：便“·提”、“—”，通元過排惠列組遙合來構(gòu)儲(chǔ)存晚遺傳兄信息拖。3、19伏53年，包沃森驕和克快里克送發(fā)現(xiàn)DN喘A雙螺姑旋結(jié)蚊構(gòu)。4、19問54年Sa保ng見er用紙播層析厲分析栽了胰徹島素?fù)У慕Y(jié)頓構(gòu)后撲，對(duì)筐蛋白私質(zhì)的葡氨基希酸序穗列了挽解得礦越來銜越多稠。5、19犧54年科潑普作呆家伽恒莫夫G.單Ga源mo圣r對(duì)破缺譯密凱碼首運(yùn)先提貫出了羅挑戰(zhàn)朗。指僅出三寧個(gè)堿鐮基編同碼一尚個(gè)氨單基酸桌，他呢同時(shí)板也認(rèn)勻?yàn)檫z晚傳密畏碼的飼閱讀陵是完見全重尤疊的校，因欠此氨際基酸責(zé)數(shù)目彎和核畫苷酸印數(shù)目需存在殺著一騎對(duì)一摩的關(guān)丟系。6、19扎57年提萌出一鞋個(gè)中挖心法童則：避遺傳欄信息示可以軋從DN季A流向DN押A，也粘可以偏從DN宋A流向RN酒A，進(jìn)凈而流搏向蛋膽白質(zhì)竹。7、19仗57年Br伸en夢(mèng)ne卵r.假S發(fā)表?yè)斓睦響┱撐膩碚?，搖他通庭過蛋欲白質(zhì)顯的氨晃基酸糧順序侮分析委，發(fā)血現(xiàn)不娃存在妹氨基姐酸的銀鄰位悅限制打作用封，從般而否賞定了桑遺傳迫密碼助重疊焦閱讀云的可饅能性狡。8、19伶61年克摔里克濁等證騙明了唉關(guān)于憶遺傳悅?cè)?lián)廢密碼求的推近測(cè)。9、19拐62年尼廁倫伯翻格和痕馬太螺蛋白夢(mèng)質(zhì)體柴外合久成實(shí)汁驗(yàn)破月譯出扇了第澆一個(gè)狗遺傳襖密碼UU滋U。10、19栽69年科勉學(xué)家械們解繳譯出階全部妨遺傳駛密碼繞。小結(jié)19位44年理脖論物駛理學(xué)印家薛跟定諤獻(xiàn)發(fā)表豈的《什么傭是生冊(cè)命》一書駛中就證大膽案地預(yù)宴言，唇遺傳他密碼飼可能倆與莫脖爾斯銅電碼悟類似處，通既過排乏列組觸合來黎儲(chǔ)存揉遺傳過信息徐。19承54年科諒普作駝家伽晨莫夫棉用數(shù)照學(xué)的糠方法份推斷3個(gè)堿險(xiǎn)基編瘡碼一翠個(gè)氨食基酸饞。19脈57年Br皂en喉ne菌r.李S發(fā)表啞文章蠢，在模理論位上否蝦定了駕遺傳蛾密碼州重疊紀(jì)閱讀考的可生能性峰。19第61年克討里克梯第一隊(duì)個(gè)用T4噬菌蹲體實(shí)哄驗(yàn)證升明了艙遺傳動(dòng)密碼斷中3個(gè)堿愧基編斃碼一滿個(gè)氨嚴(yán)基酸供。19例61年尼咐倫伯調(diào)格和肝馬太羨利用框無細(xì)歐胞系海統(tǒng)進(jìn)屑行體皺外重拴組破悉譯了遙第一佳個(gè)遺需傳密駁碼。19登69年科翻學(xué)家網(wǎng)們破刊譯了霸全部壘的密嗓碼。小結(jié)我們莊注意醋整個(gè)擠破譯待過程棒中科信學(xué)家搖思維皆的變不化，悼薛定虹諤是澡以富厘有遠(yuǎn)號(hào)見卓鉛識(shí)的各大膽棒的想鏈象來煉預(yù)測(cè)煩遺傳緩密碼促的形損式的厘，伽震莫夫櫻通過氣數(shù)學(xué)存的排慰列組偉合的穩(wěn)計(jì)算腫來推丑測(cè)密鳳碼子醫(yī)是由沒三個(gè)聾堿基襪組成狡的，絞同時(shí)勵(lì)他也焦預(yù)測(cè)臨了密饞碼的掃閱讀末方式吐，盡嬸管智日者千警慮，摧必有幕一失揀，但嘆巧妙薯的構(gòu)驗(yàn)思依徑然顯壁示了屋其睿羨智和厘創(chuàng)新盤?？速J里克輸則是禽巧妙仔地設(shè)蠟計(jì)實(shí)潑驗(yàn)，謙利用拆原黃啞素處矛理噬社菌體膛，使DN足A脫落晶或插聰入單鈔個(gè)堿揉基的材方法搶從實(shí)躲驗(yàn)上杰證明嫌了伽撒莫夫懲的三辰聯(lián)體末密碼問子的禿推測(cè)妨，由涂理論農(nóng)走向所實(shí)驗(yàn)劃，為掀密碼憲子的影破譯聰邁出勺重要福的一磚步。保而尼譯倫伯耗格的娛實(shí)驗(yàn)竟則更代富有萄創(chuàng)新燒性，除他建杜立巧閥妙的疊無細(xì)萌胞系肢統(tǒng)進(jìn)廊行體屋外蛋崇白質(zhì)甩合成涉成功率地破廚譯了燥第一匙個(gè)密洗碼子撫，隨郵后的任方法葉不斷禿創(chuàng)新翻最終渾破譯款了所拌有的謊密碼備子。片他的奮貢獻(xiàn)猶不僅兄僅在吸于對(duì)供遺傳洞密碼常的破軋譯，在更重間要的職也在寄對(duì)生聰物研覆究方曠法上擺開啟易了新會(huì)的思陶維方勝式。歸結(jié)害起來梢，我系們看山到，敏銳姑、大泰膽、宅睿智局和創(chuàng)且新是科撲學(xué)家軍的重拼要素綢養(yǎng)，麥也正牧如尼彈倫伯破格在19朵68年諾奧貝爾祥生理尚學(xué)或覽醫(yī)學(xué)軍獎(jiǎng)獲辰時(shí)說戒過：一個(gè)暢善于把捕捉跪細(xì)節(jié)粘的人布才是代能領(lǐng)堪略事景物真新諦的裝人。練習(xí)晃（P7持6第2題）項(xiàng)目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有無分隔符長(zhǎng)度是否固定閱讀方式是否重疊密碼所采用的符號(hào)遺傳蓋密碼虹的特囑點(diǎn)：不間層斷性傅；不臣重疊率性；膚簡(jiǎn)并噴性；部通用覆性。有分隔符“/”無分隔符長(zhǎng)度不固定，1到