生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座

第4章基因表示

第3节遗传密码破译人教版必修2生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第1页问题探讨我们知道了核酸中碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中碱基序列翻译为蛋白质氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是怎样对应呢？

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第2页历史步伐1、1866年，孟德尔提出遗传定律。2、1883年，科学家发觉马蛔虫配中染色体数目只有体细胞中二分之一。3、1890年，科学家确认了减数分裂产生配子。4、1891年，科学家描述了减数分裂全过程。5、1902年，鲍维丰(T.Boveri)和1903年萨顿(W.Sutton)在研究减数分裂时，发觉遗传因子行为与染色体行为呈平行关系，提出染色体是遗传因子载体，可说是染色体遗传学说初步论证。6、1909年约翰逊(W.Johannsen)称孟德尔假定“遗传因子”为“基因”，并明确区分基因型和表型。7、1909年，詹森斯(F.A.Janssen)观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现象提供了基础。8、1909年，摩尔根(T.H.Morgan,1866-1945)开始对果蝇迸行试验遗传学研究，发觉了伴性遗传规律。他和他学生还发觉了连锁、交换和不分离规律等。并深入证实基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。1926年摩尔根提出基因学说，发表《基因论》生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第3页历史步伐9、20世纪中叶，科学家发觉染色体主要是由蛋白质和DNA组成。10、1928年格里菲思肺炎双球菌试验。11、1940年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌转化试验。12、1941年提出了一个基因一个酶假说。一个基因一个酶假说暗示了基因作用是指导蛋白质分子最终构型，从而决定其特异性。

13、1944年，理论物理学家薛定谔发表《什么是生命》一书中就大胆地预言，遗传物质是一个信息分子，可能类似作为普通民用莫尔斯电码两个符号：“·”、“—”，经过排列组合来储存遗传信息。

14、1952年赫尔希和蔡斯T2噬菌体侵染大肠杆菌试验。确认DNA是遗传物质。15、1953年，沃森和克里克发觉DNA双螺旋结构。16、1957年提出一个中心法则：遗传信息能够从DNA流向DNA，也能够从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。

17、1958年科学家以大肠杆菌为试验材料，证实了DNA半保留复制。18、1961年克里克等证实了他于1958年提出关于遗传三联密码推测，1969年Nirenberg等解译出全部遗传密码。19、60年代，说明mRNA、tRNA及核糖体功效、蛋白质生物合成过程。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第4页研究背景：

1941年比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）工作则强有力地证实了基因突变引发了酶改变，而且每一个基因一定控制着一个特定酶合成，从而提出了一个基因一个酶假说。人们逐步地认识到基因和蛋白关系。“中心法则”提出后更为明确地指指出了遗传信息传递方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。那DNA和蛋白质之间终究是什么关系？或者说DNA是怎样决定蛋白质？这个有趣而深奥问题在五十年代末就开始引发了一批研究者极大兴趣。

1944年，理论物理学家薛定谔发表《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构单体分子连续所组成。这种连续体准确性组成了遗传密码。他认为遗传物质是一个信息分子，同分异构单体可能作为普通民用莫尔斯电码两个符号：“·”、“—”，经过排列组合来储存遗传信息。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第5页莫尔斯电报•:短音念作"滴（di）"

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0:—————生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第6页研究背景：1944年，理论物理学家薛定谔发表《什么是生命》一书，而当初遗传物质化学本质是还未明确，十年后DNA双螺旋模型才得以建立，在这么背景下能将遗传信息构想成一个电码式遗传密码形式，实在是一个超越时代远见卓识。

到1953年双螺旋模型建立，给予科学家们以很大激励。破译遗传密码也就成了势在必行工作。

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第7页遗传密码试拼与阅读方式探索

对于遗传密码来说最简单破译方法应是将DNA次序或mRNA次序和多肽相比较。但和普通破译密码不一样是，遗传信息译文——蛋白次序是已知，未知都是密码。1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素结构后，对蛋白质氨基酸序列了解得越来越多。不过直到1969年前后经历了十多年时间，多位科学家执着研究才破译了密码，其中最为主要几项工作其思绪之新奇、方法之精巧都闪烁着科学智慧之光。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第8页遗传密码试拼与阅读方式探索

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。他以著有《奇异王国汤姆金斯》等优异科学幻想作品而著称，含有丰富想象力，但他不是一位试验科学家，所以只能从理论上来尝试密码解读。当年，他在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码理论研究文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第9页遗传密码试拼与阅读方式探索

接下来，人们不禁又要问在三联体中每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重合和非重合方式阅读DNA序列会有什么不一样呢？《思索与讨论》生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第10页遗传密码试拼与阅读方式探索

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第11页遗传密码试拼与阅读方式探索

1957年Brenner.S发表了一篇令人兴奋理论文章，他经过蛋白质氨基酸次序分析，发觉不存在氨基酸邻位限制作用，从而否定了遗传密码重合阅读可能性。同时人们也发觉在镰刀形细胞贫血例子中，血红蛋白中仅有一个氨基酸发生改变。

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第12页遗传密码试拼与阅读方式探索

很遗憾，伽莫夫可能是考虑到效率问题，认为一个碱基可能被重复读屡次，也就是说遗传密码阅读是完全重合，所以氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一关系。智者千虑，必有一失。很多著名科学家也有过类似失误。在资料较少情况下，对未知真理作出推断，难免会发生偏差，但瑕不掩瑜，人们对他们那种敏锐、大胆、睿智和创新精神，巧妙构思仍敬仰不已。

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第13页遗传密码子验证（克里克试验）

他们用T4噬菌体染色体上一个基因经过用原黄素处理，能够使DNA脱落或插入单个碱基，插入叫“加字”突变，脱落叫“减字”突变，不论加字和减字都能够引发移码突变。Crick小组用这种方法取得一系列T4噬菌体“加字”和“减字”突变，再进行杂交来取得加入或降低一个，二个，三个不一样碱基数系列突变。经过这么方法他们发觉加入或降低一个和二个碱基都会引发噬菌体突变，无法产生正常功效蛋白，而加入或降低3个碱基时却能够合成正常功效蛋白质，为何会这么呢？生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第14页遗传密码对应规则发觉

1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei）试验：生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第15页遗传密码对应规则发觉

这一结果不但证实了无细胞系统成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸密码子。这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格试验巧妙之处于于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新试验方法为他带来了重大成功！生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第16页对比克里克和尼伦伯格试验克里克T4噬菌体试验尼伦伯格体外蛋白质合成试验主要思绪经过研究碱基改变对蛋白质合成影响推断遗传密码性质。建立体外蛋白质合成系统，直接破解遗传密码规则。前提找到使DNA脱落或插入单个碱基方法——原黄素处理多核苷酸磷酸化酶发觉，为得到polyU提供条件优势不需要了解蛋白质合成过程，就能作出推断密码子总体特征。快速，直接不足证据相对间接，工作量较大。需要首先了解细胞中蛋白质合成所需条件。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第17页遗传密码对应规则发觉

在接下来六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质思绪，不停地改进试验方法，破译出了全部密码子，并编制出了密码子表。这项工作成为生物学史上一个伟大里程碑！为人类探索和提醒生命本质研究向前前进一大步，为后面分子遗传生物学发展有着主要推进作用。

遗传密码破译，测序方法建立以及体外重组实现是基因工程三大基石。

生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第18页小结

1、1941年提出了一个基因一个酶假说。一个基因一个酶假说暗示了基因作用是指导蛋白质分子最终构型，从而决定其特异性。2、1944年，理论物理学家薛定谔发表《什么是生命》一书中就大胆地预言，遗传物质是一个信息分子，可能类似作为普通民用莫尔斯电码两个符号：“·”、“—”，经过排列组合来储存遗传信息。3、1953年，沃森和克里克发觉DNA双螺旋结构。4、1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素结构后，对蛋白质氨基酸序列了解得越来越多。5、1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。指出三个碱基编码一个氨基酸，他同时也认为遗传密码阅读是完全重合，所以氨基酸数目和核苷酸数目存在着一对一关系。6、1957年提出一个中心法则：遗传信息能够从DNA流向DNA，也能够从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。7、1957年Brenner.S发表理论文章，他经过蛋白质氨基酸次序分析，发觉不存在氨基酸邻位限制作用，从而否定了遗传密码重合阅读可能性。8、1961年克里克等证实了关于遗传三联密码推测。9、1962年尼伦伯格和马太蛋白质体外合成试验破译出了第一个遗传密码UUU。10、1969年科学家们解译出全部遗传密码。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第19页小结

1944年理论物理学家薛定谔发表《什么是生命》一书中就大胆地预言，遗传密码可能与莫尔斯电码类似，经过排列组合来储存遗传信息。1954年科普作家伽莫夫用数学方法推断3个碱基编码一个氨基酸。1957年Brenner.S发表文章，在理论上否定了遗传密码重合阅读可能性。1961年克里克第一个用T4噬菌体试验证实了遗传密码中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重组破译了第一个遗传密码。1969年科学家们破译了全部密码。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第20页小结

我们注意整个破译过程中科学家思维改变，薛定谔是以富有远见卓识大胆想象来预测遗传密码形式，伽莫夫经过数学排列组合计算来推测密码子是由三个碱基组成，同时他也预测了密码阅读方式，尽管智者千虑，必有一失，但巧妙构思依然显示了其睿智和创新。克里克则是巧妙地设计试验，利用原黄素处理噬菌体，使DNA脱落或插入单个碱基方法从试验上证实了伽莫夫三联体密码子推测，由理论走向试验，为密码子破译迈出主要一步。而尼伦伯格试验则更富有创新性，他建立巧妙无细胞系统进行体外蛋白质合成成功地破译了第一个密码子，随即方法不停创新最终破译了全部密码子。他贡献不但仅在于对遗传密码破译，更主要也在对生物研究方法上开启了新思维方式。归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家主要素养，也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获时说过：一个善于捕捉细节人才是能领会事物真谛人。生物遗传密码的破译人教版必修专家讲座第21页练习（P76第2题）

项目莫尔斯电码遗传密码密码间有没有