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高中生物第4章第3節(jié)《遺傳密碼的破譯》(必修2)

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課堂提問
課程內容:
《遺傳密碼的破譯》
    遺傳密碼的破譯是生物學史上一個偉大的里程碑。自1953年DNA雙螺旋結構模型提出以后,科學家就圍繞遺傳密碼的破譯展開了全方位的探索。在伽莫夫提出3個堿基編碼1個氨基酸的設想之后,科學家通過不斷地推測與實驗,最終找到了答案。
遺傳密碼的閱讀方式
    回顧“問題探討”中由莫爾斯密碼寫出的問題,其中每個密碼子之間都已用斜線分隔開,閱讀時只需逐個翻譯密碼就可以了。類推到遺傳密碼,如果3個堿基決定1個氨基酸,是不是也只需以3個堿基為1個閱讀單位,依次閱讀呢?從理論上分析,除了這種方式以外,還存在著另外一種閱讀方式,即重疊的閱讀方式。
科學家為什么要分析遺傳密碼的閱讀方式呢?這是因為,即使是同一個堿基序列,不同的閱讀方式解讀出來的含義會完全不同。要正確地理解遺傳密碼的含義,必須掌握密碼的閱讀方式。
克里克的實驗證據(jù)
遺傳密碼真的是以3個堿基為一組嗎?遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的?密碼之間是否有分隔符?解答這些問題,不能只靠理論推導,必須拿出實驗證據(jù)??茖W家克里克和他的同事通過大量的實驗工作,于1961年找到了答案。
克里克以T4噬菌體為實驗材料,研究其中某個基因的堿基的增加或減少對其所編碼的蛋白質的影響??死锟税l(fā)現(xiàn),在相關堿基序列中增加或者刪除一個堿基,無法產生正常功能的蛋白質;增加或者刪除兩個堿基,也不能產生正常功能的蛋白質;但是,當增加或刪除三個堿基時,卻合成了具有正常功能的蛋白質。為什么會產生這樣的結果?請你結合下面的實例,進行類比分析。
克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學家。這個實驗同時表明:遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符。
遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)
    克里克的實驗雖然闡明了遺傳密碼的總體特征,但是,卻無法說明由3個堿基排列成的1個密碼對應的究竟是哪一個氨基酸。就在克里克的實驗完成的同一年,兩個名不見經(jīng)傳的年輕人尼倫伯格和馬太破譯了第一個遺傳密碼。
與克里克的思路完全不同,尼倫伯格和馬太采用了蛋白質的體外合成技術。他們在每個試管中分別加入一種氨基酸,再加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液,以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸,結果加入了苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈!
實驗結果說明,多聚尿嘧啶核苷酸導致了多聚苯丙氨酸的合成,而多聚尿嘧啶核苷酸的堿基序列是由許多個尿嘧啶組成的(UUUUU……),可見尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈。結合克里克得出的3個堿基決定1個氨基酸的實驗結論,與苯丙氨酸對應的密碼子應該是UUU。在此后的六七年里,科學家沿著蛋白質體外合成的思路,不斷地改進實驗方法,破譯出了全部的密碼子,并編制出了密碼子表。

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李老師

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