遗传密码的特性
《遗传密码的破译》 知识清单
《遗传密码的破译》知识清单遗传密码，这一生命的神秘语言，一直以来都吸引着无数科学家的探索和研究。
那么，究竟什么是遗传密码？它又是如何被破译的呢？让我们一起来揭开这层神秘的面纱。
一、遗传密码的概念遗传密码指的是 DNA 或 RNA 中核苷酸的排列顺序与蛋白质中氨基酸的排列顺序之间的对应关系。
简单来说，就是生物体将遗传信息从核酸传递到蛋白质的规则。
DNA 由四种碱基——腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）组成。
这些碱基的不同排列组合形成了基因。
而基因在转录过程中形成 RNA，RNA 又通过翻译过程合成蛋白质。
在这个过程中，三个连续的碱基组成一个密码子，对应着一种特定的氨基酸。
二、遗传密码破译的前期探索在遗传密码被正式破译之前，科学家们进行了大量的前期探索。
1、对基因与蛋白质关系的研究早在 19 世纪，科学家们就开始思考基因与蛋白质之间的联系。
随着细胞生物学和遗传学的发展，人们逐渐认识到基因在控制生物性状和蛋白质合成方面起着关键作用。
2、化学分析方法的应用通过化学分析技术，科学家们能够确定蛋白质的组成成分和结构，为后续对遗传密码的研究提供了重要的基础。
3、基因突变的研究对基因突变的观察和分析，使科学家们意识到基因中的碱基变化可能会导致蛋白质的改变，这为揭示遗传密码的规律提供了线索。
三、遗传密码破译的关键实验1、克里克的实验弗朗西斯·克里克通过一系列巧妙的实验，提出了“中心法则”，指出遗传信息从 DNA 传递到 RNA，再到蛋白质的流向。
这一理论为遗传密码的破译奠定了重要的框架。
2、尼伦伯格和马太的体外蛋白质合成实验尼伦伯格和马太利用无细胞体系，在含有不同人工合成 RNA 多聚核苷酸的试管中加入放射性标记的氨基酸，观察哪种氨基酸会被掺入新合成的多肽链中。
通过这个实验，他们成功破译了第一个遗传密码子。
3、霍利等人的研究霍利等人对 tRNA（转运 RNA）的结构和功能进行了深入研究，揭示了 tRNA 在遗传密码翻译过程中的重要作用。
生物化学第37章遗传密码课件
不同。在大肠杆菌中, 有时缬氨酸密码子GUG和亮
氨酸密码子UUG也可被用作起始密码子。当其位于
特殊mRNA翻译的起始位置时,
可被起始tRNA
（tRNAf-Met）识别。
蛋白质中硒代半胱氨酸的掺入
少数蛋白质中含有硒代半胱氨酸。硒代半胱氨 酸是在蛋白质合成过程中合成进去的, 而不是蛋白 质合成后将其中某种氨基酸修饰而成的。所以也有 人认为硒代半胱氨酸是第21种蛋白质氨基酸。
大肠杆菌中有一种丝氨酸tRNA, 它能识别阅读 框中间的终止密码子UGA。这种tRNA负载了丝氨酸后, 在酶的催化下将丝氨酸转变成硒代半胱氨酸, 再合 成到蛋白质中去。
蛋白质中硒代半胱氨酸的掺入
负载了硒代半胱氨酸的tRNA在某些蛋白质的 协助下, 能识别编码序列中间的UGA, 将硒代半胱 氨酸加入, 而不会加到作为终止密码子的UGA上。 在编码硒蛋白的mRNA中有一段称为硒代半胱氨酸 插入序列所构成的二级结构, 帮助硒代半胱氨酸 tRNA识别这种密码子。
UGA 终止
Trp Trp
Trp Trp Trp Trp Trp
+
AUA Ile
密码子
AGA AGG Arg
Met
终止
Met
Ser
Met
+
Met
+
+
+
+
+
+
+
+
+
CUN Leu
+ +
Thr Thr
+ + + +
CGG Arg
+ +
+ ? + + + Trp
遗传密码的特性
Arg
Thr
无
Leu
Arg
Leu
Arg
Leu
Arg
Leu
Trp
除了线粒体以外，某些生物的细胞基因组 密码也出现了一定的变异。如通常意义的终止 密码子UGA在支原体中编码Trp等。
4、 遗传密码的防错系统
密码子的一个碱基被置换，多数情况下仍编 码相同的氨基酸，或性质最接近的氨基酸。 这种机制将把突变可能造成的危害降至最低， 也就是我们所说的编码具有防错功能，是进 化中获得的最佳选择。
3、遗传密码的通用性是指各种低等和高等生物， 包括病毒细菌以及真核生物，基本共用一套 遗传密码。线粒体DNA(mtDNA)的编码方式 与通用遗传密码有所不同。
线粒体DNA(mtDNA)的编码方式与通用遗传密码有所 不同
表9-5 线粒体中变异的遗传密码
密码子
通用密码
脊椎动物 果蝇
酿酒酵母 光滑球拟酵母 彭贝裂殖酵母
如图：氨基酸密码的简并性
氨基酸
密码子数目
2.遗传密码的偶变性是指密码子与反密码子的配对 具有摆动性。
密码子和反密码子配对的变偶性
tRNA反密码子的第一位碱基
I
U
G
A
CHale Waihona Puke mRNA密码子的第三位碱基 U，C，A A，G
U，C
U
G
变偶性的意义在于，当第三 位碱基发生突变时，仍然能 翻译出正确的氨基酸，使合 成的多肽具有生物学活性。 因此变偶性又可认为是，反 密码子的5‘-端碱基与密码子 的3’-端碱基的非正规配对， 而使正确的氨基酸进入非正 确的密码子的现象。（如右 图）
3 、遗传密码的特性
1、简并性 2、变偶性 3、通用性
《遗传密码的破译》 知识清单
《遗传密码的破译》知识清单遗传密码，这个神秘而又关键的生命语言，一直以来都是生物学领域中令人着迷且不断探索的重要课题。
它宛如一本生命的密码书，决定着生物的特征、生长和发展。
让我们一同走进这个神奇的领域，揭开遗传密码破译的神秘面纱。
一、遗传密码的概念遗传密码是指核酸中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系。
简单来说，就是 DNA 或 RNA 中的碱基排列顺序如何决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序。
核酸由四种碱基组成，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）（在 RNA 中胸腺嘧啶被尿嘧啶（U）取代）。
而蛋白质则由 20 种不同的氨基酸组成。
二、遗传密码破译的历史进程1、早期探索在遗传密码的破译之前，科学家们已经对遗传物质的本质和作用有了一定的了解。
孟德尔的遗传定律为遗传学奠定了基础，随后摩尔根通过果蝇实验进一步揭示了基因在染色体上的定位。
2、突破阶段20 世纪 50 年代，科学家发现 DNA 是遗传物质。
这一发现为破译遗传密码指明了方向。
3、关键实验在众多研究中，有几个关键实验对遗传密码的破译起到了重要推动作用。
（1）尼伦伯格和马太的实验他们通过在体外无细胞体系中加入人工合成的多聚核苷酸，成功破译了第一个遗传密码。
（2）克里克的实验克里克通过巧妙的实验设计，提出了遗传密码的三个重要特性：连续性、不重叠性和通用性。
三、遗传密码的特点1、通用性几乎所有的生物都使用相同的遗传密码，这表明地球上的生命在进化上具有共同的起源。
2、简并性一种氨基酸可以由多个密码子编码。
这增加了遗传信息传递的容错性。
3、连续性密码子之间没有间隔，是连续阅读的。
4、不重叠性每个碱基只参与一个密码子的组成。
四、遗传密码的破译方法1、数学推理通过对已知的生物信息进行数学分析和推理，推测可能的密码组合方式。
2、实验研究如上述提到的体外无细胞体系实验等。
3、生物信息学分析利用计算机技术对大量的基因序列进行比对和分析。
《破译遗传密码》 知识清单
《破译遗传密码》知识清单遗传密码，这看似神秘的术语，实际上是生命传承与演化的关键。
它就像是一本生命的“密码本”，决定了生物的各种特征和生命活动。
那么，让我们一起来探索破译遗传密码的奇妙之旅。
一、什么是遗传密码遗传密码是指核酸中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系。
简单来说，就是 DNA 或 RNA 中的碱基排列顺序如何决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序。
DNA 由四种碱基——腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）组成。
而 RNA 中的碱基则是腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
这些碱基以特定的组合形成了遗传信息的“编码”。
二、遗传密码的特性1、通用性几乎所有生物都使用相同的遗传密码，这意味着从细菌到人类，遗传信息的解读方式是基本一致的。
这体现了生命在演化过程中的统一性。
2、简并性一种氨基酸可以由多个密码子编码。
例如，亮氨酸可以由 6 种不同的密码子（UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG）来决定。
3、不重叠性在一个基因的核苷酸序列中，每个碱基只参与构成一个密码子，密码子之间不存在重叠。
4、连续性在 mRNA 上，密码子是连续排列的，没有间隔和标点。
三、遗传密码的破译过程这是一个充满智慧和艰辛的科学探索历程。
在 20 世纪 50 年代，科学家们已经知道 DNA 是遗传物质，但对于它如何指导蛋白质的合成还知之甚少。
1954 年，物理学家乔治·伽莫夫提出了三联体密码的设想，即三个碱基决定一个氨基酸。
随后，科学家们通过一系列巧妙的实验来验证和破译遗传密码。
其中，尼伦伯格和马太的多聚尿嘧啶核苷酸实验具有重要意义。
他们在无细胞体系中加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（Poly U），结果产生了只由苯丙氨酸组成的多肽链，从而确定了 UUU 是苯丙氨酸的密码子。
经过众多科学家的努力，到 1966 年，全部 64 种遗传密码子被破译。
四、遗传密码的应用1、基因工程通过对遗传密码的了解，科学家能够对基因进行改造和重组，生产出具有特定功能的蛋白质，如胰岛素、生长激素等。
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。
遗传密码的特点
遗传密码的特点
遗传密码的特点有：方向性、连续性、简并性、摆动性、通用性。
1、方向性，密码子是对mRNA分子的碱基序列而言的，它的阅读方向是与mRNA的合成方向或mRNA编码方向一致的，即从5'端至3'端。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
最新高二生物-关于“遗传密码”的分析 精品
关于遗传密码的分析1．为什么三个相邻碱基能决定一个氨基酸？RNA有4种核苷酸，而氨基酸有20种，4种核苷酸如何决定20种氨基酸？一种碱基决定一种氨基酸，只能决定14种氨基酸；二种碱基决定一种氨基酸，只能决定24种氨基酸；三种碱基决定一种氨基酸，能够决定34种氨基酸。
三联体密码的想法，在1959年被Nirenberg和Ochoa等人用实验证实。
2．遗传密码的特点遗传学上把信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做1个“密码子”。
（1）密码子在RNA上的排列是连续的。
两个密码子之间没有任何其他核苷酸予以隔开。
因此要正确地阅读密码必须从一个正确的起点开始，连续不断地往下读，直到终止信号出现。
如果在密码上加入一个或删减一个碱基，这一点以后的密码读取将全部发生错误，如基因突变。
（2）遗传密码具有兼并性的特点。
遗传密码一共有64个，而生物体中氨基酸总共只有20个，因此多数氨基酸必定有几个密码与之对应。
如，与丙氨酸对应的密码有GCU、GCC、GCA、GCG。
只有色氨酸及甲硫氨酸各只有一个密码。
遗传密码的兼并性特点，能减少生物基因突变造成的损害，有利于遗传的稳定性。
（3）密码有专一性的特点。
观察密码子表可知，氨基酸似乎只由前两个碱基决定，第三个碱基的改变常不致于引起氨基酸的改变。
（4）启动子与终止子。
UAG、UAA及UGA不编码任何氨基酸，是肽链合成的终止密码。
另外，AUG既是甲硫氨酸的密码。
又是肽链合成的起始密码，所以肽链合成的第一个氨基酸总是甲硫氨酸。
所以与61种密码子相对应，应有61种转运RNA。
（5）密码的通用性。
课本中密码子表所列密码，无论对病毒还是原核生物或真核生物都是通用的，这是生物具有同一性的有力证据。
但也有个别例外，如，UGA是一个“终止密码”，不翻译成任何氨基酸，但人线粒体DNA中密码子UGA却翻译为色氨酸。
AUA通常翻译为异亮氨酸，而在人线粒体中却翻译为甲硫氨酸。
3．遗传信息、密码子、遗传性状的辨析遗传信息：不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。
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Arg
Thr
无
Leu
ArgLeu
Trp
除了线粒体以外，某些生物的细胞基因组 密码也出现了一定的变异。如通常意义的终止 密码子UGA在支原体中编码Trp等。
4、 遗传密码的防错系统
密码子的一个碱基被置换，多数情况下仍编 码相同的氨基酸，或性质最接近的氨基酸。 这种机制将把突变可能造成的危害降至最低， 也就是我们所说的编码具有防错功能，是进 化中获得的最佳选择。
如图：氨基酸密码的简并性
氨基酸
密码子数目
2.遗传密码的偶变性是指密码子与反密码子的配对 具有摆动性。
密码子和反密码子配对的变偶性
tRNA反密码子的第一位碱基
I
U
G
A
C
mRNA密码子的第三位碱基 U，C，A A，G
U，C
U
G
变偶性的意义在于，当第三 位碱基发生突变时，仍然能 翻译出正确的氨基酸，使合 成的多肽具有生物学活性。 因此变偶性又可认为是，反 密码子的5‘-端碱基与密码子 的3’-端碱基的非正规配对， 而使正确的氨基酸进入非正 确的密码子的现象。（如右 图）
注：绝大多数生物中。基因是不重叠的，即使 在重叠基因中，各自的可读框仍是按三联体 方式连续读码。
2、起始密码与终止密码
❖ 起始密码：mRNA翻译起始时的第一个密码 子。绝大多数生物为AUG（也是Met的密码 子，具有兼职性），在细菌中也使用GUG、 AUU和UUG 。
❖ 终止密码：mRNA翻译过程中，起蛋白质合 成终止信号作用的密码子，即UAA、UAG和 UGA。 不代表任何氨基酸，也称无意义密码 子。其中UAA终止效率最高，UGA次之， UAG最低。
3、遗传密码的通用性是指各种低等和高等生物， 包括病毒细菌以及真核生物，基本共用一套 遗传密码。线粒体DNA(mtDNA)的编码方式 与通用遗传密码有所不同。
线粒体DNA(mtDNA)的编码方式与通用遗传密码有所 不同
表9-5 线粒体中变异的遗传密码
密码子
通用密码
脊椎动物 果蝇
酿酒酵母 光滑球拟酵母 彭贝裂殖酵母
9.3遗传密码的特性
❖ 1 、遗传密码是连续排列的三联体 ❖ 2 、起始密码与终止密码 ❖ 3、 遗传密码的特性 ❖ 4、 遗传密码的防错系统 ❖ 5、 可读框
1、遗传密码是连续排列的三联体
mRNA的4种碱基组成的密码子代表了20种氨 基酸。每个密码子三联体决定一个氨基酸。 翻译时其基本单位是按照 5′ 3′方向编码，从 起始密码子开始，按照一定的可读框读，到 遇到终止密码子。就直接决定了多肽链中从 N端到C端得氨基酸排列顺序。
3 、遗传密码的特性
1、简并性 2、变偶性 3、通用性
1、 遗传密码的简并性是指一种氨基酸有几个 密码子的现象（如下图）。 （主要表象在第 三位碱基上）对应于同一种氨基酸的不同密 码子称为同义密码子。
遗传密码的简并性使得DNA分子上碱基组成 有较大余地的变动。第一可以减少有害突变， 第二可以减少所需tRNA的种类。
5、 可读框
❖ 可读框是指从起始密码子到终止密码子的一 段连续的密码子区域，或者在DNA测序时， 由计算机辨认出可能编码区域。也是说，可 读框就是潜在的编码区。
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丝状细菌
锥虫
高等植物
UGA
终止 Trp Trp Trp Trp Trp Trp Trp 终止
AUA
Ile Met Met Met Met Ile Ile Ile Ile
AGA AGG
Arg 终止 Ser
Arg Arg Arg
Arg
Arg
Arg
CUN* CGG
Leu
Arg
Leu
Arg
Leu
Arg
Thr