遗传密码破译和特征

第三章遗传密码破译和特征

一、遗传密码是三联体的推测二、遗传密码是三联体的证实三、遗传密码的破译四、遗传密码的特征五、遗传密码的进化六、遗传密码的研究进展河南师范大学生命科学学院卢龙斗

一、遗传密码是三联体的推测

1、遗传密码的前期测想1944年奥地利物理学家薛定谔(E.Schrodinger)出版了(Whatislife)一书,引发了60年代的生物学革命风暴他把量子力学理论引进生物学领域,用形象思维的方法研究和考虑生命问题,书中指出:生物学和物理学的主要问题是有机体的信息传递问题.基因由许多异构单位组成,这些单位的确切性和连续性决定着微型密码.微型密码是丝毫不错的对应于一个高度复杂的特定发育计划,并且包含了使密码发生作用的手段,这一点已经不是难以想象的了

2、遗传密码的定位

定位在RNA：薛定谔引发的革命风暴的产物是DNA双螺旋结构的发现，在此之前沃森已经测想到遗传密码的位置，写了一个DNARNA蛋白质的公式，提出DNA是RNA的模板，

RNA是蛋白质合成的模斑中最可能的候选者。

定位在mRNA:1961年，英国分子生物学家布伦纳(S.Brenner)等发现了mRNA，证实了mRNA是DNA上的遗传信息流向蛋白质的纽带，把遗传密码定位在mRNA上

3、遗传密码是三联体的推测

1954年俄裔美国大爆炸理论物理学家伽莫夫（G.Gamow）在自然杂志发表《脱氧核糖核酸与蛋白质之间的关系》论文，提出遗传密码的构想，认为在的双螺旋结构中，四个碱基之间形成一定空穴游离氨基酸进入空穴形成多肽链，四个碱基中由三个碱基决定一种氨基酸，因为氨基酸有20种.

一个碱基决定一种氨基酸时只能决定41=4种两个碱基决定一个氨基酸时只能决定42=16种三个碱基决定一个氨基酸时能决定43=64种四个碱基决定一个氨基酸时能决定44=256种

二、遗传密码是三联体的证实1961年，克里克与布伦纳合作，利用大肠杆菌的T4

噬菌体作实验。

T4噬菌体r+：能在大肠杆菌B菌株生长形成嗜菌斑能在大肠杆菌K菌株上生长形成嗜菌斑

T4噬菌体r¯:不能在K菌株上生长，不形成嗜菌斑用可以引起移码突变的丫啶类药物处理野生型噬菌体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1个、2个、3个核苷酸的各种突变类型

1、缺失一个核苷酸时在K菌株上不生长ABCABCABCABCABCABCABCABCABABCABCABCABCABC

插入一个核苷酸时在K菌株上不生长ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCABCABCABC

2、缺失两个核苷酸时在K菌株上不生长

ABCABC

ABCABCABCABCABCABBCABCABCABC

插入两个核苷酸时在K菌株上不生长ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCCABCABCABC

3、缺失三个核苷酸时在K菌株上生长（拟野生型）ABCABC

ABCABCABCABCABCABABABABCABC

插入三个核苷酸时在K菌株上生长（拟野生型）ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCCABCCABCABC

为四联体时插入三个核苷酸则不在K菌株上生长

ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDDABCDABCDDABCDDABCDABCD

以上实验证明遗传密码是三联体，因为，若是二联体时，缺失或插入三个核苷酸时不会成为拟野生型的，既不能在K菌株上生长三、遗传密码的破译

1、初步破译1961年春天，当克里克和布伦纳在讨论论证遗传密码为三联体的时候，美国两位年轻的生化学家尼伦伯格（M.W.Nireberg）和马太（J.H.Matthaei）就开始悄悄的进行遗传密码的破译。

UUUUU20atRNAaseUUUUU20atRNAaseUUUUU20atRNAase

标赖标苯丙标苏

×

×

每一个试管中的20种氨基酸只用14C标记一种氨基酸，共用20个试管，结果发现用人工合成的多聚U时得到的是多聚苯丙氨酸，说明苯丙氨酸的遗传密码是UUU

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA20atRNA20atRNA20atRNAaseasease

标赖标苏标色

说明赖氨酸密码子是AAA

××

用同样方法证明CCC为脯氨酸的密码子GGG为甘氨酸的密码子1961年8月尼伦伯格在莫斯科召开的第五届国际生化会议上宣读了论文，与会的代表们异常兴奋，讨论热烈，尤其是参加会议的克里克、沃森听完后激动万分，意识到彻底破译遗传密码的时刻已经到来，分子生物学将面临一次大的飞跃。

但是，与会的前苏联科学家竟然听不懂他们的论文。在大会上瞌睡打起了呼噜。

遗传学发展史上经历的的悲惨命运：遗传学的两大学派孟德尔—摩尔根遗传学派米丘林—李森科遗传学派米丘林和李森科米丘林：前苏联园艺学家，1935年去世。他重视环境作用，如南方的果树逐渐北移获得成功。曾培育出蔬菜、花卉新品种，多种果树，一个苹果重达1斤多。他本身没有提出任何遗传理论。但在苏联享有很高威望李森科：前苏联科学院院士，院长，社会主义劳动英雄。1925年大学毕业后分配到边境一个育种站工作。1928年，他发现他父亲把冬小麦放到春天播种照样可以结种子，提出“春化理论”。实际上当时苏联植物生理学家马克西莫夫早已作过此方面研究。为了宣传自己：

极力宣扬春化理论把科学研究中的学术之争视为阶级斗争吻合国内形势，向国际遗传学发难1935年，在克林姆林宫召开全苏集体农庄突击队员会议，李森科作了题为（春化处理是增产的有力措施）的发言。结束时他说：

同志们，在春化处理问题上有阶级斗争，阶级敌人总是阶级敌人，不管它是不是科学家“。斯大林在场听后非常高兴说：好，李森科同志，好。三个月后李森科成了苏联科学院院士。

为了进一步提高自己，李森科把米丘林抬出来，拉大旗作虎皮，向批评过他的人，向孟德尔—摩尔根遗传学派展开全面进攻。诬蔑为伪科学、唯心主义、基因论、基因骑士。鼓吹资本主义不可能研究出社会主义用的东西，资产阶级的理论不能为我们无产阶级所用。他的理论得到苏联政府的支持

在各大学成立清算孟德尔—摩尔根学派委员会在各生物系成立清算孟德尔—摩尔根学派清算小组各科研机关、大学生物系都挂上了李森科的画像把对李森科的崇拜编成歌曲：手拉起我的手风琴，让我们唱一唱李森科院士的永恒光荣，他带领我们坚定的走社会主义道路，使我们免受孟德尔—摩尔根主义愚弄。逮捕、判刑、枪决了大批有正义感科学家和从事孟德尔—摩尔根遗传学研究的科学家把这些科学家定为：人民公敌。1936年12月，在国际上享有盛誉的瓦维洛夫(Vavilov)驳斥了李森科的伪科学，在遭到打击批判，极度艰难的情况下，他说：我们将走向柴堆，我们将被烧死，但我们决不从我们确信的信念退却。1940年被逮捕，判处死刑，压在西伯利亚监狱的地下室，不准上诉。1942年，英国皇家协会授予他最高荣誉，到西伯利亚找到他时，已经奄奄一息，43年1月26日惨死狱中，李森科的下台：1959年，赫鲁晓夫访问美国，在机场欢迎他的是瘦小还抱着粗大玉米棒子的故事。李森科1964年下台，被贬到西伯利亚。1935—1964，苏联遗传学界经历了30年的磨难。1976年去世。被誉为大学阀。

对中国的巨大影响：北京农业大学乐天宇取消遗传学课程为导火索文化大革命中各大学生物系取消了遗传学课程许多高遗传研究的专家教授被批判和斗争谈家桢教授的经历1970年国内一本丛书《现代西方自然科学理论及其主要流派介绍》仍然说：20世纪以来流毒很广的最反动的资产阶级自然科学理论体系之一。1977年还有人上书：继续开展对反动的、唯心的、资产阶级的遗传学和基因论、基因工程。说：分子遗传学，所谓的基因工程，都是资本家的御用学者们为了抬捧起主子所设立的一套愚民政策服务的所

谓的遗传学，其实，这样遗传学永远不会，也不能产生与生产实践有任何联系。

1982年辽宁全国第一次遗传学大会：

科学没有国界科学不分信仰科学不分阶级遗传密码已证明为三联体，四个密码已有代表的氨基酸，有64种密码子，那么：另外60种决定什么氨基酸呢？另外16种氨基酸的密码子是什么呢？仅含一种核苷酸时可以测定决定那种氨基酸，那么，当一条mRNA链上有AU两种核苷酸时、有AUUUUAUAUUAAAAUAUA六种密码子，又是怎么决定呢？有ACU三种或有AUCG四种核苷酸又如何决定氨基酸?

2、进一步破译1961—1964年，美国国立卫生研究院的尼伦伯格、用多核苷酸磷酸化酶（不需DNA作模板就可聚合成多核苷酸，随即结合），建立了无细胞反应系统。U=0.87A=0.13

U=0.39U=0.76C=0.61

G=0.24

含UA的RNA含UC的RNA含UG的RNA

RNA中每种核苷酸的比例取决于各种核苷酸的比例含两种碱基的三种人工合成的核苷酸链中三联体的机率

含两种碱基的三种人工合成的核苷酸链中三联体的机率

含两种碱基的三种人工合成的核苷酸链中三联体的机率

含两种碱基的三种人工合成的核苷酸链中三联体的机率

多核苷酸链

UAUCUG密码子推断相对碱基含量

U=0.87U=0.39U=0.76A=0.13C=0.61G=0.24以U3为100%时三联体相对几率

U3=100U3=100U3=100U2A=13U2C=157U2G=32UA2=2.2UC2=244UG2=10.6A3=0.3C3=382G3=3.4苯丙氨酸100100100U3精氨酸001.1丙氨酸1.900丝氨酸0.41603.2U2C脯氨酸02850UC2酪氨酸1300U2A异亮氨酸121.01.0U2A缬氨酸0.6037U2G亮氨酸4.917936U2CU2G半胱氨酸4.9035U2G色氨酸1.1014UG2甘氨酸4.7012UG2

在UA中、UC中、UG中U3作为100时苯丙氨酸出现的频率为100，则苯丙氨酸的密码子为U3在UC中U2C概率为157，丝氨酸出现的频率为160，则丝氨酸的密码子为U2C（UUC、UCU、CUU）在UC中UC2概率为244，脯氨酸的频率为285，脯氨酸的密码子为UC2（UCC、CUC、CCU）在UA中U2A概率为13，酪氨酸的频率为13，酪氨酸的密码子为U2A（UUA、AUU、UAU）

用此方法搞清了许多氨基酸的密码子组合，但仅仅是知道组合，具体的顺序搞不清，例如：

U2A组合，是UUA还是AUU还是UAU呢？U2C组合，是UUC还是UCU？还是CUU呢？上表中可以看到U2G可代表缬氨酸又可代表半胱氨酸和亮氨酸，究竟代表那一种呢？

在表中发现的密码子的重要特征：兼并性在UA中、UC中、UG中都有亮氨酸出现

3、完全破译1964年，尼伦伯格发现蛋白质翻译过程中三个特点:每一种氨基酸在酶作用下与自己对应的tRNA结合tRNA能识别自己所携带的氨基酸的三联体密码三联体密码都在核糖体上，翻译起始后形成一个复合体

tRNA核糖体mRNA三氨基酸联体密码

三联体结合实验：

第一步：人工合成只含三个核苷酸的片段，如UUG、UGU、GUU等第二步：将三个核苷酸的片段与大肠杆菌核糖体结合第三步：配制含20种氨基酸和相应tRNA的溶液1—20号，每号溶液中各有一种氨基酸是14C标记的第四步：将含有核苷酸片段的核糖体、配制的溶液加在一起，然后硝酸纤维素膜过滤，其他东西可以滤掉，但核糖体过滤不掉，测定核糖体上的放射性可以知道那种氨基酸结合到了核糖体上，测知那种氨基酸的密码子

123420

核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体5UUG35UUG35UUG35UUG35UUG3tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAaaaaa

色氨酸赖氨酸亮氨酸组氨酸丙氨酸

过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上无放射性无放射性有放射性无放射性无放射性…...

用此方法测得UUG是亮氨酸的密码子,UGU是半胱氨酸的密码子,GUU是缬氨酸的密码子123420

核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体5UAA35UAA35UAA35UAA35UAA3tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAaaaaa

色氨酸赖氨酸苏氨酸精氨酸酪氨酸过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上无放射性无放射性无放射性无放射性无放射性

说明UAA为终止密码子，同样方法测得UAG、UGA也为终止密码子

起始密码的确定：Nirenberg的三联体结合试验是在体外进行的试验，合成时能从任何一个密码子开始，可以合成任意一个氨基酸开头的多肽链。分不清哪个是起始密码子

1966年，剑桥分子研究中心A.J.Clark等发现在体内进行合成的多肽链，其开头在细菌都为甲酰甲硫氨酸，在真核生物都为甲硫氨酸，且都是从AUG这个密码子开始，因此，把AUG定为起始密码子。

终止密码子的推测：

Nirenberg、Khorana的试验都发现UAA、UAG、UGA三个密码子不能代表任何的氨基酸。

1964Yanofsky发现为E.coli编码trpA的mRNA链还同时编码trpB、trpC、trpD、trpE四种多肽链，推测每条多肽链之间可能有终止密码子。E.Coli的Trpˉ突变株是不能合成色氨酸合成酶蛋白，对他进行诱变可得到回复突变，回复突变有两种类型：个别氨基酸发生了变化。另一种为完全回复，没有任何氨基酸组成的变化。说明Trpˉ不是任何移码突变，从后一种推测可能存在终止密码

终止密码子的破译：

1965年剑桥分子研究中心的Brenner,发现

E.coli一些无义突变型是在色氨酸位置上变化,由UGG变成UGA，把UGA定为终止码在酪氨酸位置上变化，由UAC、UAU变成UAA、UAG，所以把UAA、UAG码子也定为终止密码

重复共聚物法破译遗传密码：1965年美国Khorana设计了更为巧妙的方法合成2个、3个或4个核苷酸为单位的重复mRNA片段通过对比各片段翻译的氨基酸来进行密码破译方法

UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC

UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC共聚物丝亮丝亮丝亮丝亮翻译物

亮丝亮丝亮丝亮

有UCUCUC读法和CUCUCU读法

每次标记2种氨基酸UUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUC共聚物

苯苯苯苯苯苯苯苯丝丝丝丝丝丝丝丝多聚翻译物亮亮亮亮亮亮亮亮

有UUC、UCU、CUU三种读法每次试验标记1种氨基酸UUACUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUAC

苏酪亮亮苏酪亮亮亮亮苏酪亮亮苏酪翻译物酪亮亮苏酪亮亮苏仅有四种密码UUACUUACUUAC

每次试验标记四种氨基酸重复顺序可组成的三联体密码多肽的氨基酸组成1(UC)nUCU-CUC丝-亮2(UUC)n(UUC);(UCU);(CUU)poly苯,poly丝,poly亮3(UUAC)n(UUA-CUU-ACU-UAC)亮-亮-苏-酪

1、组成重复的RNA只能是UCU-CUC,翻译的多肽为丝氨酸、亮氨酸排列，此处不能确定其密码子2、怎么读都产生多聚苯、多聚丝、多聚亮。1与2只有一个密码子相同，都有丝氨酸、亮氨酸，不能确定3、怎么读都为四个密码子的循环，但合成的肽连中氨基酸有三种。亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸

3与2对照，彼此共有密码子CUU和亮氨酸，因此，亮氨酸码子为CUU2中已知CUU是亮氨酸，2与1对照丝氨酸一定为UCU，因为1、2中都有丝氨酸。苯丙氨酸则为UUC假设基因经过转录翻译后产生一条含3149个肽键的多肽链，则该基因所含的碱基数是多少？知识要点：1、一个肽链上氨基酸的数目等于：肽键数+12、密码子是三联体3、基因的结构为DNA，是双链的4、基因末端是终止密码5、真核生物在N端第一个甲硫氨酸，原核生物则为甲酰甲硫氨酸，在多肽链合成完毕之前两种氨基酸都被切除掉了。解题思路：1、据知识要点1，此多肽链应有3149+1=3150氨基酸2、据知识要点2，此mRNA至少应长3150×3=94503、据知识要点3，此段基因为9450×2=189004、据知识要点4，应再加上6个核苷酸18900+6=189065、据知识要点5，应再加上6个核苷酸18906+6=18912（标准答案有18906，18900）解题捷径：

肽键数×3×2+18=3149×3×2+18=18912

四、遗传密码的特性

1、普遍性和特殊性普遍性指从病毒到人类都具有同样的意义。体内试验：烟草花叶病毒的外壳蛋白、大肠杆菌色氨酸合成酶、人的血红蛋白等发生的氨基酸置换都是同样的密码子改变所致体外试验：大肠杆菌抽提液可把兔子的血红蛋白的mRNA作模版，合成兔子的血红蛋白。真核生物的基因连在病毒或质粒载体上，合成真核生物的蛋白质，都说明了密码子的普遍性。特殊性指在一些生物线粒体和一些生物核基因组中密码子含义的异义现象。

密码子通用性的例外情况密码子通用情况例外情况例外的生物UGA终止子色氨酸人酵母线粒体支原体UGA终止子半胱氨酸纤毛虫核基因组CUA亮氨酸苏氨酸酵母线粒体AUA异亮氨酸甲硫氨酸人线粒体AGA精氨酸终止子人线粒体AGG精氨酸终止子人线粒体GUG缬氨酸丝氨酸假丝酵母核基因组UAA终止子谷氨酸草履虫四膜虫核GUAG终止子谷氨酸草履虫核GAAA赖氨酸天冬氨酸果蝇线粒体CUG亮氨酸终止子圆柱念珠菌核GCUN亮氨酸苏氨酸酵母线粒体

2、兼并性（degeneracy）多个遗传密码编码同一种氨基酸的现象1）兼并的例子氨基酸密码子数氨基酸密码子数丝氨酸6天冬氨酸2亮氨酸6酪氨酸2精氨酸6组氨酸2脯氨酸4谷氨酸2苏氨酸4赖氨酸2丙氨酸4谷氨酰胺2甘氨酸4天冬酰胺2缬氨酸4半胱氨酸2异亮氨酸3色氨酸1终止码3甲硫氨酸1苯丙氨酸2

2）兼并性的机制摇摆假说：认为在核糖体中mRNA上的密码子仅以5‘开头的两个核苷酸同相应的tRNA上的反密码子2、3位形成标准的Watson—Crick碱基配对，而在第三位碱基之间的配对有某种程度的灵活性摇摆性使同一种tRNA上的反密码子可以与几种或多种密码子配对结合OnetRNAanticodonmaypairwithasmanyasthreecodons.前前后后

密码子与反密码子的关系反密码子5’端密码子3’端第三位碱基第一位碱基正常时摇摆时UAGCGAUGCUICUCA

I:次黄嘌呤核苷

摇摆性的意义是生物的一种自我防护机制和功能。当mRNA上的密码子发生改变时仍然有携带特定氨基酸的特定tRNA结合上去。例如当亮氨酸的密码子CUC变成CUU或CUA时仍然是亮氨酸结合上去，保证了稳定此种兼并性。

3’5’321GAGCUCCUU

迂到此mRNA是亮氨酸结合上去遇到此mRNA是亮氨酸结合上去

摇摆性的“三中读二”原则：密码子的1、2位碱基与反密码子能形成6个氢键时，可三中读二，如：CCX,CGX,GCX,GGX

密码子的1、2位碱基与反密码子能形成4个氢键时，不可三中读二，

AAX,AUX,UAG,UUX

密码子的1、2位碱基与反密码子能形成5个氢键时分两种情况：当第二个碱基为嘧啶时可三中读二，如

UCX,ACX,CUX,GUX。当第二个碱基为嘌呤时不可三中读二，如CAX,GAX,UGX,AGC原核生物、真核生物只有大约30种反密码子，而密码子却有61种，反密码子少的原因就在于反密码子具有摇摆的特性。超级兼并密码：线粒体中存在的一个密码子可以识别比摇摆假说中更灵活、规定更多的密码子按照摇摆假说哺乳动物线立体中应该有32种tRNA,也既32种反密码子才能解读它的全部密码。但实际上线粒体中只有22种反密码子例如大肠杆菌颉氨酸的密码子是3个，反密码子至少有4个。但在哺乳动物线立体中颉氨酸的反密码子只有一个UAC，他能识别的密码子是3个

3）兼并性的相对性甲酰甲硫氨酸tRNA的不规则摇摆：双关密码子:（ambiguouscodon）多义密码子能编码一种以上氨基酸的密码子例如密码子UUU能编码笨丙氨酸，偶而也能编码亮氨酸。机制在于UUU码子可被一种以上tRNA识别，也说明很早以前UUU就是亮氨酸的密码子无义密码的相对性：大肠杆菌中色氨酸tRNA在正常情况下能以一定的几率

识别终止密码UGA，造成通读。在一定情况下在终止密码处不终止，而是由色氨酸、或磷酸丝氨酸、硒半胱氨酸等结合上去，造成翻译过程的通读，因此，把此终止密码子称作：渗漏终止密码子

3、密码子的不均一性

64种密码子各自的使用频率不同，即便是同一种氨基酸的多种密码子使用频率在同一生物也不一样的现象。大肠杆菌核糖体蛋白质的mRNA中共有1209个密码子，其中亮氨酸的密码子6种，每种的使用频率不同

UUA1次比例1.1%UUG2次2.2%CUU4次4.5%CUC3次3.4%CUA0次0.0%CUG79次89.0%

密码子偏倚性：(codonbias)同一种氨基酸的同一种密码子使用频率在不同生物不一样的现象，此已经成为克隆的基因在异源生物体中有效表达的重大障碍

大肠杆菌核糖体蛋白mRNA哺乳动物核糖体蛋白mRNA

1209个密码子中亮氨酸密码子2244个密码子中亮氨酸密码子UUA1次1.1%2次0.09%UUG2次2.2%9次10.1%CUU4次4.5%9次10.1%CUC3次3.4%27次30.3%CUA0次0.0%7次7.9%CUG79次89.0%47次52.8%

4、不重叠性重叠2个核苷酸时：ATGCTACGTAGCATGCCACGTAGCATGATGTGCTGCGCTGCCCTACCATACCACACGACGCGTCGTGTAGTATAGTAGAGCAGC

人类正常血红蛋白β链63位是：组氨酸

人类高铁血红蛋白症β链63位是：酪氨酸人类正常血红蛋白β链6位是：谷氨酸

人类镰刀型贫血症β链6位是：缬氨酸许多其他的例子都是仅仅有一个氨基酸的变化，支持了三联体密码子不重叠的理论，因为，当是重叠2个核苷酸时，一个碱基的替代至少会导致3个氨基酸的变化。那么，会不会重叠1个核苷酸呢？

重叠1个核苷酸时：ATGCTACGTAGCTATGCCACGTAGCTATGATGGCTGCCTACCACCGTCGTTAGTAGGCTGCT

在分析大量的变异的蛋白质后发现没有两个氨基酸变化的，证明不重叠１个．在C或A变化时也会出现只有一个氨基酸变化的，但此说明不了密码子是重叠的重叠1个核苷酸时：ATGCTACGTAGCTATGATACGTAGCTATGATGGCTGATTACTACCGTCGTTAGTAGGCTGCT

在第4位C变成A时也会出现只有一个氨基酸变化的，但此说明不了密码子是重叠的因为重叠1个时，会出现一个氨基酸变化的，也会出现两个氨基酸变化的，但实际上没出现两个氨基酸变化的

５、连续性密码子与密码子之间没有逗号隔开的现象若有逗号隔开则：ATG＊GCT＊ATC＊TAGCrick和Brenner用大肠杆菌T4噬菌体rⅡ区突变体作的实验，发现单个核苷酸的插入、缺失形成的突变型在大肠杆菌K菌株上都不能生长，都不能成为拟野生型．说明是发生了移码突变．

如果密码子之间有逗点，则一个核苷酸的插入、缺失只会涉及到一个密码子的变化，不会出现移码，就会出现拟野生型的

６、５‘３’方向阅读性遗传密码、反密码子的阅读方向都是从5’开始1965年，Ochoa用实验方法证明了遗传密码的阅读方向多核苷酸磷酸化酶：合成RNA时不需要DNA模板，使结合上去的核苷酸完全是随机的胰核糖核酸酶：能使嘧啶核苷酸C的3’磷酸基同它邻近的5’羟基之间的核苷酸链断开5’AAAAAAACAAAA3’

20A：1C5

’AAAAAAAAAAAAAAAAAAAACAAAC3’

5’AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAC3’赖赖赖赖赖赖天冬酰胺

AAC5’3’赖赖赖赖赖赖谷氨酰胺AAC剪切

五、遗传密码的进化

1、最早出现的四种密码人们推断最早出现的氨基酸是甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸、缬氨酸，因此，最早的密码为GGC、GCC、GAC、GUC

2、分化形成七种密码以上几种氨基酸作为前体又分化出了谷氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸，因此又出现了又出现了三种密码，UAA、UCA、UUC

3、原始密码表的出现以上七种氨基酸作前体又逐渐分化出了8种氨基酸，因此又分化出了8种密码和一个终止密码，形成了原始密码表

新原始密码表UUC苯丙氨酸UCC丝氨酸UAC终止码UGC半胱氨酸CUC亮氨酸CCC脯氨酸CAC组氨酸CGC精氨酸AUC异亮氨酸ACC苏氨酸AAC天冬酰胺AGC其它GUC缬氨酸GCC丙氨酸GAC天门冬氨酸GGC甘氨酸为了防止错读，又演化出了同义密码，为了防止超读，又演化出了两个终止密码。为了使蛋白质更具有多样性，又演化出了几种氨基酸，演化出了几种密码，逐渐形成了今天的密码表

六、遗传密码研究进展

１、副密码子（paracodon)tRNA分子上供其氨酰基－tRNA合成酶识别的特异小区．tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域mRNA蛋白质决定tRNA荷载的是氨酰基－tRNA合成酶

氨酰基－tRNA合成酶

各种tRNA识别氨基酸的测链基团识别副密码子

1986年，Normanly将亮氨酸tRNA分子中置换了12个碱基,反密码子没改变,此tRNA变成了携带丝氨酸1988年,侯雅明将丙氨酸抑制tRNA分子改变了许多位点,组成了28种突变体,发现许多突变体都不改变其携带丙氨酸的性质,但当改变G3U70这一碱基对时携带其他的氨基酸.此区域就是氨酰基tRNA合成酶的识别区—副密码子

2、第二遗传密码（表观遗传密码）决定多肽链折叠形成有功能蛋白质的遗传信息蛋白质一级结构决定其空间结构的密码

由DNA序列以外的化学标记编写的、控制表观遗传印记的另一类遗传密码。

遗传密码是遗传信息从DNARNA流向蛋白质，是明码，又叫第一遗传密码，是遗传信息传递的第一层次第二遗传密码是遗传信息从蛋白质氨基酸序列蛋白质的空间结构功能，也既蛋白质分子折叠是遗传信息传递的第二层次。中心法则解决了蛋白质的形成，但没有解决蛋白质如何折叠形成功能蛋白质，给后人留下了新的难题，从遗传信息到生物功能研究就是研究蛋白质分子折叠机制，既破译第二遗传密码

我国北京西郊，中科院院士皱承鲁领衔此课题，有望破译。现已经发现第二遗传密码有三个特性兼并性：不同序列对应相同结构多义性：类似序列具有不同结构全局性：局部序列改变会影响整个结构

关于遗传密码的批判：中国有人从化学角度批判，从物理学角度批判、从数学角度批判。遗传密码与易经的联系：易经的阴阳作用有64种状态，即64卦。易经也是二进位制，与计算机一样。易经中的太阴、少阴、少阳、太阳等于U、C、G、A。美国学者马丁，斯科诺伯杰在（生命的奥秘）书中说：遗传密码和中国人的64卦组合排列紧密相连。蛋白质种类成千上万，但折叠类型仅约650种。在双链DNA分子中有腺嘌呤p个，占全部碱基的比例为N/M，《M﹥2N》则该DNA分子中鸟嘌呤的个数为。A.(pM/N)－pB.(pM/2N)－pC.pM/2ND.N－2p/2M选择一个答案写出推导步骤总结出解题捷径推导过程：1、在双链DNA中A+G=T+C,因此A+G=50%，T+C=50%2、从50%的减去A的数目即为G的数目3、腺嘌呤为A，有p个，占比例为N/M,说明腺嘌呤为N个4、M为碱基总数，因此，PM/2N=NM/2N=M/2M/2即为此分子占总碱基数的一半，可视为A+G则从此种减去A即为G所以（M/2）-PB正确A错，因为从总碱基数中减AC错，因为是等于总碱基数的一半D错，因为N=P,所以，N-2P=N-2N,成了负数关键理解：

从50%中减去A即为G的个数。名词概念解释一、关于DNA1、cDNAcomplementaryDNA互补DNA与RNA顺序互补的DNA。2、DNAsequencefamilyDNA顺序家族DNA变性后可以形成稳定的碱基配对双链分子的顺序。3、DNAfingerprintDNA指纹一个人的DNA经过一定的内切酶切后，与重复序列中的核心序列作探针进行Southern杂交，每个人各自都有自己的杂交带型，如同自己的指纹一样。4、DNase脱氧核糖核酸酶5、rDNA编码核糖体RNA的DNA6、cccDNA共价闭合环状DNA7、ctDNA叶绿体DNA8、mtDNA线粒体DNA9、DNA退火重新结合成双链的过程。10、DNApolymorphismDNA多态性同种生物不同的个体间在某些位点发生中性突变，使DNA的一级结构发生轻微变化，但不影响基因的表达性质。是分子水平的遗传标记。11、DNAcomplexityDNA复杂度DNA分子中最长的无重复的核苷酸序列长度（bp）

复杂度与DNA的关系：重复序列越多，复杂度越小DNA分子越大复杂度越大。如果DNA分子中无重复序列，复杂度等于分子量（bp）

复杂度与DNA复性：在片段大小一样情况下，复杂度越大复性越慢，复杂度越小，复性越快12、DNA印迹法=Southernbloting13、重链DNA富含胞嘧啶C的链。又叫C链。由于在存在聚肌苷鸟嘌呤环境中，富含胞嘧啶C的链能够结合较多的聚肌苷鸟嘌呤，因此较重14、轻链DNA又叫W链。15、正链DNA病毒的单链基因组链16、副链DNA复制出来的链17、SelfishDNA自在DNA自私DNA冒充DNA高等生物中不参与组成基因的某些或所有DNA。18、重组DNArecombinantDNADNA嵌合体质粒DNA上嵌入供体DNA片段后形成的DNA。19、生物素-DNAbiotinylated-DNA由于生物素-dUTP参入形成的生物素标记的DNA。20、携带者DNAcarrierDNA在DNA转染或DNA沉淀回收试验中，由于DNA的量太少而另外加入的、可以提高实验效率而不会干扰试验结果的DNA。21、折回DNAfoldbackDNA带有反向重复序列的单链DNA。可折回形成双链区22、连接DNA专指两个核小体之间相连的那一段分子。二、关于RNA1、RNiRNAinterferenceRNA干扰一些小分子量的外源双链RNA进入寄主细胞后，可促进其与同源的内源mRNA发生特异性的降解作用，高效特异的阻断体内相应基因的活动。（使基因处于沉默状态）。也即在体内发挥基因的剔除作用。是生物界普遍存在的一种在RNA水平上调节基因表达的方式。2001年RNA干涉被评为年度十大科技突破之一。23、DNA标签根据插入突变原理，用已知DNA片段作探针插入目的DNA序列来探知目的基因的作用和克隆。24、ssDNA单链DNA25、dsDNA双链DNA

2、RNA成熟酶在mRNA成熟过程中，有些基因的内含子各自编码一种蛋白质叫做RNA成熟酶，来删除自己。dsRNAsiRNA（22—25bpRISCRNA诱导的沉默复合物切割细胞核或细胞质中与siRNA同源的mRNA序列，使基因沉默进入细胞3、RNAeditingRNA编辑一种独特的RNA转录物的成熟与修饰方式。在RNA成熟、修饰过程中发生的核苷酸的加入或删除现象。例如有的前体RNA成熟过程需加入1000多个U，有的需删除几十、几百个核苷酸。4、RNA抑制5、RNP=RNA-蛋白质复合物=ribonucleoprotein6、RNA合成酶7、RNAsplisingRNA剪接mRNA成熟过程中的一个步骤。即从mRNA前体中去除内含子，连接外显子的过程。8、RNAdeterminantRNA决定子编码核糖体RNA和转移RNA的DNA区段的统称。9、RNase=RNA酶使RNA失活和降解的任何一类酶系10、RNA印迹法=Northernbloting11、RNA催化剂酶性RNA核糖核酸质酶（核酶ribozyme）起催化作用的一种小RNA分子。RNA分子的催化作用在80年代被Cech和Altman发现，1989年获得诺贝尔奖。12、hnRNA核内不均一RNA大型核RNA真核细胞内一类含量高、分子量大、不稳定的RNA。是成熟mRNA的前体。13、snRNA(smallnuclearRNA)核小RNA、小分子核内RNA。真核细胞核内由RNA聚合酶Ⅱ催化转录的RNA。特征：具有修饰甲基5末端带有类似帽结构（M3227Gppp）不参与蛋白质合成在RNA加工方面有重要作用,参与RNA的成熟过程长度为90—220个核苷酸种类12种，U1—U12位置：6种位于核中，5种位于核液中，1种位于核仁与蛋白质结合成小核核糖核蛋白颗粒（snRNP）14、反式作用RNAtrans-actingRNA高等生物含有的长约100—300nt，很多、不连接的小分子RNA片段，这些片段位于核中的叫做snRNA，处于细胞质中的叫做scRNA。15、小分子胞质内RNAsmallcytoplasmicRNA16、gRNAguideRNA指导RNAsmallinterferingRNA小分子干扰RNA（siRNA）一类小分子RNA,可以和mRNA分子被编辑的部分发生非常规的互补（GU配对），对mRNA前体的编辑起指导作用。17、miRNA微小RNA（2002年十大科技突破之一)22个核苷酸的小分子RNA。实在前体RNA分子形成折叠茎环二级结构后形成的，在基因表达调控中起某作用。能调节mRNA表达的非编码RNA基因产物。18、引物RNAprimerRNA复制时，在合成DNA片段之前，由引发酶在DNA单链模版上合成的一段RNA。19、反义RNAanti-senseRNADNA的一条链转录成mRNA，另一条链可转录出反义RNA，与mRNA互补。当反义RNA与mRNA互补结合时，可阻止mRNA的翻译，起到调节作用。反义RNA结合到另一个RNA上，此类小反义RNA叫做反式转录物RNA,(couotertranscriptRNActRNA)若靶子RNA是一个mRNA，此反义RNA叫做干扰mRNA的互补RNA.(mRNA-interferingcomplementaryRNAmicRNA)20、cRNA互补RNA病毒RNA进入宿主细胞后作为模版指导合成的RNA.21、正链RNA=病毒的RNA22、负链RNA以病毒的RNA为模版合成的RNA。以负链RNA合成的产物又成为正链RNA。23、遮盖mRNA存在于细胞内但不翻译蛋白质的信使RNA分子。仅与特异类型的蛋白质结合形成信使核糖核蛋白体（mRNP）24、RNAmaturationRNA成熟RNAprocessingRNA加工RNAsplisingRNA剪辑RNAmodificationRNA修饰指前体mRNA向成熟mRNA过程中的加帽、加尾，切除内含子等过程。25、RNAⅠ分子、RNAⅡ分子由ColE1质粒DNA转录的小分子量RNA分子，是控制该质粒复制的两种关键因素。二者是从同一段DNA的正链、负链转录的，有互补序列，RNAⅠ分子与RNAⅡ分子互补结合，使RNAⅡ结构改变，无法作为复制引物。26、splicingleaderSLRNA剪接前导RNA反式剪接的5端外显子反式剪接：不同基因的外显子剪切后相互连接。顺式剪接：同一个基因内的外显子剪切后相互连接27、小分子时序RNAsmalltemporalRNAstRNA罕有2个碱基的、可以通过对特定目标转录本的翻译的抑制来调控线虫的发育时钟。28、关联tRNA同族tRNAcognatetRNA可被同一种特定的氨酰基-tRNA合成酶识别的那些tRNA.29、抑制tRNA当mRNA上密码子发生突变后，相应的tRNA也在反密码子发生突变，仍然携带原先所携带的氨基酸，使突变不能显现。30、同工tRNAIsoacceptortRNA接受同一种氨基酸，并由同一种氨酰基-tRNA合成酶识别的两种或若干种tRNA。同工tRNA的反密码子不同。31、多数tRNA具有相同的密码子，携带相同的氨基酸的tRNA也有好几种，但结构不同、含量也不同，含量高的叫多数tRNA.32、少数tRNA含量少的叫少数tRNA33、snoRNAsmallnucleolarRNA核仁小分子RNA，存在于核仁区，几十到几百个核苷酸。34、tmRNA转运-信使RNA在细菌和细胞器中存在，长260-430个核苷酸的稳定的小分子RNA。具有tRNA和mRNA的双重功能。三、关于PCR1、基本PCR(指数增加）2、不对称PCRasymmetricPCR用不等量的引物，（相差100倍）扩增后产生大量单链模版DNA.此对引物分别叫作：高浓度引物叫非限制性引物、低浓度引物叫限制性引物。刚开