遗传密码的起源和进化
遗传密码
遗传密码-概念英文名：codon遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。
指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG开始，每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
遗传密码是一组规则，将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列，以用于蛋白质合成。
几乎所有的生物都使用同样的遗传密码，称为标准遗传密码；即使是非细胞结构的病毒，它们也是使用标准遗传密码。
但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。
[编辑本段]遗传密码-特点1．连续性。
mRNA的读码方向从5'端至3'端方向，两个密码子之间无任何核苷酸隔开。
mRNA链上碱基的插入、缺失和重叠，均造成框移突变。
遗传密码表2．简并性。
指一个氨基酸具有两个或两个以上的密码子。
密码子的第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。
3．摆动性。
mRNA上的密码子与转移RNA(tRNA)J上的反密码子配对辨认时，大多数情况遵守碱基互补配对原则，但也可出现不严格配对，尤其是密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对时常出现不严格碱基互补，这种现象称为摆动配对。
4．通用性。
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。
但已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
[编辑本段]遗传密码-破解历史遗传密码的发现是20世纪50年代的一项奇妙想象和严密论证的伟大结晶。
mR NA由四种含有不同碱基腺嘌呤[简称A]、尿嘧啶（简称U）、胞嘧啶（简称C）、鸟嘌呤（简称G）的核苷酸组成。
最初科学家猜想，一个碱基决定一种氨基酸，那就只能决定四种氨基酸，显然不够决定生物体内的二十种氨基酸。
那么二个碱基结合在一起，决定一个氨基酸，就可决定十六种氨基酸，显然还是不够。
如果三个碱基组合在一起决定一个氨基酸，则有六十四种组合方式，看来三个碱基的三联体就可以满足二十种氨基酸的表示了，而且还有富余。
第三章遗传密码
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
1
核糖体 5 UUG3 tRNA a
2
核糖体 5UUG3 tRNA a
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DNA 最可能的候选者。 RNA 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 定位在mRNA: 1961年，英国分子生物学家布伦纳
版了(What is life)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
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。
遗传密码
遗传密码遗传密码-概述遗传密码遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。
指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG 开始，每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
遗传密码决定蛋白质中氨基酸顺序的核苷酸顺序，由3个连续的核苷酸组成的密码子所构成。
由于脱氧核糖核酸（DNA）双链中一般只有一条单链（称为有义链或编码链）被转录为信使核糖核酸（mRNA），而另一条单链（称为反义链）则不被转录，所以即使对于以双链DNA作为遗传物质的生物来讲，密码也用核糖核酸(RNA）中的核苷酸顺序而不用DNA中的脱氧核苷酸顺序表示。
遗传密码-简介人体遗传密码正在被逐步破译图册在转移核糖核酸（tRNA）分子中有一组与mRNA中的密码子配对的三联体，称为反密码子。
每种tRNA携带一种特定的氨基酸，在遗传密码的解读中起着关键性的作用。
1961年英国分子生物学家F·H·C·克里克等在大肠杆菌噬菌体T4中用遗传学方法证明密码子由三个连续的核苷酸所组成。
美国生物化学家M·W·尼伦伯格等从1961年开始用生物化学方法进行解码研究。
1964年尼伦伯格等人进行人工合成的三核苷酸和氨基酰-tRNA、核糖体三者的结合试验，证明三核苷酸已经具备信使的作用。
通过种种实验，遗传密码已于1966年全部阐明。
表中所列的64个密码子编码18种氨基酸和两种酰胺。
至于胱氨酸、羟脯氨酸、羟赖氨酸等氨基酸则都是在肽链合成后再行加工而成的。
64个密码子中还包括3个不编码任何氨基酸的终止密码子，它们是UAA、UAG、UGA。
这种由3个连续的核苷酸组成的密码称为三联体密码。
1954年２月，美国物理学家Gamow根据Watson和Crick发表的DNA双股螺旋结构，提出了DNA的腺嘌呤N5C5H5,鸟嘌呤N5C5H5O,胞嘧啶N3C4H5O和胸腺嘧啶N2C5H6O2等四种碱基可能就是密码子的最初设想。
遗传密码 科普
遗传密码科普
遗传密码是指DNA分子中所包含的遗传信息。
DNA是由四种不同的碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成的长链，这些碱基以特定的顺序连接在一起，形成了双螺旋结构。
这个特定的顺序编码了生物体遗传信息的密码。
遗传密码的解读是通过DNA转录成RNA分子来实现的。
RNA是DNA的拷贝，在转录过程中，DNA链上的碱基序列
被酶复制成与之对应的RNA链。
RNA分子再通过翻译作用，将遗传信息转化为蛋白质。
翻译
过程中，RNA链被读取，每三个碱基组成一个密码子，对应
一个特定的氨基酸。
根据这个特定的密码子-氨基酸对应关系，特定的氨基酸被加入正在合成的蛋白质链中，最终形成特定的蛋白质。
遗传密码的特点是三个碱基对应一个氨基酸，所以每一个密码子共有64种可能性（4种碱基的3次方），以编码20种氨基
酸和终止信号。
这意味着有些密码子对应多种氨基酸，这被称为遗传密码的简并性。
遗传密码的解读对生命的功能和特性至关重要。
它决定了
DNA如何转录成RNA，进而决定了蛋白质的合成，进一步决
定了生物体的结构、功能和特征。
对遗传密码的研究成果为我们解开了生命奥秘，也为遗传学、生物工程和医学等领域的发展提供了基础。
通过对遗传密码的
深入研究和理解，我们可以设计和改造生物体的基因组，开发新的药物和治疗方法，甚至掌握生命的调控和创造。
遗传密码子起源
遗传密码的起源遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。
指信使RNA(mRNA)分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG开始，每三个核苷酸组成的三联体。
它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。
遗传密码是一组规则，将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列，以用于蛋白质合成。
几乎所有的生物都使用同样的遗传密码，称为标准遗传密码；即使是非细胞结构的病毒，它们也是使用标准遗传密码。
但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。
遗传密码的发现是20世纪50年代的一项奇妙想象和严密论证的伟大结晶。
mRNA由四种含有不同碱基腺嘌呤[简称A]、尿嘧啶（简称U）、胞嘧啶（简称C）、鸟嘌呤（简称G）的核苷酸组成。
最初科学家猜想，一个碱基决定一种氨基酸，那就只能决定四种氨基酸，显然不够决定生物体内的二十种氨基酸。
那么二个碱基结合在一起，决定一个氨基酸，就可决定十六种氨基酸，显然还是不够。
如果三个碱基组合在一起决定一个氨基酸，则有六十四种组合方式，看来三个碱基的三联体就可以满足二十种氨基酸的表示了，而且还有富余。
猜想毕竟是猜想，还要严密论证才行。
自从发现了DNA的结构，科学家便开始致力研究有关制造蛋白质的秘密。
伽莫夫指出需要以三个核酸一组才能为20个氨基酸编码。
1961年，美国国家卫生院的Matthaei与马歇尔·沃伦·尼伦伯格在无细胞系统（Cell-free system）环境下，把一条只由尿嘧啶(U)组成的RNA转释成一条只有苯丙氨酸(Phe)的多肽，由此破解了首个密码子（UUU -> Phe）。
随后哈尔·葛宾·科拉纳破解了其它密码子，接着罗伯特·W·霍利发现了负责转录过程的tRNA。
1968年，科拉纳、霍利和尼伦伯格分享了诺贝尔生理学或医学奖。
一、遗传密码起源的时间M. Eigen通过rRNA序列比较的统计学评价得出遗传密码出现的时间在36亿年前二、起源的地点应该与生物大分子起源地方一致三、起源的学说凝固事件学说1968年，Crick在《the Origin of the Genetic Code》提出有一种观点：密码子与氨基酸的关系是在某一时期固定的，以后就不再改变。
遗传密码的演化与创新研究
遗传密码的演化与创新研究遗传密码是指基因信息的翻译过程中，从核酸序列到蛋白质序列的信息转换规律。
在遗传学研究中，遗传密码一直是一个备受关注的领域，因为对其了解越深入越能帮助人类更好地理解生命的本质。
遗传密码的历史20世纪中期，遗传密码的研究正式开始。
1953年，J.D. Watson和F.H.C. Crick 提出了著名的双链螺旋DNA结构模型，奠定了现代生命科学的基础。
随后，国际上的科学家陆续开展了关于遗传密码的研究。
1961年，Nirenberg等人推出了“三联体假说”，从此开始了遗传密码的探索。
通过一系列的实验和研究，科学家发现了遗传密码的基本规律：每三个核苷酸为一个密码子，能够编码一个氨基酸。
例如，多种氨基酸与信使RNA的不同三联体统计表明，我们有64种可能的三联体，而只有20种氨基酸需要被编码。
此外，还有3种另类密码子，它们与序列上下文相关，其编码功能的“机制”则是自适应的和灵活的，这部分的机制在译后修饰等了解其特征功能的分子生物学研究、以及相关生理过程调节等方面都有一定的意义。
遗传密码的演化在遗传密码的研究中，人们对于它的起源和演化也进行了大量探索。
事实上，遗传密码的演化是一个非常复杂的过程。
其一是遗传密码如何形成，也即遗传信息的传递如何成为规律性的序列嵌套，展现出信息学的组织形式；其二是在演化过程中，不同生物类群的遗传密码究竟是如何形成的。
科学家发现，遗传密码的演化是由很多复杂因素共同作用的结果。
这其中，典型的例如起源生物的遗传物质流传方式、不同生物类群间基因池的大小、等优势适应因素、环境压力等对遗传信息的影响等等。
其中，100万亿种生命以来，细菌在几百万年中演化得非常复杂，远比我们想象的演化速度要快得多。
遗传密码的创新研究近年来，伴随着技术的不断革新和科学家们的持续努力，遗传密码的研究得到了长足的发展。
国际上的科研团队通过基因工程技术和计算机模拟等手段，不仅发现了一些新的生物类群遗传密码的变异和不同类群之间的差异，还通过改变遗传密码的编码方式，创造了一些“胆儿大”的新型蛋白质，这些新型蛋白质被用于开发新型的药物治疗和工业生产。
遗传密码的演化与进化
遗传密码的演化与进化遗传密码是指基因信息从脱氧核糖核酸（DNA）转录为核糖核酸（RNA）时的密码，以及进一步翻译为氨基酸序列的过程。
遗传密码的演化和进化是一个非常有趣和复杂的话题，它涉及到生命演化的起源、多样性和适应性，但不涉及政治。
一、起源和演化遗传密码是在所有生命形式的最初起源时演化出来的。
在这个过程中，DNA中的基因信息被转录为相应的RNA信息，随后被翻译成氨基酸序列。
这个过程中需要一种语言来编码这些信息，这就是遗传密码。
不同物种的遗传密码会略有不同，但它们都共享了一些基本的原则。
二、遗传密码的规律遗传密码以三个碱基为一组进行编码，即“三联体编码”。
因为碱基有四种类型（A、C、G、T），它们以三联体编码方式排列，共有64种可能的编码组合。
这64种组合中61种编码氨基酸，而另外三种则用于代表码子终止的信号。
这种编码方式使得遗传密码非常简单、高效。
此外，遗传密码中还存在许多保守的特性，例如同一或相邻区域内的编码往往是高度保守的，同样的氨基酸也往往由相似的编码组合表示。
这些规律反映了遗传密码的演化历史和物种间的亲缘关系。
三、遗传密码的进化随着进化的进程，生命形式的遗传密码也会发生改变。
有时这些改变是带有显著的生物学意义。
例如，在某些物种中，某些编码终止氨基酸的信号并不暗示蛋白质的结束，而是用来指示具有不同功能的新编码的开始。
此外，遗传密码的进化也可以揭示出物种间的演化关系。
因为遗传密码是由DNA和RNA序列编码的，这些序列在不同物种之间会有差异。
这些差异越小，则表示这些物种越相似，因为它们共享的遗传信息也越多。
总的来说，遗传密码的演化和进化是一个非常重要而且复杂的话题。
它涉及到基因组学、生物系统学、生命起源和进化等多个领域。
对于我们理解生物多样性和生命演化的机理是非常有益的。
《遗传密码》课件2
遗传密码在不同生物中的差异，反映了生物进化的历程。 通过比较不同生物的遗传密码，可以揭示生物进化的规律 和机制。
物种分类和鉴定
遗传密码具有高度保守性，不同物种的遗传密码存在一定 的差异。利用遗传密码可以对物种进行分类和鉴定，为生 物多样性和生态学研究提供有力支持。
在生物工程中的应用
01 02
03
遗传密码与其他分子 系统的相互作用
遗传密码是生物分子系统的重要组成 部分，未来的研究将更加关注与其他 分子系统之间的相互作用和相互影响 ，以全面了解生物分子的运作机制。
THANKS
遗传密码在生物技术中的应用
随着生物技术的不断发展，遗传密码的应用范围将进一步扩大，例如在基因编辑、基因 治疗等领域的应用。
遗传密码在合成生物学中的应用
合成生物学是当前生物学领域的重要分支，未来将有更多的研究致力于利用遗传密码构 建人工生物系统，以实现新的生物功能和特性。
遗传密码在农业和生物产业中的应用
《遗传密码》ppt课件
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目录
• 遗传密码的概述 • 遗传密码的组成 • 遗传密码的破译 • 遗传密码的应用 • 遗传密码的未来发展
01
遗传密码的概述
遗传密码的定义
1 2
3
遗传密码
是指DNA和RNA中的核苷酸序列按照一定的规则，将碱基 序列转化为氨基酸序列的一套规则。
遗传密码的发现
1960年代，美国科学家马歇尔·沃森和英国科学家弗朗西斯· 克里克发现了DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代。
遗传密码的破译
1961年，美国科学家马歇尔·尼伦伯格和马歇尔·科拉纳发现 了第一个遗传密码，即三个连续的核苷酸对应一个氨基酸。
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综合考察20种氨基酸的特性，发现要形成具有催化活 性的原始蛋白质，组成的氨基酸种类不得少于4种，这 4种氨基酸分别是：Val、 Ala、Asp、Gly，它们正好 是最容易前生物合成的4种小氨基酸，而编码这些氨基 酸的密码子（GNC）就是最原始的密码子；
密码子MW π电子共振能 碱基堆积力 亲水性
氨基酸 MW -0.033 -0.073 -0.549* 0.056
表 5 密码子与氨基酸性质间的相关性
等电点 0.516* -0.211 0.143 -0.676**
相互距离 0.103 0.465* 0.362 0.249
不可取代性 0.161 0.27传密码的信息内涵； 氨基酸、密码子性质间的相关性； 密码子的使用规律及其偏爱使用规律; 遗传密码的起源
不同核苷酸携带的编码信息
密码子与氨基酸的对应联系
2 0 种氨基酸的碱基型密码类别
密码类别 嘌呤型（P P,25） 嘧啶型（MM,24） 混合型（PM,15）
氨基酸类别 Lys,Asn,Gly,Arg,Glu,Met,Gln,Trp,Asp,3ter Phe,Leu,Pro,Ser,His,Tyr,Cys Ile,,Val,Thr,Ala
MW
1.0 -0.05 -0.08 0.68** -0.45*
等电点 -0.05 1.0 -0.13 -0.22 -0.10
相互距离 -0.08 -0.13 1.0 0.38 -0.19
不可取代性 0.68** -0.22 0.38 1.0 -0.69**
注：r0.05(18)=0.4438, r0.01(18)=0.5614
Thr
ACU ACA ACC ACG
Asp
GAU GAC
AAU AAC
Gly
GGA GGU GGG GGC
UAU Tyr
UAC
CUU CUC
Leu
CUA UUA CUG UUG
Met
AUG
Asn
AAU AAC
Lys
AAA AAG
Ser
AGU AGC
反密码子互作假说
主要内容： 氨基酸与tRNA上反密码子的特异性直接
evolve?
密码子的若干使用规律
1 通用性、简并性、摆动性； 2 xyU与xyC总为同一氨基酸编码，xyA与xyG常为同一氨
基酸编码； 3 xyU、xyC、xyA、xyG为同一种氨基酸编码的情况有8种； 4 除Leu、Ser、Arg外，所有氨基酸都用相同的一对起始碱
基为自己编码；
5 第二位是U的所有密码子都与疏水性氨基酸相对应，荷电 的氨基酸总是由第二位是嘌呤的密码子编码；
同义密码子 -0.45* -0.10 -0.19 -0.69** 1.0
同义密码子数 -0.177 0.038 0.374 0.204
CAA
Gln
CAG
Arg
CGU AGA CGC AGG
CGA CGG
Glu
CAA GAA CAG GAG
CAU CAC
His
Ser
UCA UCU
UCG UCC
UGG Trp
Cys
UGU UGC
Val
GUU GUC
Phe
GUA GUG
Ile
Ala
GCA GCU GCG GCC
UUU UUC
AUU AUC AUA
相互作用导致了遗传密码的起源 主要依据：
L型的Phe、Lys、Pro、Gly、Ala、Arg、Met、 Tyr、Cys、Glu等氨基酸均与其相应的反密 码子单体、二联体到多联体发生特异性 的结合，且结合力随链长的增加而增加
GNC—SNS假说(Ikehara, K et al)
主要内容：
遗传密码的起源是渐进式的，不是一次性完成的；
碱基堆积力
0.11 0.039 1.00** -0.07
注：r0.05(60)=0.2500, r0.01(60)=0.3248
π电子共振能 0.70** -0.98** -0.07 1.00**
氨基酸、密码子性质间的相关性2
表 4 氨基酸五种性质间的相关性
MW 等电点 相互距离 不可取代性 同义密码子
6 密码子前二位是CG组合的只编码一种氨基酸，是AU组 合 的为两个氨基酸编码 ，其余组合的8组密码子要么 为一种氨基酸编码，要么为两种氨基酸编码；
7 密码子是偏爱使用的。
遗传密码起源的假说
偶然冻结假说（Crick） 立体化学假说（Grafstein） 协进化假说（Tze-Fei Wong） 反密码子互作假说（Henri Grosjean） GNC—SNS假说(Ikehara, K et al) 双链分工假说（XU）
浅议遗传密码的起源与进化
许晓风 南京师范大学生命科学学院
2011、8、in Xining
Biology 的几个基本问题
What is life? What is the meaning or essence of life? When, where and how does life
originate? How do genetic codes originate and
协进化假说
主要内容：
遗传密码系统是氨基酸前生物合成途径 的印迹，这种前生物合成途径在氨基酸 的生物合成中基本得以保持；
根据氨基酸相互之间在生物合成中的前 体-产物关系可推断出遗传密码的进化脉 络；
具有前体-产物关系的氨基酸对的密码子 应是连续的，只有一个碱基的差异。
Pro
CCU CCA CCC CCG
密码子起源与进化的线路是：GNC——SNS——其它
双链分工假说
主要内容： 两条核酸链(dsRNA或dsDNA)的存在是
遗传密码起源所必需的； 同时以三联体的形式发挥作用 ； 一条链上的三联体为互作密码子，负责
与氨基酸直接作用建立特异对应关系； 另一条链上的三联体为密码子，负责存 储这种特异关系信息。
注：括号内的字母为密码子的类别代号、数字为密码子的数目
合计数量 9+3 7 4
氨基酸、密码子性质间的相关性1
表 2 密码子四种性质间的相关性
M.W. 亲水性 碱基堆积力 π电子共振能
M.W. 1.00** -0.82** 0.11 0.70**
亲水性 -0.82** 1.00** 0.039 -0.98**