生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座

第4章基因表示

第3節(jié)遺傳密碼破譯人教版必修2生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第1頁問題探討我們知道了核酸中堿基序列就是遺傳信息，翻譯實(shí)際上就是將mRNA中堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)氨基酸序列，那堿基序列與氨基酸序列是怎樣對(duì)應(yīng)呢？

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第2頁歷史步伐1、1866年，孟德爾提出遺傳定律。2、1883年，科學(xué)家發(fā)覺馬蛔蟲配中染色體數(shù)目只有體細(xì)胞中二分之一。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)覺遺傳因子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)說初步論證。6、1909年約翰遜(W.Johannsen)稱孟德爾假定“遺傳因子”為“基因”，并明確區(qū)分基因型和表型。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)果蠅迸行試驗(yàn)遺傳學(xué)研究，發(fā)覺了伴性遺傳規(guī)律。他和他學(xué)生還發(fā)覺了連鎖、交換和不分離規(guī)律等。并深入證實(shí)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》生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第3頁歷史步伐9、20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)覺染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成。10、1928年格里菲思肺炎雙球菌試驗(yàn)。11、1940年艾弗里用純化因子研究肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。12、1941年提出了一個(gè)基因一個(gè)酶假說。一個(gè)基因一個(gè)酶假說暗示了基因作用是指導(dǎo)蛋白質(zhì)分子最終構(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《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)是一個(gè)信息分子，可能類似作為普通民用莫爾斯電碼兩個(gè)符號(hào)：“·”、“—”，經(jīng)過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。

14、1952年赫爾希和蔡斯T2噬菌體侵染大腸桿菌試驗(yàn)。確認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。15、1953年，沃森和克里克發(fā)覺DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。16、1957年提出一個(gè)中心法則：遺傳信息能夠從DNA流向DNA，也能夠從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)。

17、1958年科學(xué)家以大腸桿菌為試驗(yàn)材料，證實(shí)了DNA半保留復(fù)制。18、1961年克里克等證實(shí)了他于1958年提出關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼推測(cè)，1969年Nirenberg等解譯出全部遺傳密碼。19、60年代，說明mRNA、tRNA及核糖體功效、蛋白質(zhì)生物合成過程。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第4頁研究背景：

1941年比德爾（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）工作則強(qiáng)有力地證實(shí)了基因突變引發(fā)了酶改變，而且每一個(gè)基因一定控制著一個(gè)特定酶合成，從而提出了一個(gè)基因一個(gè)酶假說。人們逐步地認(rèn)識(shí)到基因和蛋白關(guān)系。“中心法則”提出后更為明確地指指出了遺傳信息傳遞方向，總體上來說是從DNA→RNA→蛋白質(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間終究是什么關(guān)系？或者說DNA是怎樣決定蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W問題在五十年代末就開始引發(fā)了一批研究者極大興趣。

1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表《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)單體分子連續(xù)所組成。這種連續(xù)體準(zhǔn)確性組成了遺傳密碼。他認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一個(gè)信息分子，同分異構(gòu)單體可能作為普通民用莫爾斯電碼兩個(gè)符號(hào)：“·”、“—”，經(jīng)過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第5頁莫爾斯電報(bào)?:短音念作"滴（di）"

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0:—————生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第6頁研究背景：1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表《什么是生命》一書，而當(dāng)初遺傳物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)是還未明確，十年后DNA雙螺旋模型才得以建立，在這么背景下能將遺傳信息構(gòu)想成一個(gè)電碼式遺傳密碼形式，實(shí)在是一個(gè)超越時(shí)代遠(yuǎn)見卓識(shí)。

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

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第7頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

對(duì)于遺傳密碼來說最簡(jiǎn)單破譯方法應(yīng)是將DNA次序或mRNA次序和多肽相比較。但和普通破譯密碼不一樣是，遺傳信息譯文——蛋白次序是已知，未知都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素結(jié)構(gòu)后，對(duì)蛋白質(zhì)氨基酸序列了解得越來越多。不過直到1969年前后經(jīng)歷了十多年時(shí)間，多位科學(xué)家執(zhí)著研究才破譯了密碼，其中最為主要幾項(xiàng)工作其思緒之新奇、方法之精巧都閃爍著科學(xué)智慧之光。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第8頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

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《奇異王國湯姆金斯》等優(yōu)異科學(xué)幻想作品而著稱，含有豐富想象力，但他不是一位試驗(yàn)科學(xué)家，所以只能從理論上來嘗試密碼解讀。當(dāng)年，他在《自然Nature》雜志首次發(fā)表了遺傳密碼理論研究文章，指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第9頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重合和非重合方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不一樣呢？《思索與討論》生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第10頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第11頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

1957年Brenner.S發(fā)表了一篇令人興奮理論文章，他經(jīng)過蛋白質(zhì)氨基酸次序分析，發(fā)覺不存在氨基酸鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重合閱讀可能性。同時(shí)人們也發(fā)覺在鐮刀形細(xì)胞貧血例子中，血紅蛋白中僅有一個(gè)氨基酸發(fā)生改變。

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第12頁遺傳密碼試拼與閱讀方式探索

很遺憾，伽莫夫可能是考慮到效率問題，認(rèn)為一個(gè)堿基可能被重復(fù)讀屢次，也就是說遺傳密碼閱讀是完全重合，所以氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)目存在著一對(duì)一關(guān)系。智者千慮，必有一失。很多著名科學(xué)家也有過類似失誤。在資料較少情況下，對(duì)未知真理作出推斷，難免會(huì)發(fā)生偏差，但瑕不掩瑜，人們對(duì)他們那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新精神，巧妙構(gòu)思仍敬仰不已。

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第13頁遺傳密碼子驗(yàn)證（克里克試驗(yàn)）

他們用T4噬菌體染色體上一個(gè)基因經(jīng)過用原黃素處理，能夠使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，不論加字和減字都能夠引發(fā)移碼突變。Crick小組用這種方法取得一系列T4噬菌體“加字”和“減字”突變，再進(jìn)行雜交來取得加入或降低一個(gè)，二個(gè)，三個(gè)不一樣堿基數(shù)系列突變。經(jīng)過這么方法他們發(fā)覺加入或降低一個(gè)和二個(gè)堿基都會(huì)引發(fā)噬菌體突變，無法產(chǎn)生正常功效蛋白，而加入或降低3個(gè)堿基時(shí)卻能夠合成正常功效蛋白質(zhì)，為何會(huì)這么呢？生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第14頁遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則發(fā)覺

1961-1962年，尼倫伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和馬太（H.Matthaei）試驗(yàn)：生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第15頁遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則發(fā)覺

這一結(jié)果不但證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)成功，同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸密碼子。這是第一個(gè)遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格試驗(yàn)巧妙之處于于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新試驗(yàn)方法為他帶來了重大成功！生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第16頁對(duì)比克里克和尼倫伯格試驗(yàn)克里克T4噬菌體試驗(yàn)?zāi)醾惒耋w外蛋白質(zhì)合成試驗(yàn)主要思緒經(jīng)過研究堿基改變對(duì)蛋白質(zhì)合成影響推斷遺傳密碼性質(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)堿基方法——原黃素處理多核苷酸磷酸化酶發(fā)覺，為得到polyU提供條件優(yōu)勢(shì)不需要了解蛋白質(zhì)合成過程，就能作出推斷密碼子總體特征?？焖伲苯硬蛔阕C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)合成所需條件。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第17頁遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則發(fā)覺

在接下來六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)思緒，不停地改進(jìn)試驗(yàn)方法，破譯出了全部密碼子，并編制出了密碼子表。這項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上一個(gè)偉大里程碑！為人類探索和提醒生命本質(zhì)研究向前前進(jìn)一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)發(fā)展有著主要推進(jìn)作用。

遺傳密碼破譯，測(cè)序方法建立以及體外重組實(shí)現(xiàn)是基因工程三大基石。

生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第18頁小結(jié)

1、1941年提出了一個(gè)基因一個(gè)酶假說。一個(gè)基因一個(gè)酶假說暗示了基因作用是指導(dǎo)蛋白質(zhì)分子最終構(gòu)型，從而決定其特異性。2、1944年，理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，遺傳物質(zhì)是一個(gè)信息分子，可能類似作為普通民用莫爾斯電碼兩個(gè)符號(hào)：“·”、“—”，經(jīng)過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。3、1953年，沃森和克里克發(fā)覺DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。4、1954年Sanger用紙層析分析了胰島素結(jié)構(gòu)后，對(duì)蛋白質(zhì)氨基酸序列了解得越來越多。5、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)。指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，他同時(shí)也認(rèn)為遺傳密碼閱讀是完全重合，所以氨基酸數(shù)目和核苷酸數(shù)目存在著一對(duì)一關(guān)系。6、1957年提出一個(gè)中心法則：遺傳信息能夠從DNA流向DNA，也能夠從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)。7、1957年Brenner.S發(fā)表理論文章，他經(jīng)過蛋白質(zhì)氨基酸次序分析，發(fā)覺不存在氨基酸鄰位限制作用，從而否定了遺傳密碼重合閱讀可能性。8、1961年克里克等證實(shí)了關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼推測(cè)。9、1962年尼倫伯格和馬太蛋白質(zhì)體外合成試驗(yàn)破譯出了第一個(gè)遺傳密碼UUU。10、1969年科學(xué)家們解譯出全部遺傳密碼。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第19頁小結(jié)

1944年理論物理學(xué)家薛定諤發(fā)表《什么是生命》一書中就大膽地預(yù)言，遺傳密碼可能與莫爾斯電碼類似，經(jīng)過排列組合來儲(chǔ)存遺傳信息。1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)方法推斷3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。1957年Brenner.S發(fā)表文章，在理論上否定了遺傳密碼重合閱讀可能性。1961年克里克第一個(gè)用T4噬菌體試驗(yàn)證實(shí)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細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外重組破譯了第一個(gè)遺傳密碼。1969年科學(xué)家們破譯了全部密碼。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第20頁小結(jié)

我們注意整個(gè)破譯過程中科學(xué)家思維改變，薛定諤是以富有遠(yuǎn)見卓識(shí)大膽想象來預(yù)測(cè)遺傳密碼形式，伽莫夫經(jīng)過數(shù)學(xué)排列組合計(jì)算來推測(cè)密碼子是由三個(gè)堿基組成，同時(shí)他也預(yù)測(cè)了密碼閱讀方式，盡管智者千慮，必有一失，但巧妙構(gòu)思依然顯示了其睿智和創(chuàng)新?？死锟藙t是巧妙地設(shè)計(jì)試驗(yàn)，利用原黃素處理噬菌體，使DNA脫落或插入單個(gè)堿基方法從試驗(yàn)上證實(shí)了伽莫夫三聯(lián)體密碼子推測(cè)，由理論走向試驗(yàn)，為密碼子破譯邁出主要一步。而尼倫伯格試驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成成功地破譯了第一個(gè)密碼子，隨即方法不停創(chuàng)新最終破譯了全部密碼子。他貢獻(xiàn)不但僅在于對(duì)遺傳密碼破譯，更主要也在對(duì)生物研究方法上開啟了新思維方式。歸結(jié)起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學(xué)家主要素養(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)說過：一個(gè)善于捕捉細(xì)節(jié)人才是能領(lǐng)會(huì)事物真諦人。生物遺傳密碼的破譯人教版必修專家講座第21頁練習(xí)（P76第2題）

項(xiàng)目莫爾斯電碼遺傳密碼密碼間有沒有