研究的背景:
1953年沃森和克里克建立DNA雙螺旋模型,給予科學家們很大的激勵。破譯遺傳密碼成了勢在必行的工作。
1944年,薛丁格在遺傳物質的化學本質是尚未明確,十年後DNA雙螺旋模型才得以建立的背景下:將遺傳信息設想為同分異構的單體連續所組成。連續體的精確性類比成一種電碼式的遺傳密碼,實在是一種超越時代的遠見卓識。
遺傳密碼的試拼與閱讀方式的探索
對於遺傳密碼來說最簡單的破譯方法應是將DNA順序或mRNA順序和蛋白質(多肽鏈)相比較
DNA、mRNA — 4種鹼基決定蛋白質— 20種胺基酸?
1954年科普作家伽莫夫G.Gamor在《Nature》雜誌首次發表了遺傳密碼的理論研究的文章,以數學邏輯推理的方式指出三個鹼基編碼一個胺基酸。
在三個鹼基(編碼一個胺基酸)中的每個鹼基作為信息只讀一次還是重複閱讀呢?以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會有什麼不同呢?
GGTTCGCACGCT
1. 當圖中DNA的第三個鹼基(T)發生改變時,如果密碼是非重疊的,這一改變將影響1個胺基酸,如果是重疊的又將影響3個胺基酸。
1957年布倫納(Brenner.S)從理論上對蛋白質的胺基酸順序分析:指出不存在胺基酸的鄰位限制作用。否定了遺傳密碼重疊閱讀的可能性。
遺傳密碼子的驗證(克里克的實驗)
1961年,DNA分子結構的發現者克里克研究:在T4噬菌體的相關鹼基序列中:
增加或者刪除一個鹼基,無法產生正常功能的蛋白質
增加或者刪除兩個鹼基,也無法產生正常功能的蛋白質
增加或者刪除三個鹼基,卻合成了具有正常功能的蛋白質。
2. 在圖中DNA的第三個鹼基(T)後插入一個鹼基A,如果密碼是非重疊的,這一改變將影響後面全部的個胺基酸,如果密碼是重疊的,又將影響3個胺基酸。
原句中每個單詞都有3個字母組成,7個單詞連成一句
THE FAT CAT ATE THE BIG RAT
在原第2個單詞中插入一個字母R。
THE FA R /TCA TAT ETH EBI GRA T
在原第2個單詞中插入二個字母R。
THE FAR /RTC ATA TET HEB IGR AT
在原第2個單詞中插入三個字母。
THE FAR /ROT / CAT ATE THE BIG RAT
結論:
遺傳密碼中3個鹼基編碼一個胺基酸
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
遺傳密碼對應規則的發現
1961年,尼倫伯格和馬太利用破碎的細胞溶液建立了一種利用人工合成的RNA在試管里合成多肽鏈的實驗系統,設計了一個巧妙的實驗,破譯了第一個遺傳密碼。
對比克里克和尼倫伯格的實驗
結語:
我們注意到整個破譯過程有薛丁格大膽的想像,伽莫夫的睿智的邏輯思維推理,克里克及尼倫伯格敏銳的創新性實驗;他們的貢獻不僅僅是對遺傳密碼的破譯,更重要的是對生物研究方法上開啟了新的思維方式。
歸結起來:大膽、睿智、敏銳和創新是科學家的重要素養。
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