第3節(jié)遺傳密碼的破譯 選學(xué) 問題探討 我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息 翻譯實(shí)際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列 那么堿基序列與氨基酸序列是如何對(duì)應(yīng)的呢 研究的背景 中心法則 提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向 總體上來說是從DNA RNA 蛋白質(zhì) 那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系 或者說DNA是如何決定蛋白質(zhì) 這個(gè)有趣而深?yuàn)W的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 1954年科普作家伽莫夫G Gamor對(duì)破譯密碼首先提出了挑戰(zhàn) 當(dāng)年 他在 自然Nature 雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章 指出三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 接下來 人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢 以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不同呢 遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索 思考 1 當(dāng)圖中DNA的第三個(gè)堿基 T 發(fā)生改變時(shí) 如果密碼是非重疊的 這一改變將影響 個(gè)氨基酸 如果是重疊的又將影響 個(gè)氨基酸 1 3 2 在圖中DNA的第三個(gè)堿基 T 后插入一個(gè)堿基A 如果密碼是非重疊的 這一改變將影響 個(gè)氨基酸 如果密碼是重疊的 又將影響 個(gè)氨基酸 3 3 遺傳密碼子的驗(yàn)證 克里克的實(shí)驗(yàn) 1961年 克里克對(duì)T4噬菌體DNA上的一個(gè)基因進(jìn)行處理 使DNA增加或減少堿基 通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少1個(gè)和2個(gè)堿基都會(huì)引起噬菌體突變 無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì) 而加入或減少3個(gè)堿基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì) 為什么會(huì)這樣呢 這只能解釋為 遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸 請(qǐng)比較分析下圖 插入 個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小 GGTTCGCACGCTTTGAGC 插一個(gè)堿基 GGTATCGCACGCTTTGAGC 插二個(gè)堿基 GGTAATCGCACGCTTTGAGC 插三個(gè)堿基 GGTAAATCGCACGCTTTGAGC 3 進(jìn)一步分析上圖 減少 個(gè)堿基對(duì)原有氨基酸序列影響最小 3 克里克是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸的科學(xué)家 這個(gè)實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明 遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始 以非重疊的方式閱讀 編碼之間沒有分隔符 遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 1961 1962年 尼倫伯格 M W Nirenberg 1927 和馬太 H Matthaei 的實(shí)驗(yàn) 遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功 同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子 這是第一個(gè)遺傳密碼子被破譯 尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)巧妙之處在于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì) 他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來了重大的成功 遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn) 在接下來的六七年里 科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路 不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法 破譯出了全部的密碼子 并編制出了密碼子表 這項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上的一個(gè)偉大的里程碑 為人類探索和提示生命的本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)一大步 為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用 小結(jié) 1954年科普作家伽莫夫用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸 1961年克里克第一個(gè)用T4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸 1961年尼倫伯格和馬太利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成破譯了第一個(gè)遺傳密碼 1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼 我們注意整個(gè)破譯過程中科學(xué)家思維的變化 伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來推測密碼子是由三個(gè)堿基組成的 克里克則是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 使DNA增加或減少堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測 由理論走向?qū)嶒?yàn) 為密碼子的破譯邁出重要的一步 而尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性 他建立巧妙的無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成 成功地破譯了第一個(gè)密碼子 隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子 他的貢獻(xiàn)不僅僅在于對(duì)遺傳密碼的破譯 更重要的也在對(duì)生物研究方法上開啟了新的思維方式 小結(jié) 歸結(jié)起來 我們看到 敏銳 大膽 睿智和創(chuàng)新是科學(xué)家的重要素養(yǎng) 也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)時(shí)說的 一個(gè)善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人 練習(xí) 1 在下列基因的改變中 合成出具有正常功能蛋白質(zhì)的可能性最大的是 A 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加一個(gè)堿基對(duì)B 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基對(duì)C 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對(duì)D 在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對(duì) C 2 最早提出3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸的科學(xué)家和首次用實(shí)驗(yàn)的方法加以證明的科學(xué)家分別是 A 克里克 伽莫夫B 克里克 沃森式化C 摩爾根 尼倫伯格D 伽莫夫 克里克 D 3 采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(shù)