遗传密码的破译详解
【高中生物】高中生物知识点：遗传密码的破译
【高中生物】高中生物知识点：遗传密码的破译遗传密码的破译
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1、遗传密码的写作方式
同一个碱基序列，不同的阅读方式解读出来的含义完全不同，要正确地理解遗传密码的含义，必须掌握密码的阅读方式。
2、克里克的实验证据
1961年，克里克以t
4
噬菌体为实验材料，研究其中某个碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响。
克里克发现在相关碱基序列中增加或者删减一个碱基，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，当增加或删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
从而证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。
并且遗传密码从一个个顶的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。
3、遗传密码对应规则的辨认出。
（1）尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。
（2）实验思路：使用蛋白质的体外制备技术。
（3）过程：他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去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。
（4）实验结论：磷酸酯尿嘧啶核苷酸引致了磷酸酯苯丙氨酸的制备，磷酸酯尿嘧啶核苷酸的碱基序列就是由多个尿嘧啶共同组成的（uuuu......），可知尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸共同组成的肽链。
融合克里克得出结论的3个碱基同意1个氨基酸的实验结论，与苯丙氨酸对应的密码子必须就是uuu。
在此后的六七年里，科学家沿着蛋白质体外制备的思路，不断地改良实验方法，截获出来了全部的密码子，并基本建设出来了密码子表中。
遗传密码的破译
遗传密码的破译1.研究背景在孟德尔遗传规律于1900年被再次证实之后，许多科学家投入到遗传问题的研究上来，试图揭示基因的本质和作用原理。
1941年比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum）的工作则强有力地证明了基因突变引起了酶的改变，而且每一种基因一定控制着一种特定酶的合成，从而提出了一个基因一种酶的假说。
人们逐步地认识到基因和蛋白质的关系。
“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。
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，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。
这种连续体的精确性组成了遗传密码。
他认为同分异构单体可能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。
那什么是莫尔斯电码呢？我们来看下面的资料：莫尔斯电码，是由美国画家和电报发明人莫尔斯于1838年发明的一套有“点”和“划”构成的系统，通过“点”和“划”间隔的不同排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。
1844年在美国国会的财政支持下，莫尔斯开设了从马里兰州的巴尔地摩到美国首都华盛顿的第一条使用“莫尔斯码”通信的电报线路，1851年，在欧洲国家有关方面的支持下，莫尔斯码经过简化，以后就一直成为国际通用标准通信电码。
电报的发明、莫尔斯码的使用改变了人类社会的面貌。
随着社会的进步、科学的发展，有更先进的通信方式在等待着我们使用，但电报“莫尔斯”码通信在业余无线电中占有重要的地位。
国际电信联盟制定的“无线电规则”中明确指出：任何人请求领取使用业余电台设备执照，都应该证明其能够准确地用手发和用耳接收“莫尔斯”电码信号组成的电文。
虽然今天计算机技术给自动或半自动收发电报创造了条件，但每一位真正的爱好者仍必须并且也可以通过自我训练掌握人工收发报技术。
生物学中的遗传密码破译
生物学中的遗传密码破译在生物学中，遗传密码是指生物体内基因信息传递的方式。
它是由ATCG四种碱基序列组成的，每三个碱基为一组，能够编码20种氨基酸和3种终止密码子。
而这个复杂的遗传密码在20世纪60年代被科学家们所破解，它的破解不仅仅是一项技术上的突破，更是人类科技史上重要的一笔。
今天，我将向大家介绍生物学中的遗传密码破译的历程和意义。
一、前人的探索在遗传密码破译的路上，以美国科学家George Gamow为代表的科学家们做出了巨大贡献。
他们首先找到了遗传密码的规律：每三个碱基对应一个氨基酸，并针对ATCG四种碱基的不同排列组合进行了计算。
在经过一段时间的思考之后，他们猜测：四个字母只能组合成六十四种三字母的代码，其中只有二十种被用来编码氨基酸，其余四十四种则是没有意义的。
虽然当时他们的猜测还没有得到直接证实，但是他们知道，这种猜想只有通过实验才能够被验证。
二、辛西娅·莫瑞与哈立德·库雷斯马尼的突破1961年，辛西娅·莫瑞和哈立德·库雷斯马尼等科学家对RNA进行了研究。
通过X射线衍射，他们发现DNA在细胞核外，都由两条由碱基对组成的链形成了双螺旋结构。
碱基对总是由吉傅基和胸腺嘧啶相对应，理论上，最后的结论是每个九个碱基对应一个氨基酸，并且一个RNA序列的一端通过三种核苷酸代表一种氨基酸的方法打破了原本四个核苷酸码用六十四种方式的规律。
这项发现不仅解决了遗传密码中的部分谜题，在范德瓦尔斯作用和DNA构建方面的突破，也为日后的生物技术研究开辟了新的方向。
三、诺伯特区域的发现1962年，瑞士科学家罗贝尔·诺伯特将YEAST的重组遗传物质分离了出来，并发现一个三元组可以代表一种氨基酸。
他将ATP用其酶作用酶而不是DNA酶掺杂到了人造拉链中，并将30个RUNG码代表的RNA暴露于单元细菌之下，他发现了诺伯特三重点域（Nobel Rotated）。
在诺伯特区域之下，科学家们得以对遗传密码的研究进行更细致、更精确的研究。
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。
遗传密码子破译原理
遗传密码子破译原理
遗传密码子是指在生物体的DNA链上，由三个碱基（即核苷酸）组成的一组编码，它们能够指示合成蛋白质中的氨基酸。
对于一种特定的氨基酸，通常有多个对应的遗传密码子。
破译遗传密码子的原理是通过蛋白质合成时所使用的转录和翻译过程来实现。
在转录过程中，DNA链的一段被复制成RNA，RNA分子上的碱基与DNA链上的碱基相同，但是在RNA分子上，腺嘌呤（A）碱基会与尿嘧啶（U）碱基配对，而不是与胸腺嘧啶（T）碱基配对。
因此，转录过程中所生成的RNA分子被称为mRNA（即信息RNA），它可以被翻译成蛋白质。
在翻译过程中，mRNA分子通过核糖体与tRNA（即转运RNA）结合，tRNA分子上的三个碱基（称为反密码子）与mRNA上的三个碱基（称为密码子）相互匹配。
每个tRNA分子会携带一个特定的氨基酸，并且在匹配成功后将其转移到由另一个tRNA分子和mRNA分子组成的核糖体上，形成一个越来越长的氨基酸链，最终合成出完整的蛋白质。
通过这种转录和翻译过程，生物体能够将遗传信息从DNA链中传递到蛋白质中，实现基因表达。
同时，也为科学家研究遗传密码子提供了重要的理论基础。
- 1 -。
遗传密码及其破译历程
遗传密码及其破译历程遗传密码是生命的密码，牵扯到细胞内蛋白质的合成，直接影响着人类生物学、医学等各个领域。
那么遗传密码到底是什么，它的破译历程是如何的呢？一、遗传密码是什么？遗传密码指的是生物体内的DNA、RNA中，由碱基序列编码的蛋白质合成的密码。
DNA、RNA中的四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶）组成的三元组（称为一个密码子）编码了氨基酸序列，进而合成蛋白质。
遗传密码是由三个碱基组成一个密码子，共有64种不同的密码子，其中61种密码子对应着20种不同的氨基酸，还有3种密码子则不编码任何氨基酸，作为停止密码子终止合成蛋白质。
二、遗传密码的破译历程遗传密码的破译是一个漫长而充满曲折的历程。
在1950至60年代之前，人们尚未理解到DNA和RNA的结构以及它们在编码蛋白质方面的作用。
1. Crick-Hoagland实验1953年，由J.D. Watson和F.H.C. Crick提出了遗传密码的"规则”，即三个核苷酸为一个密码子，其中有61个密码子对应了20种氨基酸，另外三个密码子则为终止密码子，标记合成蛋白质链的结束。
1958年，M. Nirenberg和J. Heinrich发现亲水性氨基酸被编码较少，反之亲疏水性氨基酸被编码较多。
这两项实验为后来的遗传密码的破译奠定了基础。
2. Nirenberg-Khorana实验1961年至70年代，M. Nirenberg和H. Khorana等人通过构建合成RNA三联体，使用聚合酶将其转化为多肽，从而系统性地识别出了一些密码子与氨基酸的配对规律。
他们发现三联体UUU可以识别酪氨酸，而三联体AAA可以识别缬氨酸，这一过程为后来的破译工作提供了思路和方法。
3. 破译掌握遗传密码1970年至80年代，史蒂文·珀森斯等科学家通过大量实验工作破译了所有的密码子与氨基酸的配对规律，形成了完整的遗传密码表。
三、遗传密码的意义破译遗传密码的意义不仅在于揭开生命合成的神秘面纱，更重要的是对于人类的生物学、医学等领域有着巨大的帮助。
高中生物必修二遗传密码子的破译
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
3 个碱基对原有 请比较分析下图:插入___ 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
进一步分析上图:
3 个碱基对原有氨基酸序 减少___ 列影响最小。
小结
我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽 莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由 三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使 DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫 的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码 子的破译迈出重要的一步。而尼伦伯格的实验则更 富有创新性，他建立巧妙的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，随后的方 法不断创新最终破译了所有的密码子。他的贡献不 仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物 研究方法上开启了新的思维方式。
DNA序列会有什么不同呢？
遗传密码的试拼与阅读方式的探索
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 1 将影响______ 个氨基酸,如果是重叠 3 的又将影响________ 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。
遗传密码的破译和应用
遗传密码的破译和应用
遗传密码是指DNA中的核苷酸序列如何转化为蛋白质的氨基酸序列。
遗传密码的破译和应用是基因组学和生物技术领域的重要研究方向之一。
遗传密码的破译：遗传密码的破译是指确定DNA中的核苷酸序列如何与蛋白质的氨基酸序列相对应的过程。
在20世纪60年代，科学家们通过一系列实验和研究工作，成功解析了遗传密码。
他们发现，DNA序列中的每个三个核苷酸能够编码一个特定的氨基酸，这被称为密码子。
这项发现为后续的基因组研究和生物技术的发展奠定了基础。
遗传密码的应用：
基因工程：通过对遗传密码的研究，科学家们可以设计合成DNA序列，使其在细胞中产生特定的蛋白质。
这种基因工程技术可以用于生产药物、合成有用的酶、改良农作物等。
基因治疗：遗传密码研究的进展使得基因治疗成为可能。
基因治疗是一种通过修改个体的基因来治疗疾病的方法。
通过改变遗传密码中的错误或缺失的核苷酸，可以修复某些遗传性疾病的基因缺陷。
DNA测序：遗传密码的破译对DNA测序技术的发展起到了重要的推动作用。
DNA测序技术可以通过读取DNA中的核苷酸序列来揭示个体或物种的基因组信息，从而为疾病诊断、个性化医疗等方面提供支持。
总结起来，遗传密码的破译使得我们能够理解DNA与蛋白质之间的关系，为基因工程、基因治疗和DNA测序等领域的应用奠定了基础。
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RNA 翻译
蛋白质
总结：
蛋白质
不同生物
根本原因
直接原因
基因的多样性 决定 蛋白质的多样性
性状多样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmRNA多 样性 根本原因
同一生物不同组织
·－ －/ ····/ ·/ ·－ ·/·/·－/·－·/·/ －－·/·/－·/·/···/·－··/－－－/ －·－·/·－/－/·/－··/
Where are genes located ?
快速、直接
不足
证据相对间接，工作量较大
需要首先了解中细胞中蛋 白质合成所需要的条件
2.基因控制生物体性状的方式是 （ D）
A.通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制 生物体性状 B.通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 C.基因直接控制生物体的性状
D.包括A和B两种方式
3.准确描述生物的性状与基因的关系的是 ( D )
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。
遗传密码的特点：
复制
转录
翻译
场所
细胞核
细胞核 细胞质
时间
间期
各个时期 各个时期
条件
模板 原料 能量 酶 tRNA 核糖体
产物 原则
DNA A=T T =A
RNA
蛋白质
A=U T=A A=U U = A
C=G C=G C=G G=C C=G G = C
信息传递 DNA→ DNA DNA →RNA RNA→蛋白质
学以致用
尼伦柏格和马太
实验方法：体外蛋 白质合成技术
实验过程：
1、每个试管中分别加入一种氨基酸； 2、每个试管中分别加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； 3、每个试管中分别加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸； 结果：只有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：
① 多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成 ②苯丙氨酸的密码子为UUU.
（1）发生了基因重组所造成的结果
（2）提供卵细胞的雌猫细胞质基因表达的结果
（3）表现型是基因型与环境共同作用的结果
（4）生养它的花斑猫妈妈的基因表达的结果
A．（1）
B．（2）（3）
C．（2）（3）（4） D．（1）（2）（3）（4）
• 根据病毒所含的核酸的性质和状态不同，可将病毒分为6类： 1. 双链±DNA→+mRNA→蛋白质，如天花病毒、T-偶数噬菌体。 2. 单链+DNA→±DNA→+RNA→蛋白质，如细小DNA病毒。 3. 双链±RNA→+mRNA→蛋白质，如呼肠孤病毒。 4. 单链+RNA→－RNA→+RNA→蛋白质脊髓灰质炎病毒。 5. 单链－RNA→+RNA→+蛋白质，如流感病毒、狂犬病毒。 6. 单链+RNA→DNA→±DNA→+mRNA→蛋白质，即逆转录病
A．一个基因决定一种性状 B．多个基因决定一种性状 C．环境对性状有影响 D．以上三种都有可能
6．美国德克萨斯州科学家在2002年2月14日宣布，
他们已经培育出世界上第一只克隆猫。这只名为
CC的小猫毛色花白，看上去完全不像生养它的花
斑猫妈妈，也不完全像为它提供细胞核的基因妈
妈。对该克隆猫毛色的解释合理的是：（ ）
项 目 克里克的T4噬菌体实验
尼伦柏格体外蛋白 质合成实验
主要思路 通过研究碱基改变对蛋白质合 建立体外蛋白质合成系统，
成的影响推断遗传密码的性质 直接破解遗传密码规则
前提 优势
找到使DNA 删除或插入单个碱 基的方法----原黄素处理
多核苷酸磷酸化酶的发 现，为得到polyU提供条 件
不需要理解蛋白质合成过程，就 能作出推断密码子的总体特征
A ①④⑤
1.正常情况下只能在动植物细胞中发生的是 .
2.错误的是
。需补充的是
。
3.图中1-5过程遵循
原则
孟德尔的圆粒 与
皱粒豌豆
正常的淀粉 插入了一段 分支酶基因 外来的DNA序列
异常的淀粉 分支酶基因
淀粉分支酶
淀粉多，保留水多
↓
圆不甜
淀粉少蔗糖多，保留水少
↓
皱而甜
酪氨酸酶 基因正常
酪氨酸
酪氨酸酶
个， 个
二、克里克的实验证据：
以T4噬菌体为实验材料
增加或删除1个碱基
增加或删除2个碱基
无法产生正常功能 的蛋白质；
增加或删除3个碱基，合成了正常功能的蛋白质
实验结论：
1、遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸
2、遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的 方式阅读。 3、编码之间没有分隔符。
三、遗传密码对应规则的发现：
黑色素
酪氨酸酶 基因异常
酪氨酸
无酶
白化病
• 囊性纤维病
CFTR基因缺失了3个碱基
镰刀型细胞贫血症
血红蛋白基因一个碱基对变化 血红蛋白的结构异常 红细胞呈镰刀状
红细胞容易破裂，患溶血性贫血
• 1.1957年克里克提出的中心法则的内容是：
DNA 转录
RNA 翻译 蛋白质
• 2.发展后的
DNA 转录
－··/－·/·－
DNA
思考与讨论 1.
密码是非重叠的： 影响 1 密码是重叠的： 影响 3
2、
个氨基酸， 个氨基酸
第三个碱基后插入1-3碱基，对氨基酸的影响
插入1个碱基 插入2个碱基 插入3个碱基
非重叠 重叠
后边的所有 影响 3 个， 多1 个
后边的所有 多1个
影响 4 个， 影响 5 多 2 个多 3
毒（retrovirus）又称RNA肿瘤病毒 (oncornavirus)。
1.不间断性 2.不重叠 性3.简并性 4.通用性
课后练习
比较的莫尔斯密码与遗传密码的异同
项目
莫尔斯电码
遗传密码
密码间有无隔符
有间隔符“/”
无分隔符
长度是否固定 阅读方式是否重叠 密码所采用的符号
长度不固定，1 到4隔符号不等
非重叠方式阅读
－·
长度固定，3隔符号 非重读方式阅读 AUGC
比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想者两种 方法各有那些优势和不足。