试论空间编码

60年代阐明的遗传密码,即通用的、三联体的、简并性的密码,弄清楚了核酸的核苷酸排列顺序与其编码的蛋白质的氨基酸排列顺序之间的线性关系,故可称之谓“线性编码”。然而,仅就基因的表达而言,尽管基因载有其编码的     

密码子

遗传学上把决定氨基酸的不同碱基排列顺序,叫做遗传密码。而密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,即三联体密码予。1密码子的发现和破译最早提出遗传密码这一名词的是量子力学奠基人之一,奥地利物理学家施勒丁格（E．Schrodinser,1944）。第一个提出遗传密码具体设想的是美国物理学家G．Gamov,他通过推算提出了三联体密码子的概念,并且进一步推论一种氨基酸可能不止有一个密码子。克里克（Crick）、布伦纳（S．Brenner）等人以T。噬菌体作为主要研究材料,证实了三联体密码子决定20种不同的氨基酸。第一个用实验破译…     

遗传密码的变偶与简并

自从1954年物理学家George Gamow首先提出遗传密码问题以后,经过Matlhaei和Nirenberg等人的大量实验、观察和分析,确定每个密码子是由三个核苷酸顺序组成,即三联体密码。紧接着,Crick,Barnett,Brenner和Watts,     

线粒体的遗传密码

用三个核苷酸作为字母来拼写的三联体遗传密码,通过研究证明是在整个生物界普遍适用的。在这1—2年内,发现线粒体内使用的遗传密码稍有不同。已经明了,不同种类的生物,遗传密码有所差异。现将目前所知,归纳列表如下:     

从遗传密码表看遗传密码的特性

遗传密码是决定蛋白质中氨基酸顺序的核苷酸顺序,由三个连续的核苷酸组成的密码子所构成。本文通过遗传密码表,对遗传密码所具有的几个特性作了介绍。     

关于遗传密码起源问题的几点看法

氨基酸与核苷酸之间的密码关系可能来自原始tRNA链（包括识别核苷酸及反密码子）与氨基酸的直接相互作用即原始tRNA识别或第二套遗传密码.     

遗传密码格式的组合编码数分析

用N个密码子对m个编码对象进行编码的编码格式是m元N维空间中的一个顶点。64个密码子对20种氨基酸和终止密码子进行编码格式的组合编码数是一个十分巨大的数字。对多元高维编码空间的拓扑特性进行了分析和研究 ,并由此推导出m -N空间的特性三角的排列方式以及给出特性三角公式的数学证明。指出 ,目前的遗传密码的编码格式是21元64维编码空间的一个顶点。应用组合数学分析的方法 ,计算了遗传密码格式的最大组合编码数CM =4.19×1084 ,基因组遗传密码的组合编码数CG =1.13×1080 以及线粒体遗传密码的组合编码数CT =1.38×1079 等。分析结果表明 ,遗传密码的指定是一个小概率事件 ,可能来源于λ简并后的偶数三联密码配对的组合编码的对称破缺     

第二套遗传密码的发现

若把信使RNA(mRNA)为不同氨基酸的编码称为第一套遗传密码,或经典的遗传密码,这里把以氨酰转移RNA(tRNA)合成酶为媒介,使一种氨基酸与适当的tRNA分子偶联的遗传密码叫做第二套遗传密码。人们早就发现在tRNA分子中,识别氨基酸的位点不都取决于反密码子,但长期以来没有破译氨基酸与tRNA之间的密码关系。最近美国麻省理工学院的Hou,Y—M和Schimmel,P首次发现,大肠杆菌丙氨酸tRNA中的G_3U_(70)单一碱基对是决定接受丙氨酸的密码。但它并不像第一套遗传密码中的     

遗传密码子的起源——从能量转化到信息化

大自然将奥秘或法则隐匿于一套密码之中,藉此创作出数以千万计的物种,之后又将其销毁,周而复始,生生不息……虽然遗传密码子的破译已过去了半个多世纪,但对它的起源人们依然一无所知,有人甚至宣称这是不可知的,还有一些人则认为它源自外来的设计。生命/遗传密码子的起源被誉为现代生命科学的最大谜团之一,但它却关乎人们对生命本质与演化的认知。关于遗传密码子的起源,已提出了各式各样的假说,如凝固事件假说、立体化学假说、共进化假说、综合进化假说,等等。但这些假说有两个致命缺陷:首先,没有哪一个能解释为何遗传密码子要如此演化;其次,都未从生化系统演化的视角来予以解释(部分与整体的关系)。近年,虽然对密码子变异或可塑性及其与氨基酸分配的关系等研究很多,但在密码子起源方面几乎没有取得实质性进展。本文从密码子与生化系统的内在关联之中探寻它们可能的协同演化机理,认为遗传密码是原始细胞从能量转化到信息化演化过程的产物,而三磷酸腺苷(ATP)扮演了最重要的角色。本文提出的"ATP中心假说"认为,ATP既是能量的载体,也是信息的载体,在核酸和蛋白质之间搭起了桥梁,是遗传密码子出现的始作俑者:(a)ATP是光能转化成化学能的终端;(b)导演了一系列的生化循环(如卡尔文循环、糖酵解和三羧酸循环等)及令人眼花缭乱的元素重组;(c)它通过自身的转化与缩合将错综复杂的生命过程信息化——筛选出用4种碱基编码20多种氨基酸的三联体密码子系统(43=64,还有相当大的编码冗余),精巧地构建了一套遗传信息的保存、复制、转录和翻译以及多肽链的生产体系;(d)演绎出蛋白质与核酸互为因果的反馈体系,并在个体生存的方向性筛选中,构筑了对细胞内成百上千种同步发生的生化反应进行秩序化管控(自组织)的复杂体系与规则,最终建立起个性生命的同质化传递机制——遗传。当然,未来还需要更多的实验证据来验证这一假说。     

破译基因密码的功臣——生物学科诺贝尔奖分析

1968年,罗伯特·霍利、哈尔·柯拉纳和马歇尔·尼伦伯格获得医学和生理学诺贝尔奖。其中尼伦伯格第一次合成了仅含1～2个核苷酸的简单核酸,利用该核酸生产了相应顺序的蛋白质,从而揭开了遗传密码的序幕。尼伦伯格还与柯拉纳长期合作创用了一系列方法,合成多种核酸,最后解决了遗传密码的必要前提。人们发现,控制遗传特性的因子(称基因)的信息是由细胞核中一种叫做脱氧核糖核酸 (DNA)的物质所携带。科学家们曾推断DNA以某种方式指挥细胞,将氨基酸组装为蛋白质。1953年,美国的詹姆斯·杜威·沃森及英国的弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克发现了DNA     

第二遗传密码与蛋白质结构优化算法

核苷酸通过“三联密码”决定氨基酸顺序 ,这就是第一遗传密码。多肽链中氨基酸的一定顺序就是蛋白质的一级结构。 2 0世纪 5 0年代Ａｎｆｉｎｓｅｎ提出假说 ,认为蛋白质特定的三维空间结构是由氨基酸排列顺序所决定的 ,现在已被广泛接受。从无结构的氨基酸序列到有特定功能的蛋白质的信息传递 ,即蛋白质中的氨基酸序列与其空间结构的对应关系 ,被称为第二遗传密码。收稿日期 :2 0 0 2 - 0 6 - 1 1 ;修回日期 :2 0 0 2 - 0 9- 1 8作者简介 :王华伟 (1 978- ) ,男 ,湖北孝感人 ,硕士生 ,从事生物信息学、ＤＮＡ分子生物计算研究。许进 (1 959…     

粳稻和籼稻D1蛋白光抑制敏感性的差异与其编码基因序列结构特征的相关性分析(英文)

粳稻 (OryzasativaL .ssp .japonica)和籼稻 (O .sativassp .indica)对光抑制的敏感程度存在差异 ,它们的叶绿体光反应中心Ⅱ核心蛋白D1的稳定性不同。以菌落原位杂交法克隆了粳稻“95 16”和籼稻“籼优 6 3”叶绿体D1蛋白的编码基因psbA。核苷酸序列同源比较显示 :两者在启动子区和 5′_UTR完全相同 ;编码区存在着个别碱基的差异 ,但均位于三联体密码的第三位 ,不影响氨基酸编码特性 ,在蛋白质氨基酸序列上没有差异 ;在 3′_UTR内存在寡聚U长度的差异。因此 ,粳稻和籼稻D1蛋白对光抑制作用敏感性的差异与其蛋白质的氨基酸序列结构无关 ,可能与调控psbA基因表达的上游因子或光保护机制的差异有关。     

遗传密码的高维空间对称性

对称性是由均衡比例产生的匀称美。对称性和对称破缺在自然界和生命现象中普遍存在。20种氨基酸和终止码共有64个遗传密码子,组成一个6维的编码空间。遗传密码空间以对称轴将空间分成对称的两大部分：嘌呤空间和嘧啶空间。遗传密码子的简并以对称轴为参考轴,呈平行排列。高简并度氨基酸（6,4,3,简并度）和低筒并度氨基酸（1,2简并度）的简并子空间近似呈周期性的双方错方式排列。遗传密码的简并与4种核苷酸的二进制数字编码,具有密切的关系。经过分析,可得出遗传密码的连通性λλ简并法则：“除丝氨酸的密码子分成两个与对称轴平行的,分离的子空间之外,其余氨基酸和终止密码的密码子,都通过与空间对称轴平行的λλ平面或λ边简并,组成独立的,单一的连通子空间。”并对氨基酸密码子的惯用率与编码空间的对称关系,以及数字生物学的意义进行了分析和讨论。     

北京地区人偏肺病毒膜表面糖蛋白G编码基因和特征的分析

为了解北京地区人偏肺病毒(hMPV)膜表面糖蛋白G编码基因的特征,提取2003年和2004年各6份hMPV阳性的临床呼吸道标本中的RNA,经用随机引物合成cDNA后,用特异性引物扩增G蛋白全基因,克隆至pBS-T载体中并进行测序。用生物软件与GenBank中hMPV的基因序列进行比较和种系进化分析。12株hMPV可以分为两个主要的进化簇1和2。每个进化簇还可以再分为不同的亚进化簇。3株(2003年)hMPV属于进化簇1;9株(3株2003年和6株2004年)hMPV属于进化簇2。这12株hMPV G蛋白基因的核苷酸长度在624~711nt,使用了两种不同的终止密码,编码的氨基酸长度为208~236 aa,蛋白质分子量为22.9~25.8kD。与进化簇2相比,进化簇1的3株hMPV都出现了3个核苷酸的缺失,但未改变读码框架。同一进化簇内的hMPV G蛋白基因核苷酸和氨基酸的同源性分别为95.7%~100%和91.8%~100%,不同进化簇间的核苷酸和氨基酸的同源性分别为56.3%~57.4%和34.3%~38.2%。疏水性分析表明这12株hMPV G蛋白是典型的Ⅱ型跨膜锚定蛋白,分别与两个进化簇代表株的疏水图一致。这些hMPV的G蛋白氨基酸的替换集中在胞外区。它们都含有高百分比的脯氨酸(P)、丝氨酸(S)和苏氨酸(T),含有相当数量的位于胞外区的O-连接糖基化位点。这些hMPV的G蛋白的N-连接糖基化位点数目和位置不尽相同。通过对G蛋白基因的分析显示,2003年和2004年北京地区流行的hMPV分属于两种不同的进化簇。基因分析显示hMPV的G蛋白是高糖基化的膜表面蛋白,具有与同属于副粘病毒科、肺病毒亚科的人呼吸道合胞病毒(hRSV)的G蛋白相似的基因特征,推测其功能和在感染免疫中的作用相当于hRSV的G蛋白,但有待进一步深入研究予以证实。     

遗传密码的新排列和起源探讨

根据DNA核苷酸组分的动态变化规律将遗传密码的传统排列按密码子对GC和嘌呤含量的敏感性进行了重排.新密码表可划分为2个半区（或1/2区）和4个四分区（或1/4区）.就原核生物基因组而言,当GC含量增加时,物种蛋白质组所含的氨基酸倾向于使用GC富集区和嘌呤不敏感半区所编码的氨基酸,它们均使用四重简并密码,对DNA序列的突变具有相对鲁棒性（Robustness）.当GC含量降低时,大多数密码子处于AU富集区和嘌呤敏感半区,这个区域编码的氨基酸具有物理化学性质的多样性.因为当密码子第三位核苷酸（CP3）在嘌呤和嘧啶之间发生转换时,密码子所编码的氨基酸也倾向于发生变化.关于遗传密码的进化存在多种假说,包括凝固事件假说、共进化假说和立体化学假说等,每种假说均试图解释遗传密码所表现出来的某些化学和生物学规律.基于遗传密码的物理化学性质、基因组变异的规律和相关的生物学假说,本研究提出了遗传密码分步进化假说（The Stepwise Evolution Hypothesis for the Genetic Code）.在人们推断的最原始的RNA世界里,原初（Primordial）遗传密码从只能识别嘌呤和嘧啶开始,编码一个或两个简单而功能明确的氨基酸.由于胞嘧啶C的化学不稳定性,最初形成的遗传密码应该仅仅由腺嘌呤A和尿嘧啶U来编码,却可得到一组7个多元化的氨基酸.随着生命复杂性的增加,鸟嘌呤G从主载操作信号的功能中释放出来,再伴随着C的引入,使遗传密码逐步扩展到12,15和20个氨基酸,最终完成全部进化步骤.遗传密码的进化过程同时也伴随以蛋白质为主体的分子机制和细胞过程的进化,包括氨酰tRNA合成酶（AARS）从初始翻译机器上的脱离、DNA作为信息载体而取代RNA以及AARS和tRNA共进化等基本过程.分子机制和细胞过程是生命的基本组成元件,它们不但自己不断地趋于完善,也促使生命体走?     

印度木薯花叶双生病毒外壳蛋白的研究Ⅱ．计算机分析外壳蛋白的一些特性

用NWGCG软件系统分析了印度木薯花叶双生病毒外壳蛋白的一些性质：(1)外壳蛋白是碱性蛋白,其等电点为10．91;(2)在外壳蛋白氨基酸序列中分布有α—helcies,β—Sheets及turns等二级结构;(3)分析了外壳蛋白中可能的表面氨基酸区域,亲水性和抗原决定簇区域;(4)在外壳蛋白的氨基酸序列中存在两个糖基化位点HNT,同时分析了双生病毒外壳蛋白氨基酸遗传密码的利用频率。     

粳稻和灿稻D1蛋白光抑制敏感性的差异与其编码基因序列结构特征的相关性分析

粳稻（Oryza sativa L.ssp.japonica)和籼稻（O.sativa ssp.indica)对光抑制的敏感程度存在差异,它们的叶绿体光反应中心Ⅱ核心蛋白D1的稳定性不同。以菌落原位杂交法克隆了粳稻“9516”和籼稻“籼优63”叶绿体D1蛋白的编码基因psaA。核苷酸序列同源比较显示：两在启动子枢和5′－UTR完全相同。编码区存在着个别碱基的差异,但均位于三联体密码的第三位,不影响氨基酸编码特性,在蛋白质氨基酸序列上没有差异,在3′－UTR内存在寡聚U4长度的差异。因此,粳稻和籼稻D1蛋白对光抑制作用敏感性的差异与其蛋白质的氨基酸序列结构无关,可能与调控psaA基因表达的上游因子或光保护机制的差异有关。     

慢性蜜蜂麻痹病毒Ch1株的编码区测序及其序列的分析

对中国分离株慢性蜜蜂麻痹病毒(Chronic bee paralysis virus,CBPV)Ch1编码区全基因序列进行克隆、测序、分析。利用RT-PCR方法和生物信息学软件,对本实验室分离到的Ch1株CBPV编码区的基因序列进行克隆,测序,与GenBank收录的CBPV毒株进行同源性比较,并以RdRp为靶基因构建了遗传进化树。结果显示,CBPV Ch1株的编码区由RNA1(GenBank No.KU950353)和RNA2(GenBank No.KU950354)两部分构成,全长5 979个核苷酸。其中RNA1片段全长3 674个核苷酸,编码3个开放阅读框,RNA2片段全长2 305个核苷酸,编码4个开放阅读框,RNA2片段中ORF2和ORF3,可能编码两个结构蛋白,分别命名为SP1和SP2。RNA1和RNA2核苷酸序列与2005年法国分离株Fr2核苷酸序列同源性最高,分别为96.1%和95.5%,但预测蛋白SP1核苷酸序列同源性与2006年乌拉圭分离株Ur1核苷酸序列同源性最高(96.9%)。基于RdRp为靶基因进行了遗传进化分析表明,Ch1株与Fr2株位于同一分支,且在该区域,Ch1株与Fr2株的核苷酸序列同源性最高(96.5%)。本实验成功分离到一株CBPV(KU950353,KU950354),并命名为Ch1株,完成了Ch1株CBPV的编码区的序列测定以及核苷酸序列与推导的氨基酸序列同源性比较及遗传进化分析,为研究CBPV的致病机制和免疫机制提供重要信息。     

我国四株狂犬病毒M和P基因序列分析和所编码蛋白的分析

为了解我国狂犬病毒M、P基因序列和结构特点,用RT-PCR方法获得目的基因片段,测定核苷酸序列后,计算机分析核苷酸和氨基酸序列及其功能区位点结构。结果显示四株病毒M基因核苷酸和氨基酸序列同源性分别为83.9%～99.5%和93.1%～99%,四株狂犬病毒M蛋白上调节病毒RNA转录和复制功能的第58位氨基酸残基均为谷氨酰胺残基(E),与特异性细胞蛋白WW区域作用的PPxY结构序列均为PPEY保守序列;四株病毒P基因核苷酸和氨基酸序列同源性分别为83.6%～99.8%和87.2%～99%,P蛋白与胞浆动力蛋白轻链LC8相互作用的序列位于143～148位氨基酸残基,均为DKSTQT,四株病毒P基因与L蛋白、N蛋白作用位点序列显示未发生影响其生物学功能的变异。研究结果证实了这两种蛋白结构在病毒致病性中起重要作用的推论。     

辽宁省2008～2011年流行性腮腺炎野病毒SH蛋白基因特征分析

本研究用Vero/Slam细胞从辽宁省2008～2011年流行性腮腺炎暴发和散发患者的临床标本中分离到13株流行性腮腺炎野病毒(Mumps virus,MuV),应用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)针对MuV分离株的SH基因的316个核苷酸片段进行扩增,并对该产物进行序列测定。将这13株MuV与从GenBank下载的世界卫生组织(WHO)MuV基因型参考株一起进行分子流行病学研究。结果提示:除2011-015株外,辽宁省2008～2011年12株MuV分离株均属于F基因型,核苷酸和氨基酸同源性为94.9%～100%和83.3%～100%。与F基因型参考株序列相比,核苷酸和氨基酸同源性分别为92.4%～97.2%和96.5%～84.2%。表明2008～2011年辽宁省流行的F基因型MuV发生较大的型内变异。另外还发现F基因型MuV在SH基因上存在着特异性突变(CNt65,CNt105,G Nt137,C Nt192,C Nt239,GNT262),而其它基因型MuV在这些位点上均未发生改变。F基因型MuV在SH基因编码的氨基酸保守位点也发生变化。如:第2位上由S→P,第6位上由P→L,第23位上由T→N,第48位上由L→P/R。与基因分型有关的氨基酸三联体,2008-01-007毒株也发生了改变,由IML变为TMP。2011-015株病毒与F基因型参考株平均核苷酸和氨基酸同源性分别为87.5%和79.8%,与G型参考株平均核苷酸和氨基酸同源性分别为96.8%和97.4%,属于G基因型。该基因型为中国内地首次发现。