1、 “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DNARNA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。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，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？第3节 遗传密码的破译一、教学目标 1.说出遗传密码的阅读方式。2.说出遗传密码的破译过程。二、教学重点和难点1.教学重点 遗传密码的破译过程。2.教学难点 尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。Morse codeMorse cod
2、e（又译为（又译为摩斯摩斯密码密码，莫尔斯莫尔斯密码密码）其其代码代码主要由主要由 点点（.）、划划（）、点和划之间的点和划之间的停顿停顿（/）组组成发明于成发明于18371837年年，是一种是一种时断时续时断时续的信号代码，通过的信号代码，通过点、划点、划不同的不同的排列顺序来表达不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号英文字母、数字和标点符号。:短音短音 念作念作 滴（滴（didi）:长音长音 念作念作 答（答（dada）美国人莫尔斯于1844年发明的。试翻译以下电报内容：/如果没有密码表 Where are genes located如果没有斜线分隔莫尔斯密码 问题探讨问题探讨
3、19531953年年4 4月月2525日，沃森和克里克提出日，沃森和克里克提出DNADNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。(1)三联体密码子的提出：1954年美国物理学家对破译密码首先提出了挑战。当年，他在自然Nature杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？mRNAmRNA的碱基的碱基4 4种种 A A、U U、C C、G G氨基酸氨基酸2020种种1954 1954 伽莫夫伽莫夫 自然自然 Nature Nature一个碱基决定一种氨基酸时能决定一个碱基决定一种氨基酸时能决定 种种两个碱基决定一种氨基酸时能决定两个碱基决定一种氨基酸时能决定 种种三个
4、碱基决定一种氨基酸时能决定三个碱基决定一种氨基酸时能决定 种种4 41 1=4=44 43 3=64=644 42 2=16=16指出指出三个碱基构成一个密码子，决定一种氨基酸的三个碱基构成一个密码子，决定一种氨基酸的 可能不止一种密码子可能不止一种密码子接下来，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会有什么不同呢？非重叠阅读方式:依次阅读，碱基不重复读取重叠阅读方式:除首尾碱基外，每个碱基可能读两次 遗传密码的阅读方式遗传密码的阅读方式镰刀型细胞贫血症的病因镰刀型细胞贫血症的病因 镰刀型细胞贫血症的突变基因是镰刀型细胞贫血症的突变基因是194
5、91949年确定的，年确定的，19571957年由英国学者英格兰姆阐明了它的机制。由于年由英国学者英格兰姆阐明了它的机制。由于正常人血红蛋白基因上产生了突变，正常人血红蛋白基因上产生了突变，T T变成变成了了A A。从。从而导致多肽链中单个氨基酸的改变而导致多肽链中单个氨基酸的改变第六个氨基第六个氨基酸酸谷氨酸谷氨酸被被缬氨酸缬氨酸取代。取代。正常正常 模板链模板链 GGACTTCTC CCTGAAGAG 转录CCUGAAGAG异常异常 模板链模板链 GGACATCTC CCTGTAGAG 转录CCUGUAGAGC C U G U A C A G（1 1）如果密码的阅读是重叠阅读，将改变）如果
6、密码的阅读是重叠阅读，将改变 个氨基酸；个氨基酸；如果密码的阅读是非重叠阅读，将改变如果密码的阅读是非重叠阅读，将改变 个氨基酸。个氨基酸。（2 2）这说明遗传密码的阅读方式是）这说明遗传密码的阅读方式是 。3异常异常 遗传密码的阅读方式遗传密码的阅读方式C C U G U A C A G（1 1）如果密码的阅读是重叠阅读，将改变）如果密码的阅读是重叠阅读，将改变 个氨基酸；个氨基酸；如果密码的阅读是非重叠阅读，将改变如果密码的阅读是非重叠阅读，将改变 个氨基酸。个氨基酸。（2 2）这说明遗传密码的阅读方式是）这说明遗传密码的阅读方式是 。31非重叠阅读异常异常实验表明实验表明，镰刀型细胞贫血
7、症患者的血红蛋白，是正镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白，是正常血红蛋白多肽链上的常血红蛋白多肽链上的第六个第六个氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸被被缬氨酸缬氨酸取代。取代。遗传密码的阅读方式遗传密码的阅读方式思考思考:当图当图中中DNA的第三的第三个碱个碱基基(T)发发生改生改变时变时,如果密如果密码码是是非重非重叠叠的的,这这一改一改变将变将影影响响_个氨个氨基酸基酸,如果是重如果是重叠叠的又的又将将影影响响_个氨个氨基酸。基酸。13 THEFATCATATETHEBIGRATTHE FAT CAT ATE THE BIG RATTHE FAT CAT ATE THE BIG RATTHEFATCAR
8、TATETHEBIGRATTHE FATTHE FAT CACAR R T TAT ETH EBI GRA TAT ETH EBI GRA TTHEFATCARTARTETHEBIGRATTHE FAT CATHE FAT CAR T TA AR T TET HEB IGR ATET HEB IGR ATTHEFATCARTARTRETHEBIGRATTHE FATTHE FAT CA CAR R T TA AR R T TR RE E THE BIG RATTHE BIG RAT GGTTCGCACGCTTTGAGCTGC插入一个碱基：GGTATCGCACGCTTTGAGC插入两个碱基：GG
9、TATCAGCACGCTTTGAGC插入三个碱基：GGTATCAGCACGACTTTGAGC密码是非重叠的，在插入或删除12个碱基后，后面氨基酸都会受到影响（即无法合成正常功能的蛋白质）加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质GGT TCGCAC GCT TTGAGC TGC 遗传密码对应规则的如何发现的？合成蛋白质（肽链）需要哪些条件？模板：mRNA（碱基顺序代表遗传信息、密码子决定氨基酸）原料：20种游离的氨基酸 工具：各种tRNA 条件：酶、ATP回回顾旧顾旧知知三遗传密码对应规则的发现 大肠杆菌破碎细胞溶液里面有什么？合成蛋白质所需要的条件，比如线粒体、酶等人工合成mRNA模板除
10、去DNA和mRNA的大肠杆菌细胞提取液蛋白质体外合成实验 模板（mRNA）原料（20种游离的氨基酸）工具（各种tRNA）条件（酶、ATP）人工合成mRNA（模板）多聚尿嘧啶UUUUUUUUU.多聚核苷酸磷酸化酶尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验UUUUUU苯丙氨酸苯丙氨酸每只试管中分别加入大肠杆菌提取液（酶、ATP）和20种氨基酸中的一种（原料）UCUCUCUCUCUCUCUCUUUUUU苯丙氨酸苯丙氨酸AAAAAA赖氨酸赖氨酸CCCCCC脯氨酸脯氨酸Ser-Ser-LeuLeu-Ser-Ser-LeuLeu-SerSer-LeuLeuUCUUCU丝氨酸丝氨酸CUCCUC亮氨酸亮氨酸 AUCA
11、UC异亮氨酸异亮氨酸UCAUCA丝氨酸丝氨酸CAUCAU组氨酸组氨酸 这这一一结结果不果不仅证实仅证实了无了无细细胞系胞系统统的成功，同的成功，同时还时还表表明明UUU是是苯苯丙丙氨氨酸的密酸的密码码子。子。这这是第一是第一个遗传个遗传密密码码子被破子被破译译。尼。尼伦伦伯格的伯格的实验实验巧巧妙之妙之处处在于利用无在于利用无细细胞系胞系统进统进行体外合成蛋白行体外合成蛋白质质，他，他这这富有富有创创新的新的实验实验方法方法为为他他带来带来了重大的成功了重大的成功！一.不间断性mRNA的密码子是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。对于特定的密码子而言其中每个核苷酸都对于特定的密码子而言其中每
12、个核苷酸都具有不重叠性具有不重叠性二、不重叠性UCAGACUGCUCAGCCUGCUCA GCC UGCUCA CAG AGC GCC CCU CUG UGC丝氨酸丝氨酸 丙氨酸丙氨酸 半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸 谷氨酰酸 丝氨酸 丝氨酸 脯氨酸 亮氨酸 半胱氨酸不重叠不重叠重叠重叠亮氨酸亮氨酸三.简并性 大多数氨基大多数氨基酸具有两个以酸具有两个以上不同的密码上不同的密码子。子。四四.通用性通用性不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。五.起始码与终止码起始密码子有两种，一种是AUG，一种是GUG，肽链的合成从AUG或GUG开始终止密码子有3个，分别是UAA、UAG、UGA，直到UAA、UA
13、G、UGA结束总结 一.不间断性：mRNA的密码子是连续排列的，相邻密码之间无核 苷酸间隔 二.不重叠性：对于特定的密码子而言其中每个核苷酸都具有不重叠性 三.简并性：大多数氨基酸具有两个以上不同的密码子。四.通用性：不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。五.起始码与终止码：起始密码子有两种，终止密码子有三个小结一、遗传密码的阅读方式非重叠的形式二、克里克的实验证据1.遗传密码从一个固定的起点开始2.遗传密码以非重叠的方式阅读3.遗传密码编码之间没有分隔符三、遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验UUU苯丙氨酸四、遗传密码的特性不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始和终止密码 谢谢聆听！谢谢聆听！
