第3節(jié)　遺傳密碼的破譯（選學）

1、第4章遺傳基因的表達第3節(jié)遺傳編碼的解讀問題探討核酸中的堿基序列是遺傳信息。 翻譯實際上是將mRNA中的堿基序列翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，其堿基序列與氨基酸序列如何對應是歷史的進步，1866年，孟德爾提出了遺傳規(guī)律。 2，1883年，科學家發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲配中的染色體數(shù)量只有體細胞的一半。 3，1890年，科學家確認減數(shù)分裂產(chǎn)生了配子。 4，1891年，科學家描述了減數(shù)分裂的全過程。 5，1902年，博比豐(T.Boveri )和1903年薩頓(W.Sutton )在研究減數(shù)分裂時發(fā)現(xiàn)基因行為與染色體行為呈平行關(guān)系，提出染色體為基因載體，可以說是染色體遺傳學說的初步論證。 6、1909年的約翰遜(W

2、.Johannsen )將孟德爾假設(shè)的“基因”稱為“基因”，明確區(qū)分了基因型和表型。 7，1909年，詹士(F.A.Janssen )觀察染色體在減數(shù)分裂時呈交叉現(xiàn)象，為解釋基因鏈現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)。 8、1909年，摩根(T.H.Morgan，1866-1945 )開始對果蠅爆炸進行實驗遺傳學研究，發(fā)現(xiàn)伴性遺傳規(guī)律。 他和他的學生還發(fā)現(xiàn)了連鎖、交換、不分離的規(guī)則等。 進一步證明染色體上基因呈直線排列，發(fā)展了染色體遺傳學說。 1926年摩根提出了基因?qū)W說，發(fā)表了基因論，歷史進步，9、20世紀中葉，科學家發(fā)現(xiàn)染色體主要由蛋白質(zhì)和DNA組成。 10、1928年格里菲斯肺炎雙球菌實驗。 11，1940年

3、艾莉用純化因子研究肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化的實驗。 12、1941年提出了基因酶的假說。 一個基因的酶假說暗示基因的作用是指導蛋白質(zhì)分子的最后定位，決定特異性。 13、1944年理論物理學家薛定諤發(fā)表的生命是什么這本書大膽預言，遺傳物質(zhì)是信息分子，作為一般民用摩爾斯信號的兩個符號，可能類似于“”、“”。 14、1952年健康和蔡斯的T2噬菌體感染大腸菌的實驗。 確認DNA是遺傳物質(zhì)。 15、1953年，華生和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。 16、1957年提出了一個中心規(guī)律：遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，還可以流向蛋白質(zhì)。 17，1958年科學家以大腸桿菌為實驗材料，證實了D

4、NA的半保留復制。 18、1961年克里克等人證實了他在1958年提出的關(guān)于遺傳三聯(lián)編碼的推測，1969年Nirenberg等人解釋了所有的遺傳編碼。 揭示了19、60年代mRNA、tRNA及核糖體功能、蛋白質(zhì)生物合成的過程。 研究背景：1941年比德爾(G.Beadle )和塔姆(E.Tatum )的工作有力地證明了基因突變引起酶的變化，并且各基因必須調(diào)控特定酶的合成，提出了一個基因一個酶的假說。 人們逐步認識到基因與蛋白質(zhì)的關(guān)系。 提倡“中心法則”后，可以更加明確地指示遺傳信息傳遞的方向，從整體上來說，可以從DNARNA蛋白中選擇。 DNA和蛋白質(zhì)之間有什么關(guān)系？ DNA是如何決定蛋白質(zhì)的

5、呢？ 這個有趣而深遠的問題從50年代末開始引起研究者們的極大興趣。 1944年理論物理學家薛定諤發(fā)表的生命是什么這本書大膽預言，染色體由幾個同分異性的單體分子連續(xù)構(gòu)成。 這個連續(xù)體的正確性構(gòu)成了遺傳編碼。 遺傳物質(zhì)是信息分子，同分異構(gòu)單體作為一般民用摩爾斯信號的兩個符號“”、“”，根據(jù)序列的組合，有可能蓄積遺傳信息。莫爾斯電報，短音讀取操作滴(di) :長音讀取(da )碼： a : b 3360 c 3360 e : f : h : I : k : l : m : q : r 3360 s 3360 : /:數(shù)字(長代碼) 3360133602336033603360433605336063

6、607336083360936003360、研究背景：1944年當時遺傳物質(zhì)的化學本質(zhì)尚未明確，10年后直到1953年雙螺旋模型的建立，給了科學家們很大的激勵。 解讀遺傳密碼也是不可或缺的工作。 遺傳編碼的試制和閱讀方法的探索是，遺傳編碼最簡單的閱讀方法是將DNA順序或mRNA順序與多肽進行比較。 但是，與一般的密碼解讀不同，遺傳信息的翻譯蛋白質(zhì)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，對蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解越來越多。 但是，到1969年前后經(jīng)過了10多年的時間，許多科學家的執(zhí)著研究才破解了密碼，其中最重要的工作構(gòu)想的新穎，方法的精巧閃爍著科學的智

7、慧之光。 遺傳編碼的試制和閱讀方式的探索，1954年科普作家伽莫夫G.Gamor首先挑戰(zhàn)了編碼解讀。 他是擁有不可思議王國的湯姆金斯等優(yōu)秀的科學幻想作品，主張他有豐富的想象力，但他不是實驗科學家，所以只能從理論上嘗試破解密碼。 當時，他在自然Nature雜志上首次發(fā)表了遺傳編碼理論研究文章，指出3個堿基編碼一個氨基酸。 遺傳代碼的試制和讀法的探索，接下來，是對三連體的每個堿基作為信息只讀一次，還是反復讀。 DNA序列與重疊閱讀有什么區(qū)別呢？ 思考與討論、遺傳編碼的試制與閱讀的探索、遺傳編碼的試制與閱讀的探索，1957年Brenner.S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，

8、否定了遺傳編碼重疊閱讀的可能性。 在長狀細胞貧血的例子中，還發(fā)現(xiàn)血紅蛋白中只有一個氨基酸變化。 遺傳編碼的試制和讀法的探索很遺憾，加莫夫可能是考慮到效率的問題，但是一個堿基有可能被反復讀取，也就是說因為遺傳編碼的讀法完全重疊，所以氨基酸的數(shù)量和核苷酸的數(shù)量有一對一的關(guān)系。 智人千慮，必失敗。 許多著名科學家也犯過類似的錯誤。 在資料稀少的情況下，推測未知的真理總會產(chǎn)生偏差，但缺點卻遮不住瑜，人們對他們的敏銳、大膽、智慧和革新精神、巧妙的構(gòu)想仍然敬佩。 基因編碼的驗證(點擊實驗)，他們使用T4噬菌體染色體上的一個基因用原黃素處理，使DNA脫落或插入單一堿基，稱為“正”突變，稱為脫落或“負”突變，

9、稱為“正” Crick組用這種方法獲得了一系列T4噬菌體的“加字”和“減字”變異，并進一步進行雜交獲得了加1、2、3個不同堿基的系列變異。用這樣的方法，他們加入或減少一堿和二堿，就會引起噬菌體的突變，雖然不能制造正常發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)，但是加入或減少三堿，就能合成正常發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)，這是為什么？遺傳編碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)倫堡(M.W.Nirenberg，1927 )和馬太(H.Matthaei )實驗：遺傳編碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)，結(jié)果這是第一個遺傳編碼被解讀。 尼倫堡實驗的巧妙之處在于利用無細胞系進行體外合成蛋白，他創(chuàng)新的實驗方法給他帶來了很大的成功，點擊與尼倫堡實驗、遺傳編碼對應規(guī)律的發(fā)現(xiàn)相比，在接

10、下來的67年中，科學家遵循了在體外合成蛋白質(zhì)的構(gòu)想這項工作成為生物學史上偉大的里程碑！ 人類探索和提示生命本質(zhì)的研究進一步發(fā)展，對后續(xù)分子遺傳生物學的發(fā)展具有重要的推動作用。 基因編碼的解讀、測序方法的建立以及體外重組的實現(xiàn)是基因工程的三大基礎(chǔ)。 總結(jié)，1941年提出了基因酶的假說。 一個基因的酶假說暗示基因的作用是指導蛋白質(zhì)分子的最后定位，決定特異性。 2、1944年理論物理學家薛定諤發(fā)表的生命是什么這本書大膽預言，遺傳物質(zhì)是信息分子，作為一般民用摩爾斯信號的兩個符號，可能類似于“”、“”。 3、1953年，華生和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。 4，1954年Sanger用紙層析分析了胰島素

11、的結(jié)構(gòu)后，對蛋白質(zhì)的氨基酸序列了解越來越多。 5、1954年，科普作家加莫夫G.Gamor首先挑戰(zhàn)解密。 指出3個堿基編碼1個氨基酸，因為認為遺傳編碼的讀法完全重疊，所以氨基酸的數(shù)量和核苷酸的數(shù)量有1對1的關(guān)系。 6、1957年提出了一個中心規(guī)律：遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，還可以流向蛋白質(zhì)。 7，1957年Brenner.S發(fā)表的理論文章表明，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，否定了重疊讀取遺傳編碼的可能性。 8、1961年克里克等人證實了關(guān)于遺傳三聯(lián)密碼的推測。 9、1962年尼倫堡和馬太蛋白的體外合成實驗解讀了最初的遺傳編碼UUU。

12、 10、1969年科學家們解釋了所有的遺傳密碼。 總結(jié)一下，1944年理論物理學家薛定諤發(fā)表的生命是什么這本書大膽預言，遺傳代碼可能類似莫爾斯信號，用序列組合保存遺傳信息。 1954年，科普作家伽莫夫用數(shù)學方法推斷三堿編碼一個氨基酸。 1957年Brenner.S發(fā)表了文章，理論上否定了遺傳代碼重疊閱讀的可能性。 1961年克里克首次在T4噬菌體實驗中證實了遺傳編碼中的3個堿基編碼一個氨基酸。 1961年尼倫堡和馬太利用無細胞系進行了體外重組，解讀了最初的遺傳編碼。 1969年科學家破譯了所有的密碼。 總結(jié)，我們注意到科學家思維在解讀過程中的變化，薛定諤用有遠見的大膽想象來預測遺傳編碼的形式，

13、伽莫夫用數(shù)學序列組合的修正算法推測編碼由三個堿基組成，同時他也預測編碼的讀法，智者思考，必然失敗點擊是一個巧妙的設(shè)定修訂實驗，利用原黃素處理噬菌體，脫落DNA或插入單堿的方法，實驗證明了伽莫夫三聯(lián)體密碼子的推測，從理論走向?qū)嶒?，為密碼子的解讀邁出了重要的一步。寧伯格的實驗更有創(chuàng)新性，他建立了巧妙的無細胞系進行體外蛋白質(zhì)合成成功解讀了第一個密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終解讀了所有密碼子。 他的貢獻不僅是對遺傳編碼的解讀，更重要的是為生物研究方法打開了新的思路。 總之，敏銳、大膽、明智、創(chuàng)新是科學家的重要素養(yǎng)，正如尼倫堡在1968年獲得諾貝爾生理學醫(yī)學獎時所說，善于捕捉細節(jié)的人才是能夠了解事物真諦的人。 (