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遗传密码的破译

生物100 2023-02-13

1953年沃森和克里克建立DNA双螺旋模型,给予科学家们很大的激励。破译遗传密码成了势在必行的工作。 


1944年,薛定谔在遗传物质的化学本质是尚未明确,十年后DNA双螺旋模型才得以建立的背景下:将遗传信息设想为同分异构的单体连续所组成。连续体的精确性类比成一种电码式的遗传密码,实在是一种超越时代的远见卓识。 


遗传密码的试拼与阅读方式的探索


对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA顺序和蛋白质(多肽链)相比较


DNA、mRNA — 4种碱基决定蛋白质— 20种氨基酸?


1954年科普作家伽莫夫G.Gamor在《Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章,以数学逻辑推理的方式指出三个碱基编码一个氨基酸。 


在三个碱基(编码一个氨基酸)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? 


GGTTCGCACGCT

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1个氨基酸,如果是重叠的又将影响3个氨基酸。


1957年布伦纳(Brenner.S)从理论上对蛋白质的氨基酸顺序分析:指出不存在氨基酸的邻位限制作用。否定了遗传密码重叠阅读的可能性。


遗传密码子的验证(克里克的实验)


1961年,DNA分子结构的发现者克里克研究: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


增加或者删除两个碱基,也无法产生正常功能的蛋白质


增加或者删除三个碱基,却合成了具有正常功能的蛋白质。

2. 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,这一改变将影响后面全部的个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影响3个氨基酸。


原句中每个单词都有3个字母组成,7个单词连成一句

THE FAT CAT ATE THE BIG RAT


①在原第2个单词中插入一个字母R。

 THE  FA R /TCA  TAT  ETH EBI  GRA T


②在原第2个单词中插入二个字母R。

THE  FAR /RTC ATA  TET HEB  IGR  AT


③在原第2个单词中插入三个字母。

THE  FAR /ROT / CAT  ATE  THE BIG RAT


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,编码之间没有分隔符


遗传密码对应规则的发现 


1961年,尼伦伯格和马太利用破碎的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,设计了一个巧妙的实验,破译了第一个遗传密码。


对比克里克和尼伦伯格的实验

结语:

我们注意到整个破译过程有薛定谔大胆的想象,伽莫夫的睿智的逻辑思维推理,克里克及尼伦伯格敏锐的创新性实验;他们的贡献不仅仅是对遗传密码的破译,更重要的是对生物研究方法上开启了新的思维方式。


归结起来:大胆、睿智、敏锐和创新是科学家的重要素养。

来源:本文综合来源于网络

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