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1、第3节 遗传密码的破译,问题导入,mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？,从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系,资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。,想一想：如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？,分析资料得出结论,结论：理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸这
2、也是伽莫夫在破译遗传密码的探索中提出的设想。,上述结论仅为数学推理，如何通过实验证明呢？,资料2：1961年，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。,1961年克里克的T4噬菌体实验,为什么会产生这样的结果？,类比推理,THE FAT CAT ATE THE BIG RAT,试着插入或删去其中的一个、两个、三个字母，看后面的语意会有什么变化？,只有插入或删去其中的三个字母，后面的语意才不变。原因是三个字母组成一
3、个单词。,类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个相邻碱基决定一个氨基酸”。,提示：把句中的单词看作决定一个氨基酸的密码子,遗传密码的总体特征,不间断性：mRNA的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。所以，在相关碱基序列中增加或删除12个核苷酸，则其后的三联体组合方式都会改变，不能合成正常的蛋白质。不重叠性：不重叠性使密码解读简单而准确无误。当一个核苷酸被异常核苷酸取代时，不会在肽链中影响到多个氨基酸。,克里克的实验虽然阐明了遗传密码的总体特征，但是，却无法说明由3个碱基排列成的1个密码对应的究竟是哪一个氨基酸。,密码如何与氨基酸的对应？,如何破译遗传密码呢
4、？,资料3：1961年，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。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU是编码苯丙氨酸的密码子。,如果是你，如何设计实验？,提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。,1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,实验方案设计过程面临3个问题：合成怎样的RNA作为模板？需要一组还是多组实验？氨基酸怎样加入？,实验思路：用单核苷酸人工合成RNA（多聚尿嘧啶核苷酸），分多个实验组，
5、分别加入不同的氨基酸，检测哪组中出现了多肽链即可破译UUU。,1961年，尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验,尼伦伯格和马太在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的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。,为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？,上述方法只能破译出AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。也就是说只能确定4种氨基酸的遗传密码，那么其他氨基酸的密码呢？,怎样破译其他的遗传密码呢？,材料4：1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通
6、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。,1966年，霍拉纳的RNA重复序列翻译实验,如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？提示：参考霍拉纳的设计方法。,1966年，霍拉纳的RNA重复序列翻译实验,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。,将科学家和自己的实验结果对比分析，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。,运用此类方法就可以破译其他氨基酸的遗传密码。,密码子表,请认真阅读密码子表，分析回答下列问题，总结遗传密码的特点。,分析问题总结遗传密码的特点,1、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸隔开？2、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以上的密码子？3、密码子都决定氨基酸吗？4、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控制合成了人的胰岛素，说明什么？,特点：不间断性（连续性）不重叠性 简并性 通用性,
