1、,遗传密码的破译,DNA,蛋白质,mRNA,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？,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？ 假设： 1个碱基决定一个氨基酸，情形如何？ 2个碱基决定一个氨基酸，情形如何？ 3个碱基决定一个氨基酸，情形如何？ 4个碱基决定一个氨基酸，情形如何？,上世纪5060年代，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
2、或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。,克里克T4噬菌体实验,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？,类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个碱基决定一个氨基酸”。,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-苯丙氨酸。,如果是你，如何设计实验破译遗传密码？,尼伦伯格(Nirenb
3、erg)和马太的大肠杆菌实验,上述方法只能破译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。只能确定4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况。,由于当时还未分离RNA pol酶，无法按设计的模板来合成RNA，但除了UUU,CCC,AAA,GGG以外，还必须破译其它的密码，Nirenberg又想出了一种新的方法，就是按一定的碱基比例来合成RNA。比如在底物中加5份的UDP和1份的GDP，碱基比为U：G5：1，它们能组成的三联体不外乎8种：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。U和G将随机地加入
4、到三联体中，这样按比例各个位置上进入U和G 的概率不同，如UUU：UGG（555）：（511）25：1；同理UUU：UUG5：1，根据这样的推测，在无细胞系统中以这种比例合成的mRNA产生的氨基酸的比例也应是相应的，这样可以推测出密码子的组成。如氨基酸测定结果： 苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU） 5：1 苯丙氨酸（UUU）：缬氨酸（GUU） 5：1 苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GGU） 24：1 苯丙氨酸的密码子是已知的，由3个U组成。那么半胱氨酸一定是由2个U，1个G组成；缬氨酸同样如此；甘氨酸应是由一个U两个G组成。结果搞清了各种氨基酸的碱基组成，但是无法判断其具体序列。,尼伦伯格(
5、Nirenberg)的新突破 三联体结合实验,原理： （1）tRNA和氨基酸及三联体的结合是特异的； （2）上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜（NC）的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过的。,先发现当简单的特定的核苷酸加入到E.coli的核糖体上时，它们并不促使蛋白质的合成，而引起了特定的tRNA及其携带的氨基酸结合到核糖体上，形成大的复合体。因此他们每次在无细胞系统中仅加一种已知序列的三联体RNA（如ACA），同时在氨基酸中只用14C标记一种氨基酸（如丝氨酸）。若ACA进入核糖体后，与其结合tRNA上携带的不是所标记的丝氨酸，那么tRNA和丝氨酸就会从NC上透过，所以通过测
6、定透过NC的tRNA-aa 复合体是否带有标记，就可判定结果。,1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的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。,霍拉纳（Khorana)的RNA重复序列翻译实验,实验思想和推理思维的完美结合 当重复序列为（UC）n 时，组成的重复RNA无论怎么阅读，只可能是UCU-CUC，翻译的多肽也是由丝氨酸和亮氨酸
7、之间排列的序列。 当重复序列为(UUC)n时，无论怎么阅读，都只产生三种多聚氨基酸，即丝,亮和苯丙。 再看第三行重复序列（UUAC）n，无论怎么读法，只会是四个密码子的循环；UUACUUACUUAC，但合成的肽链中氨基酸三种，亮-亮-苏-酪 。 你能分析吗？,霍利（Holley)的贡献,什么是细胞内翻译遗传密码的机制？霍利着手解决这个问题并取得了成功。有一类特别的核酸，称为转运RNA，霍利就是转运RNA的发现者之一。转运RNA能读出遗传密码，并将它翻译成蛋白质字母系统。经过多年工作，霍利成功地制备了一种纯的转运RNA，最后于1965年搞清其准确的化学结构。霍利的工作表明，有生物学活性的核酸的化学结构首次得到完全测定。,将多核苷酸链分裂为几个小片段，然后确定小片段在RNA分子中的次序，从而重建原先的核苷酸序列。,1968年，霍利、霍拉纳、尼伦伯格因对遗传密码的解释及其在蛋白质合成中功能的揭示而共同获得诺贝尔奖。,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。,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？,
