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(共23张PPT)
第3节 遗传密码的破译
（选学）
第四章 基因的表达
莫尔斯电报
: 短音 念作"滴（di）"
— : 长音 念作"答（da）"
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数码(长码):
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6: — 7: — — 8: — — — 9: — — — — 0: — — — — —
问题探讨：
问题探讨：
1、Where are genes located
3、无论从电文译成英文还是从英文译成电文都离不开莫尔斯密码表
2、莫尔斯密码：－··/－·/·－ 在DNA上。
我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？
研究的背景：
“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说，是从DNA→RNA→蛋白质。
那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？
或者说DNA是如何决定蛋白质？
这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。
研究的背景：
1944年，理论物理学家薛定谔，将遗传信息设想成一种电码式的遗传密码形式，实在是一种超越时代的远见卓识。
到1953年双螺旋模型的建立，给予科学家们以很大的激励。破译遗传密码也就成了势在必行的工作。
1954年科普作家伽莫夫，指出三个碱基编码一个氨基酸。
一、遗传密码的阅读方式
接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？
遗传密码的阅读方式：
2、当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个碱基A，时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？如果插入2个、3个碱基呢？
密码是非重叠的1、2个：后面所有的氨基酸（无法产生正常功能的蛋白质） ，3个碱基将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸。
如果插入1个碱基，3个氨基酸，多肽比原正常多肽多1个氨基酸
2个 4个 2个
3个 5个 3个
密码是重叠的：
1、当图中DNA的第三个碱基(T)发生改变时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响______个氨基酸,如果是重叠的又将影响________个氨基酸。
1
3
《思考与讨论》：P74
二、克里克的实验证据（遗传密码子的验证）
1961年,克里克对T4噬菌体DNA上的一个基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。
通过这样的方法他们发现
类比分析：
P74 “THE FAT CAT ATE THE BIG RAT”
在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生正常功能的蛋白质
在相关碱基序列中增加或删除3个碱基，却合成了正常功能的蛋白质；
克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。
这个实验还同时表明:遗传密码从一个固定的起点开始,以非重叠的方式阅读,编码之间没有分隔符。
如何破译遗传密码呢？
蛋白质体外合成技术 （大肠杆菌）
实验过程：
1.取20支试管编号，每个试管中分别加入一种氨基酸；
2.每个试管中分别加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液（？P75）；
3.每个试管中分别加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
结果：加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链；
说明：
多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶的碱基序列是由多个尿嘧啶组成的（UUUUUU······），可见尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链；
苯丙氨酸－－UUU.
三、遗传密码对应规则的发现
1961-1962年，尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码 ：
如何设计对照实验？
遗传密码对应规则的发现
这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。
这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！
拓展： 上述方法只能破译AAA(赖氨酸)、CCC(脯氨酸)、GGG(甘氨酸)、UUU(苯丙氨酸)4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。
1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列
例如:将A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。
如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？
方案：如合成（CAA）n长链，重复上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天冬酰胺和苏氨酸的多聚体。
实验结果对比分析，即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC是组氨酸的密码子。
设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定。
拓展练习：
假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏氨酸可能的密码子有哪些？如何运用实验方法确证苏氨酸的密码子究竟是什么？
遗传密码对应规则的发现
在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，1969年，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表P65。
这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。
遗传密码的破译，测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。
了解了遗传密码的整个破译过程，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获时说过：一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。
小结
1954年科普作家伽莫夫用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。
1961年克里克第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。
1961年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外合成破译了第一个遗传密码。
1969年科学家们破译了全部的密码。
练习（P76第2题）：
项目 莫尔斯电码 遗传密码
密码间有无分隔符
长度是否固定
阅读方式是否重叠
密码所采用的符号
遗传密码的特点：不间断性；不重叠性；简并性；通用性。
有分隔符“/” 无分隔符
长度不固定，1到4个符号不等 长度固定，3个符号
非重叠方式阅读 非重叠方式阅读
— A C G U
1、组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子？（ ）
A、16 B、32 C、46 D、64
D
项 目 克里克的T4噬菌体实验 尼伦柏格体外蛋白质合成实验
主要思路
前提
优势
不足
比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种方法各有那些优势和不足。
拓展题：
通过研究碱基改变对蛋白质合成的影响推断遗传密码的性质
建立体外蛋白质合成系统，直接破解遗传密码规则
找到使DNA 脱落或插入单个碱基的方法----原黄素处理
多核苷酸磷酸化酶的发现，为得到polyU提供条件
不需要理解蛋白质合成过程，就能作出推断密码子的总体特征
快速、直接
证据相对间接，工作量较大
需要首先了解细胞中蛋白质合成所需要的条件
1.在下列基因的改变中，合成出具有正常 功能蛋白质的可能性最大的是： （ ）
A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基
B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基
C．在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对
D．在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对
练习：
C
D
2.最早提出3个碱基编码一个氨基酸的科学家和首次用实验的方法加以证明的科学家分别是： （ ）
A．克里克、伽莫夫
B．克里克、沃森式化
C．摩尔根、尼伦伯格
D．伽莫夫、克里克
B
3.采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实验中，改变下列哪项操作，即可测出全部的遗传密码与氨基酸的对应规则： （ ）
A．无DNA和mRNA细胞的提取液
B．人工合成的多聚核苷酸
C．加入的氨基酸种类和数量
D．测定多肽链中氨基酸种类的方法

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