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《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。
《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。
《遗传密码的破译》1953年，沃森和克里克弄清DNA的双链双螺旋结构之后，分子生物学像雨后春笋蓬勃发展。
许多科学家的研究，使人们基本了解了遗传信息的流动方向：DNA→信使RNA→蛋白质。
也就是说蛋白质由信使RNA指导合成，遗传密码应该在信使RN A上。
的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就。
先后经历了五十年代的数学推理阶段和1961-1965年的实验研究阶段。
1954年，物理学家George Gamov根据在D NA中存在四种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系，做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。
上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。
那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨基酸(43=64);假设四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256种氨基酸(44= 256)，以此类推。
Gamov认为只有43=64这种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能满足于20种氨基酸编码的最小数。
而44=256以上。
虽能保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原那么，因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的。
1961年，Brenner和Grick根据DNA链与蛋白质链的共线性(colinearity)，首先肯定了三个核苷酸的推理。
随后的实验研究证明上述假想是正确的。
1962年，克里克用T4噬菌体侵染大肠杆菌，发现蛋白质中的氨基酸顺序是由相邻三个核苷酸为一组遗传密码来决定的。
由于三个核苷酸为一个信息单位，有4^3=6 4种组合，足够20种氨基酸用了破译密码的竞赛中，美国的尼伦伯格博士走在前面。
他用严密的科学推理对蛋白质合成的情况进行分析。
既然核苷酸的排列顺序与氨基酸存在对应关系，那么只要知道RNA链上碱基序列，然后由这种链去合成蛋白质，不就能知道它们的密码了吗？用仅仅含有单一碱基的尿嘧啶〔U〕，做试管内合成蛋白质的研究。
遗传密码遗传密码（genetic code）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。
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。
简史1961年英国分子生物学家F．H．C．克里克等在大肠杆菌（Escherichia coli）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。
他们用原黄素作为诱变剂处理噬菌体T4的野生型，从中获得噬菌斑较野生型为大的快速溶菌突变型rⅡ。
这种突变型可用原黄素再度处理而成为具有野生型表型的回复体。
将回复体和原来的野生型杂交，发现子代中出现一些rⅡ突变型，说明这些回复体实际上是基因内抑制的结果（见抑制基因）。
由于原黄素诱发的是移码突变，也即是由于个别核苷酸的增加（＋）或缺失（-）而导致的突变，因此可以把rⅡ突变写作+（也可写作-），把基因内抑制突变写作-（或写作+），于是由于基因内抑制而出现的回复体便可写作+-（或-+）。
通过基因重组还可以得到种种组合如++、--、---等（表1）。
不管密码子由几个核苷酸组成，只要有一个核苷酸的增加（或减少）都会使这一位置以后的密码意义发生错误而成为突变型；而另一个核苷酸的减少（或增加）则可以校正后一核苷酸位置以后的码组，从而使表型恢复为野生型。
从表1的实验结果可以看到在除了+-以外的各种组合中只有+++或---或------等组合的表型是野生型。
这一实验结果只能解释为密码子是由三个（或三的倍数）核苷酸组成。
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。
第三十二章遗传密码一、名词解释1、简并MM子（degenerate codon）2、遗传MM（genetic code）3、起始MM子（iniation codon）4、终止MM子（termination codon）5、MM子（condon）。
6、反MM子（anticodon）。
二、问答题1．假定阅读框开始于下列每个核苷酸序列的头三个碱基，预计以它们为mRNA模板在蛋白质合成中所形成肽链的氨基酸顺序。
（a）GGUCAGUCGCUCCUCCUGAUU（b）UUGGAUGCGCCAUAAUUUGCU（C）CAUGAUGCCUGUUGCUAC（d）AUGGACGAA2．定出所有能够为简单三肽片断Leu－Met－Tyr编码mRNA顺序。
你的答案将给你什么启示？3．如果阅读框固定，一条给定mRNA的碱基顺序仅为一条肽链的氨基酸顺序编码。
从象细胞色素C这样的蛋白质的一个特定氨基酸顺序，你能预计出一条具特定碱基顺序的mR NA 为它编码吗？说明原因。
4．一个双螺旋DNA片断的模板链含有顺序：（5'）GTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG （a）写出从这条链转录产生的mRNA的碱基顺序；（b）从（a）中的mRNA的5'末端开始翻译产生的肽链的氨基酸顺序是什么；（c）如果这条DNA的互补链被转录和翻译，产生的氨基酸顺序和（b）中的一样吗？解释你的答案的生物学重要性。
5．甲硫氨酸是两个仅有一个密码子的氨基酸之一，这单一的密码子是如何在大肠杆菌中既为起始残基编码又能为多肽链内部的Met残基编码？6．遗传密码是用酶法或化学法合成的多核苷酸破译的，假定我们预先知道遗传密码，你怎样能合成一条多核苷酸链作为mRNA使它大部分编码Phe残基，一小部分编码Leu和Ser 残基？这条多核苷酸链还能编码着极小量的什么氨基酸？8．甘氨酸的4个密码子是GGU．GGC．GGA和GGG，请写出它们所有可能的反密码子。
（a）根据你的答案决定甘氨酸密码子特异性是密码子的哪几个位置？（b）这些密码子反密码子配对中哪个配对中有摆动碱基？（c）哪些密码子一反密码子配对所有三个位置都是Watson－Crick配对？9．遗传密码最重要的肯定性证据来自突变蛋白氨基酸顺序单个残基取代。
下列哪些个氨基酸的取代来自于遗传密码的单个碱基改变？哪些取代需得改变两个或三个碱基？为什么？（a）Phe --> Leu （b）Lys --> Ala （c）Ala --> Thr（d）Phe --> Lys （e）Ile --> Leu （f）His --> Gin（g）Pro --> Ser17．为什么遗传密码是三联体的（三个碱基一组）而不是二联体或四联体的？21．亮氨酸有6个密码子（UUA、UUG、CUU、CUC、CUA和CUG），根据摆动理论，它至少需要几个tRNA以识别这些密码子？23．已知为E．coli细胞中某个蛋白质氨基末端的氨基酸顺序编码的DNA模板链的核苷酸排列顺序为：“GTAGCGTTCCATCAGATTT”，请写出刚合成出的多肽链氨基末端的前4个氨基酸的排列顺序（参看密码子表）或前4个氨基酸密码子的排列顺序。
答案名词解释1、简并MM子（degenerate codon）：也称为同义MM子。
是指编码相同的氨基酸的几个不同的MM子。
2、遗传MM（genetic code）：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。
；连续的3个核苷酸残基序列为一个MM子，特指一个氨基酸。
标准的遗传MM是由64个MM子组成的，几乎为所有生物通用。
3、起始MM子（iniation codon）：指定蛋白质合成起始位点的MM子。
最常见的起始MM 子是蛋氨酸MM：AUG4、终止MM子（termination codon）：任何tRNA分子都不能正常识别的，但可被特殊的蛋白结合并引起新合成的肽链从翻译机器上释放的MM子。
存在三个终止MM子：UAG ,UAA 和UGA。
5、MM子（condon）：mRNA（或DNA）上的三联体核苷酸残基序列，该序列编码着一个指定的氨基酸，tRNA 的反MM子与mRNA的MM子互补。
6、反MM子（anticodon）：tRNA分子的反MM子环上的三联体核苷酸残基序列。
在翻译期间，反MM子与mRNA中的互补MM子结合。
问答题1．（a）Gly－Gln－Ser－Leu－Leu－Ile（b）Leu－Asp－Ala－Pro（c）His－Asp－Ala－Cys－Lys－Tyr（d）Met－Asp－Gln或fMet－Asp－Gln（原核）2．编码Leu－Met－Tyr三肽的mRNA序列可以是12种。
UUAAUGUAU，UUGAUGUAU，CUUAUGUAU，CUCAUGUAU，CUAAUGUAU，CUGAUGUAUUUAAUGUAC，UUGAUGUAC，CUUAUGUAC，CUCAUGUAC，CUAAUGUAC，CUGAUGUAC这个答案表明，一个三肽对应的mRNA序列多达12种，用肽链氨基酸序列很难预测其mRNA的序列。
3．不能，因为大部分氨基都有多于一个的密码子。
因此，一个给定多肽链有很多不同的碱基顺序为它编码。
但是，由于一些氨基酸只有一个密码，而有些氨基酸的密码子通常有两个位置有相同的核苷酸。
因此，一条肽链其相应的mRNA的许多位置的碱基是很肯定的。
4．（a）其转录产生的mRNA序列为：5'－CGACGGCGCGAAGUCAGGGGUGUUAAC? 3'（b）其编码的肽链为：Arg－Arg－Arg－Glu－Val－Arg－Gly－Val－Lys（c）如果是这条DNA链的互补链转录和翻译，产生的肽链的氨基酸顺序不一样。
因为反平行的互补链没有相同的碱基顺序。
这种情况的重要生物学意义在于同一段DNA双螺旋可以用不同互补链为不同基因编码。
提高DNA信息量。
5．在大肠杆菌细胞中有两类tRNA都能携带蛋氨酸，即tRNA Met和tRNA fMet。
可以形成Met －tRNA Met和Met－tRNA fMet。
Met－tRNA Met可识别mRNA中间部分的AUG密码把甲硫氨酸插入多肽链的中间位置；而Met－tRNA fMet可被特异于此tRNA的转甲酰基酶甲酰形成fMet－tRNA fMet，在起始因子IF－2的帮助下进入核糖体的P位。
并使其反密码子与起始密码子AUG相配对。
一般氨基酸的tRNA不能进入P位，因而肽链起始氨基酸N－甲酰甲硫氨酸与内部的甲硫氨酸相区别。
6．可以用多核苷酸磷酸化酶在UDP和CDP参与下合成多核苷酸，并使UDP的浓度是CDP 的5倍，这样合成的多核苷酸具有最多的UUU密码（为苯丙氨酸编码）。
有较少的UUC （为苯丙编码）．UCU（为丝氨酸编码）．CUU（为亮氨酸编码），只有极少数的密码为：UCC（为Ser编码）．CUC（为Leu编码）．CCU（为Pro编码）。
8．甘氨酸的密码子是：GGU，GGC，GGA，GGG相应的反密码子是：ACC，GCC，UCC，CCC，GCC，ICC，ICC，UCC，ICC（a) 反密码子中3'一末端第一个碱基和中间位碱基决定密码的特异性。
（b) 与GGC配对的GCC、ICC，与GGC配对的ICC，与GGA配对的ICC，与CCC 配对的UCC含有摆动碱基。
（c）密码子GGU对反密码ACC，GGC对GCC，GGA对UCC，GGG对CCC，均为三个位置都是Watson－Crick碱基配对。
9．单一残基（碱基）改变造成氨基酸替换的是：（a）、（c）、（e）、（g）；而（b）、（d）、(f)不可能是单一碱基的改变；(b)和(f) 需改变两个碱基；(d) 需要取代所有三个碱基。
17．若以每两个为一组，DNA的四种核苷酸仅能产生42＝16种不同的组合，不足以编码蛋白质中的20种氨基酸。
但是，若以每三个一组，则四种碱基就可产生43＝64种不同的组合。
早期的遗传学实验不仅证明氨基酸的密码子是核普酸三联体，而且证明密码子是不交盖的，为连续的氨基酸残基编码的密码子之间没有逗号。
因此，一个蛋白质的氨基酸序列是由连续的三联体密码子的线性顺序决定的。
这个序列中的第一个密码子建立了一种阅读框（reading frame），在这个阅读框中每三个核苷酸残基就开始一个新的密码子。
按照这种方案，对任何一个DNA序列就有三种可能的阅读框，每个阅读框都将产生一个不同的密码子序列。
但通常只有一种阅读框编码着给定蛋白所需的信息。
21．要识别这6个密码子，至少需要3个tRNA。
其中的一个tRNA，它的反密码子为UAA，可识别密码子UUA和UUG。
对其他的4个密码子，有两种不同的组合方式。
1）反密码子为IAG的tRNA和反密码子为U（或C）AG的tRNA。
前者可读CUU、CUC 和CUA密码子，后者可读CUG密码子。
2）反密码子为GAG的tRNA可读CUU和CUC密码子，而反密码子为UAG的tRNA 可读CUA和CUG密码子。
1）和2）只取其一，因识别相同的密码子。
23．因DNA模板链的顺序已知，那么，mRNA的顺序应是：5'－AAAUCUGAUGGAACGCUAC? 3'因原核蛋白质合成的第一个氨基酸是甲酰甲硫氨酸，它的密码子为AUG或GUG；上述mRNA中无GUG密码子，只有AUG密码子，故合成的该蛋白质氨基末端的前4个氨基酸顺序为：甲酰甲硫氨酸一谷一精一酪—?·，相应的mRNA分子上的密码子顺序为：5'一AUG－GAA－CGC－UAC? 3'。
