资源简介

(共24张PPT)
遗传密码的破译
请根据摩斯密码表，将下面用摩斯电码编写的句子译成英文。
Where are genes located？
核苷酸
？
氨基酸
一、遗传密码的阅读方式——提出问题
摩斯密码表
一、遗传密码的阅读方式——作出假设
任务1：请推测，核酸上的碱基（4种）和氨基酸（21种）之间是如何对应的？几个碱基决定一种氨基酸？
二个碱基决定一种氨基酸：
4×4＝16种，还差一点。
三个碱基决定一种氨基酸：
4×4×4＝64种，能够满足。
四个碱基决定一种氨基酸：
4×4×4×4＝256种，数量过剩。
4
4
4
4
×
×
×
假设
1954年，物理学家伽莫夫G.Gamor在《Nature》杂志首次发表了遗传密码理论研究的文章，以数学逻辑推理的方式指出三个碱基编码一个氨基酸。
一、遗传密码的阅读方式——作出假设
非重叠的阅读方式
重叠的阅读方式
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
1
1
2
1
2
3
1
1
2
1
2
3
…
…
4个
10个
一、遗传密码的阅读方式——演绎推理

1
2
3
代表不同氨基酸
任务2：当图中碱基序列的第三个碱基(T)发生改变时，两种阅读方式下被影响的氨基酸有几个？
非重叠阅读
G G T T C G C A C G C T
1
2
3
4
重叠阅读
1
2
3
影响1个
影响3个
一、遗传密码的阅读方式——演绎推理
1957年，科学家就已阐明镰状细胞贫血的分子机制：血红蛋白基因发生了碱基替换突变(A取代了T)，导致正常血红蛋白多肽链上第6个谷氨酸被缬氨酸取代。
正常红细胞
镰状红细胞
假设：3个碱基编码1个氨基酸，
并且以非重叠方式阅读
一、遗传密码的阅读方式——科学事实

1961 年，克里克以T4噬菌体为材料，研究其中的某个碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响。他发现：
增加或删除1个或2个碱基，不能产生功能正常的蛋白质；
增加或删除3个碱基，可以产生功能正常的蛋白质。
思考：为什么DNA上删掉三个碱基，对噬菌体合成蛋白质无影响，删掉一个或两个碱基，影响却那么大？
一、遗传密码的阅读方式——实验验证
任务3：The fat cat ate the big rat.
删去句子中第2个字母，第2、3个字母，
第2、3、4个字母，语意会有什么变化？
删掉一个：
删掉二个：
删掉三个：
T
h
e
f
a
t
c
a
t
a
t
e
t
h
e
b
i
g
r
a
t.
T
f
a
t
c
a
t
a
t
e
t
h
e
b
i
g
r
a
t.
h
e
T
f
a
t
c
a
t
a
t
e
t
h
e
b
i
g
r
a
t.
h
e
一、遗传密码的阅读方式——类比分析
结论：
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
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。
一、遗传密码的阅读方式——得出结论
1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分，成果功破译了第一个遗传密码。
1.同聚核苷酸对应的氨基酸的发现
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
实验步骤：
(1)分别加入一种氨基酸；
(2)除去DNA和mRNA的细胞提取液(也称为无细胞系统)；
(3)人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸(UUUUU…)
多聚苯丙氨酸的肽链
Tyr:酪氨酸
Ser:丝氨酸
Phe:苯丙氨酸
Cys:半胱氨酸
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
1.同聚核苷酸对应的氨基酸的发现
(1)实验的自变量是什么？一共需要准备几支试管？
氨基酸的种类；21支试管。
任务4：思考回答下列问题
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
(2)试管中加入的物质分别有什么作用
氨基酸：
多聚尿嘧啶核苷酸：
细胞提取液：
蛋白质合成原料
模板mRNA
为蛋白质合成提供能量、酶、核糖体、tRNA等条件
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
(3)为什么要除去细胞提取液中的 DNA 和 mRNA
原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板，原有的DNA转录产生新的mRNA，干扰实验结果。
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
(4)通过观察该实验现象可以得出什么结论
苯丙氨酸对应的密码子是UUU
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
(5)通过这种方法还能破译哪些遗传密码
AAA，CCC，GGG所对应的氨基酸
二、遗传密码对应规则——同聚核苷酸实验
2、异聚核苷酸对应的氨基酸的发现
尼伦伯格向体系中5份UDP和1份CDP合成mRNA，碱基比为U:C＝5:1。合成肽链中，苯丙氨酸:丝氨酸≈5:1
任务5：推算该mRNA中可以出现多少种密码子？各出现的概率？哪些密码子可能编码丝氨酸？
二、遗传密码对应规则——异聚核苷酸实验
2、异聚核苷酸对应的氨基酸的发现
P(UUU) = (5/6)3=125/216 P(CCC) = (1/6)3 =1/216
P(UUC/UCU/CUU) =(1/6)·(5/6)2=25/216
P(UCC/CUC/CCU) =(5/6)·(1/6)2=5/216
丝氨酸
苯丙氨酸
二、遗传密码对应规则——异聚核苷酸实验
尼伦伯格向体系中5份UDP和1份CDP合成mRNA，碱基比为U:C＝5:1。合成肽链中，苯丙氨酸:丝氨酸≈5:1
UUU
滤膜
Phe
Cys
二、遗传密码对应规则——异聚核苷酸实验
Tyr
1964年，尼伦伯格继续利用无细胞体系进行实验：
Tyr
Tyr
滤膜
Cys
Cys
任务6：设计实验探究丝氨酸的密码子。
UUU
Phe
二、遗传密码对应规则——异聚核苷酸实验
1964年，尼伦伯格继续利用无细胞体系进行实验：
设计提示：可用放射性元素14C标记氨基酸，测定滤膜放射性。
UUC
滤膜
Ser
Cys
Cys
UUC
Ser
1.在无细胞系统中仅加人工合成的RNA（三核苷酸）
2.加入21种氨基酸，仅用14C标记丝氨酸
3.形成“丝氨酸-tRNA-核糖体”复合体，留在滤膜上
4.测定滤膜放射性强度：
例如：若加入UUC的滤膜上出现放射性，则证明丝氨酸是由UUC决定的。
Phe
Phe
二、遗传密码对应规则——异聚核苷酸实验
Tyr
Tyr
密码子表
总结
1954年
伽莫夫
数学推理
作出假设
1961年
克里克
噬菌体实验
验证假设
1961年
尼伦伯格、马太
破译第一个
密码子
1966年
密码子表破译

展开更多......

收起↑