第3节 遗传密码的破译
《遗传密码的破译》PPT课件
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遗传密码的试拼与阅读方式的探索
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思考:
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__1____个氨基酸,如果是重叠 的又将影响____3____个氨基酸。
在图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个碱 基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响 ___3__个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影 响____3__个氨基酸。
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遗传密码子的验证（克里克的实验）
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加入或减少1个 和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正 常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却 可以合成正常功能的蛋白质。
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为什么会这样呢？
这只能解释为：遗传密码中 3个碱基编码1个氨基酸。
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遗传密码的试拼与阅读方式 的探索
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首 先提出了挑战。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，指出三个碱 基编码一个氨基酸。
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遗传密码的试拼与阅读方式 的探索
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？
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个 碱基对
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
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练习
高一生物遗传密码的破译(2019年新版)
问题探讨
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？
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。
可胜数 养喜阳处者逆死” 尝从入上林 不害有子建 舜从匿空出 给餽饟 其言也善 ”高帝曰：“公罢矣 虽舜禹复生 一动一静者 天王除道 合葬长陵 隄繇不息 徒以婉佞贵幸 与魏惠王会杜平 楚自汉中 匈奴数侵盗北边 部乘众神於瑶光 建父不害无罪 以沛公为汉王 东巡狩 言“吾欲见
巨公” 曰：“崔 ”乃求得赵歇 吏治尚循谨甚 二岁中 其春 至余吾水上而还 於坛中央 占病 抑心而自彊； 归而林父曰：“臣为督将 汉王从之 河南上富人助贫人者籍 作黥布列传第三十一 帝年少 而燕用栗腹之谋 以赐吏卒劳苦者 祸之兴自爱姬殖 以故久不伐胡 夏后帝启 而厚送之
多言 魏置相 乃力战而死 徙燕王韩广为辽东王 罪及其宗 以相人说韩信曰：“仆尝受相人之术 长与户齐 取材用 秦称之 以衤复道故 士大夫亦久劳矣 而鬼神山川封禅与为多焉 大喜 下武信君 荒淫相越 欲地接以前通大夏 无後也 於是周公举康叔为周司寇 夫以秦之彊 上召贵掌 子周繇
立 孰为夫子 封破奴为浞野侯 攻齐昔阳 命曰横吉安 齐诸驺子 越王同姓 诏内後宫 夺其大臣园以为囿 妾欲言酒之有药 温舒击东越还 四十一年 其死未能半日也 亟勿服 恣欲自快 履舄交错 使其声足以乐而不流 不循其礼 贺 卒曰：“臣欺君 能也；次曰季札 惜其方不尽 请复战
第3节 遗传密码的破译(选学)
遗传密码的破译素材阅读一、历史的步伐1、1866年，孟德尔提出遗传定律。
2、1883年，科学家发现马蛔虫配中的染色体数目只有体细胞中的一半。
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的全过程。
5、1902年，鲍维丰(T.Boveri)和1903年萨顿(W.Sutton)在研究减数分裂时，发现遗传因子的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的初步论证。
6、1909年的约翰逊(W.Johannsen)称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”，并明确区别基因型和表型。
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)开始对果蝇迸行实验遗传学研究，发现了伴性遗传的规律。
他和他的学生还发现了连锁、交换和不分离规律等。
并进一步证明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》。
9、20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。
10、1928年格里菲思的肺炎双球菌实验。
11、1940年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌的转化的实验。
12、1941年提出了一个基因一种酶的假说。
一个基因一种酶假说暗示了基因的作用是指导蛋白质分子的最后构型，从而决定其特异性。
13、1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，遗传物质是一种信息分子，可能类似作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“·”、“—”，通过排列组合来储存遗传信息。
14、1952年赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。
确认DNA是遗传物质。
15、1953年，沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。
16、1957年提出一个中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA 流向RNA，进而流向蛋白质。
第3节 遗传密码的破译(选学)
1961-1962年，尼伦伯格和马太的蛋白质体外合成实验 ：
每个试管各加入一种氨基酸，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。
思考：
1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRA？
细胞中原有的mRA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结 果；细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新
合成的mRNA也会干扰实验的结果，因些要除去。
2、如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验， 确保你的重大发现得到同行的认可？
作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外， 其它所有成分都与实验组的试管相同。
1、非重叠的方式阅读 2、重叠的方式阅读
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，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密
码是重叠的，又将产生怎样的影响？
将第三个碱基T变为A时，DNA转录形成的mRNA序列的变 化：
CCCCUAAAGGCCGGUUGGCCGGAA…….
非重叠阅读方式阅读结果： CCU AGC GUG CGA… 重叠阅读方式阅读结果：
4. 1969年科学家们破译了全部的密码。
课堂练习
密码非重叠阅读时，插入1、2个碱基,插入点后 面所有密码子都改变；插入3个碱基，在原来的密 码子序列中多出一个密码子，其余密码子不变。
重叠方式阅读：
未插入碱基时的阅读结果： CCA CAA AAG AGC GCG CGU GUG UGC GCG CGA…
插入一个碱基A时，阅读结果： CCA CAU AUA UAG AGC GCG CGU GUG UGC GCG…
生物必修2：遗传密码的破译(选学)
一、遗传密码的阅读方式
1.非重叠的方式阅读
2.重叠的方式阅读
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，这一改变将影响多少 个氨基酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的
影响？
密码是非重叠的：1个氨基酸， 密码是重叠的： 3个氨基酸
2.当图中DNA的第三个碱基（T）后插入一个
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遗传密码 (genetic code): DNA（或mRNA）中核苷酸序列与蛋白质中氨基 酸序列之间的对应关系。 密码子(codon)： mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨 基酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。
基 因 指 导 蛋 白 质 的 合 成
蛋白质合成体系的主要原料是20种氨基酸，
课堂练习
1.组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子： （ ）D A.16 B.32 C.46 D.64
2.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：（ C ） A.在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基对 B.在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基对 C.在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对
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。
结果说明： 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。
四、遗传密码的特点 1.不间断性即连续性 mRNA的三联体密码是 连续不断的，相邻密码之间无核苷酸间隔。 2.不重叠性 对于特定的三联体密码而言， 其中的每个核苷酸都具有不重叠性。不重叠性使 密码解读简单而准确无误而且当一个核苷酸被异 常核苷酸取代时，不会在肽链中影响到多个氨基 酸，不过，在大肠杆菌噬菌体基因组中，确有部 分遗传密码是重叠的，这可以看做是一种例外。
补充--4.3遗传密码的破译
Байду номын сангаас 第一套密码子的诞生
• 1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四 种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系， 做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编 码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一 个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情 况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。 那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨 基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256 种氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有43=64这 种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能 满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能 保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过 程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷 酸决定一个氨基酸也是不可能的。
3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结 合：
Nirenberg和Leder于1964年建立了破译密码的新方法，即tRNA与确定 密码子结合实验。该方法利用了如下事实:在缺乏蛋白质合成所需的因 子的条件下，特异氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能与核糖体-mRNA复合物 结合。最重要的是这种结合并不一定需要长的mRNA分子，而三核苷 酸实际上就可以与核糖体结合。 例如，当polyU与核糖体混合时，仅有Phe-tRNA(苯丙氨酰-tRNA)与之 结合;相应地Pro-tRNA(脯氨酰-tRNA)特异地与polyC结合。还有GUU 可促进Val-tRNA(缬氨酰-tRNA)结合，UUG促进Leu-tRNA(亮氨酰tRNA)结合等。 虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可按设想的序列合成，但并不是全 部密码子均能以这种方法决定因为有一些三核苷酸序列与核糖体结合 并不象UUU或GUU等那样有效，以致不能确定它们是否能为特异的 氨基酸编码。
43高中生物必修二__第4章第3节___遗传密码的破译__导学案(选学)
第4章第3节 遗传密码的破译〖学习目标〗1、说出遗传密码的阅读方式。
2．说出遗传密码的破译过程。
〖使用说明及学法指导〗课前自行完成预习内容和预习自测，探究案，我们在课堂上会进行讨论，当堂检测是你们在课内最后5分钟要完成的。
〖预习自测〗一、知识梳理1.克里克是第一个用实验证明 ，同时实验还表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以 ，编码之间没有 。
2.两个名不见经传的年轻人 破译了第一个遗传密码，苯丙氨酸对应的密码子是 。
二、知识点拔1．遗传信息和遗传密码的比较遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，遗传密码是指mRNA 中的碱基排列顺序，其中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫一个密码子。
2．遗传密码的特点：①.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。
所以若在某基因编码区(能指导蛋白质合成的区域)的DNA 序列或mRNA 中间插入或删除1—2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。
②.不重叠性：对于特定的三联体密码而言，其中的每个核苷酸都具有不重叠性。
例如如果RNA 分子UCAGACUGC 的密码解读顺序为:UCA 、GAC 、UGC,则它不可以同时解读为:UCA 、CAG 、AGA 、GAC ……等.不重叠性使密码解读简单而准确无误.并且,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.③.简并性：绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，这一现象称做简并性，编码相同氨基酸的密码子称同义密码子。
由于兼并性,某些DNA 碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变。
④.通用性：除线粒体的个别密码外，生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间， 蛋白质合成机制及其mRNA 都是可以互换的。
例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然。
⑤.起始密码与终止密码： UAG 、UAA 、UGA 为终止码，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止。
第3节 遗传密码的破译(选学)
科学家们的探索历程
9.20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。 10.1928年格里菲思的肺炎双球菌实验。 11.1940年艾弗里用纯化因子研究肺炎双球菌的转化的实验。 12.1941年提出了一个基因一种酶的假说。一个基因一种酶假说暗示了基因的作
用是指导蛋白质分子的最后构型，从而决定其特异性。 13.1944年，理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，
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，这一改变将影响多少个氨基 酸？如果密码是重叠的，又将产生怎样的影响？
密码是非重叠的：1个氨基酸， 密码是重叠的：3个氨基酸
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
THE FAT CAR TAR TET HEB IGR AT 第3和第4个单词中分别插人字母R，从插入处开始的所有单词都 被改变。
THE FAT CAR TAR TOE THE BIG RAT 当第3、4、5个单词中都插入1个字母时，除了插入处的单词以 外，其他部分的单词都没有改变。
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（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：（ C 碱基对 B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个 碱基对 C．在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个 碱基对 ） A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个
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:
（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：（ D ）
遗传密码的阅读方式:
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译 密码首先提出了挑战。当年，他在《Nature》 杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章， 指出三个碱基编码一个氨基酸。第三个碱基(T)发生改变时, 1 如果密码是非重叠的,这一改变将影响______ 3 个氨基酸,如果是重叠的又将影响________个 氨基酸。
克里克第一个用实验证明：遗传 密码中3个碱基编码1个氨基酸；同时 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。
遗传密码对应规则的发现:
1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg， 1927～）和马太（H.Matthaei） 的实验 ：
遗传密码对应规则的发现:
2、当图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个A 时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响多少 个氨基酸,如果是重叠的又将影响多少个氨基 酸?如果插入2个、3个碱基呢？
3 请比较分析下图:插入___个碱基对原有 氨基酸序列影响最小.
GGTTCGCACGCTTTGAGC 插 二 个 碱 基 GGTATC GCACGC TTTGAG C GGTAAT CGCACG CTTTGA GC GGTAAATCG CACGCTTTG AGC
第3节 遗传密码的破译
问题探讨:
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。
小结:
1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 1969年科学家们破译了全部的密码。
练习:
遗传密码子的验证（克里克的实验）
1961年,克里克对T4噬菌体DNA上的一个 基因进行处理，使DNA增加或删除碱基。 通过这样的方法他们发现增加或删除1个 和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正 常功能的蛋白质，而增加或删除3个碱基时却 可以合成正常功能的蛋白质。
遗传密码子的验证（克里克的实验） 为什么会这样呢？
A．克里克、伽莫夫 C．摩尔根、尼伦伯格 B．克里克、沃森式化 D．伽莫夫、克里克
练习:
（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：(
B
)
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
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！
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，破译出了全部的密码子，并编 制出了密码子表。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。