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     

遗传信息的编码原理—核苷酸三联体等长编码的必然性

理论物理与理论生物学家盖莫夫(G.Gamov)在1954年最先提出了遗传密码是核苷酸三联体的假说。1961年克里克(Crick)等人用T_4噬菌体码组位移突变做形式遗传学实验,证明遗传密码确实是以核苷酸三联体密码子代表20种标准氨基酸的。后来尼伦堡(Nirenberg)等人用人工合成的多聚核糖核苷酸作模板促进氨基酸参入的实验,解读了全部的遗传密码。     

第22种氨基酸和无义密码子的重新诠释

遗传密码字典的破译,通用性作为遗传密码的基本特点之一被人们认可.近年来的研究发现了一些例外.除线粒体使用一组密码子其含义有别于核基因之外,原先被认为仅用作终止信号的无义密码子在某些情况下可重新诠释,编码特定的氨基酸.在揭示了硒代半胱氨酸由UGA编码后,最近的研究表明,在某些古细菌和真细菌中,无义密码子UAG可重新诠释,编码组成蛋白质的第22种天然氨基酸——吡咯赖氨酸.     

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,     

简并性还是多态性?——遗传密码子设定的进化特点的剖析(英文)

遗传密码子的设定表现出令人困惑的多态性特点 :不同氨基酸拥有的密码子的数目 ,除 5个外 ,从 1个到 6个都有 .这种特点显示出密码子无论在翻译行为还是进化轨迹上 ,都存在诸多的异质性 .因此 ,简并性一词的收敛含义 ,并不能表征这种多态性的进化内涵 .没有同义密码子的AUG(Met)和UGG (Trp)并无简并现象 .其余的密码子则可分为两大类 :一类是 ,4个同义密码子为 1组 ,具有相同的第 1、2位碱基 ,并遵循“3中读 2”的读出规则 .同组的 4个同义密码子 ,不过是来自同一个双字母原始密码子 (XYN)的孑遗物 ,从这个意义上讲 ,也不宜视为简并现象 ;另一类则主要是 ,2个同义密码子为一组 ,并遵循“3中读 3”读出规则 .它们是由编码 2个氨基酸的双义原始密码子 ,第 3位的未定碱基N进一步设定形成 .至于有 6个同义密码子的 ,特别令人困感不解的组别 ,实际上是 4 + 2个 ,这启示它们可能源于上述两大类 .遗传密码子多态性的起源 ,可能始于最初阶段 ,氨基酸同某类寡核苷酸的起始二联体的相互作用 ,而完成于所有的双义原始密码子的第 3位碱基的分化 .这种进化轨迹被传统的简并性一词所模糊 ,并导致鉴定各有关理论可信性的坚实依据和令不同观点取得共识的基础被掩盖起来 .这可能就是在遗传密码子起源领域里 ,长期存在着众     

线粒体遗传密码及基因组遗传密码的对称分析

病毒、细菌和真核生物的氨基酸编码都使用相同的遗传密码,表明它们可能有共同的来源。但人和牛的线粒体的遗传密码和基因组的遗传密码相比,出现以下不同;（1）ATA编码甲硫氮酸M而不是异亮氨酸I。（2）TGA不再是终止密码子X而编码色氨酸W。（3）AGA和AGG不再是精氨酸R的密码子而变为终止密码子X。应用高维空间拓扑分析的方法,对线粒体遗传密码和基因组遗传密码的6维编码空间进行对称性分析,得到如下结果：（1）线粒体遗传密码的起始密码子是2个而不是1个。（2）线粒体遗传密码的终止密码子是4个而不是3个。（3）线粒体遗传密码空间只有2、4、6三种偶数简并度而没1、3两种奇数简并度,表明其对称度较高。（4）线粒体遗传密码空间除丝氨酸S分成两个平行的子空间之外,终止密码子X亦分成两个平行的子空间,表明其连通度较低。（5）线粒体遗传密码一基因组遗传密码相比,共有3个简并平面出现变异,即：1001λλ（M和I）,011λ1λ（W和X）,以及1011λλ（S和X或S和R）。（6）基因组遗传密码的1、3两种奇数简并度可能来源于线粒体遗传密码的1001λλ平面和011λ1λ平面的对称性破缺。对线粒体遗传密码变异的生物学意义及遗传密码的起源进行了分析和讨论。     

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。     

mRNA的序列、结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

mRNA所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列。但是, 由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异, 密码子与反密码子相互作用效率上的不同, 以及密码子上下文关系和mRNA 不同区域二级结构上的差异, 造成了核糖体对mRNA 不同区域翻译速度上的差异, 加之共翻译折叠的作用, 使得mRNA 的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

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?     

四膜虫eRF1识别终止密码子的功能结构域

原生动物的一些纤毛虫中终止密码子发生重分配现象,将1个或2个终止密码子翻译为氨基酸.目前对这一现象的发生机制仍无合理解释．近年来,对蛋白质合成终止过程中肽链释放因子(eukaryotic polypeptide release factor, eRF)结构和功能的深入研究,为揭示终止密码子的重分配机制提供了重要的线索．本实验以具有终止密码子识别特异性的四膜虫Tt-eRF1为研究对象,将其中与密码子识别有关的GTx、NIKS和Y-C-F关键模体(motif) 引入识别通用终止密码子的酵母Sc=eRF1中,构建成各种嵌合体eRF1．利用双荧光素酶报告系统和细胞活性实验,分析关键模体及其周边的氨基酸对eRF1识别终止密码子性质的影响．结果表明,GTx和NIKS模体一定程度上决定eRF1识别终止密码子第1位碱基U和第2位碱基A;Y-C-F模体决定eRF1识别终止密码子UGA的第2位碱基G．模体内及其相邻氨基酸定点突变分析进一步支持以上结果．本研究推测,eRF1在进化过程中一些关键模体结构的改变决定其识别终止密码子的特异性,只能识别3个终止密码子中的1个或2个．随后,由于tRNA基因的突变产生阻抑性tRNA,促成终止密码子在原生动物纤毛虫中的重新分配．     

62种细菌基因组中密码子碱基位置上碱基分布的差异性及相关性

应用生物信息学方法,对已完成测序的62种细菌基因组进行：1．同一密码子碱基位置上不同碱基分布频率的比较;2．不同密码子碱基位置上同一碱基分布频率的比较。结果显示：1．三个密码子碱基位置上及四种碱基的分布频率差异存在显著性;2．三个密码子碱基位置上的四种碱基的分布频率显著相关。结论提示,在细菌的进化过程中,任一密码子碱基位置上任一碱基的分布有可能受到所处密码子碱基位置及其他三种碱基分布的影响。     

mRNA的序列,结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

ｍＲＮＡ所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列,但是,由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异,密码子与反密码子相互作用效率上的不同,以及密码子上下文关系和ｍＲＮＡ不同区域二级结构上的差异,造成了核糖体对ｍＲＮＡ不同区域翻译速度上的差异,加之共翻译折叠的作用,使得ｍＲＮＡ的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

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。     

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。     

遗传密码子研究进展

作为生命信息的基本遗传单位,基因组遗传密码的破译对于人们加深对生命本质的认识具有重要的理论价值和现实意义。目前,遗传密码子的研究重心已由遗传密码子的破译及反常密码子的发现转入到遗传密码子的起源与进化及扩张等研究。遗传密码子的起源与进化是当今基因组学研究的热点命题之一,相关的学说、假设层出不穷,但尚未取得实质性突破。另一方面,无义密码子的再定义及遗传密码的扩张等研究却极大的丰富和发展了遗传密码子的科学内涵,推动了生命科学研究的发展。文章综述了遗传密码子的多态性、起源与进化、无义密码子的再定义及遗传密码的扩张等方面的研究进展,并就其应用价值作了评述,期待为其在基因组学、医学等相关领域的应用研究提供参考。     

遗传密码子及其应用

作为生命信息的基本遗传单位,基因组遗传密码的破译对于人们加深对生命本质的认识具有重要的理论价值和现实意义.目前,遗传密码子的研究重心已由遗传密码子的破译及反常密码子的发现转入到遗传密码子的起源与进化及扩张等研究.遗传密码子的起源与进化是当今基因组学研究的热点命题之一,相关的学说、假设层出不穷,但尚未取得实质性突破.另一方面,无义密码子的再定义及遗传密码的扩张等研究却极大的丰富和发展了遗传密码子的科学内涵,推动了生命科学研究的发展.文章综述了遗传密码子的多态性、起源与进化、无义密码子的再定义及遗传密码的扩张等方面的研究进展,并就其应用价值作了评述,期待为其在基因组学、医学等相关领域的应用研究提供参考.     

酵母 tRNA~(ala)密码子GpCpU的酶促合成

tRNA主要有两种生物学功能:一是接受(相应的氨基酸。二是将此氨基酸转移到多肽链中。在后一功能中,tRNA通过其反密码子同mRNA上相应的密码子形成互补碱基间的氢键配对,从而使氨基酸转移到由mRNA碱基顺序决定的多肽序列中。本工作合成酵母tRNA~(ala)密码子GpCpU,将用于测验该tRNA的转移活性,即检查该tRNA能否通过其反密码子3＇CpGpI5＇同已结合在核糖体上的密码子5＇GpCpU3＇形成氢键配对而实现转移丙氨酸的功能。迄今报道的关于制备寡核苷酸的方法,主要有三种:化学合成、酶解天然核酸和酶促合成。本工作用最后一种方法,用RN_(ase)N_1和     

密码子与反密码子的相互作用—从“摆动假说”到“三中读二”

除了一些个别情况,一般认为遗传密码对于各种 生物都是通用的。当密码子与反密码子相互作用时, 前两个碱基的识别严格根据标准的碱基配对原则,而 第三位碱基配对的情况则比较复杂。     

蛋白质生物合成支路

蛋白质生物合成支路金由辛（中国科学院上海生物化学研究所,上海２０００３１）关键词蛋白质生物合成,支路６０年代中期遗传密码破译后,蛋白质生物合成的轮廓已经清楚。ｍＲＮＡ作为蛋白质生物合成的直接模板,分子内含有遗传信息。它就是以连续不重叠方式排列的三联体...     

粘虫核型多角体病毒多角体蛋白基因结构和序列的研究

测定了粘虫核型多角体病毒（Ｌｅｕｃａｎｉａｓｅｐａｒａｔａｎｕｃｌｅａｒｐｏｌｙｈｅｄｒｏｓｉｓｖｉｒｕｓ,ＬｓＮＰＶ）两个ＥｃｏＲＶ片段的共１２０１ｂｐ序列,发现了一个７１４ｂｐ的开放阅读框（ＯＲＦ）,根据其与多种ＮＰＶ多角体蛋白基因（ｏｃｕ）同源性的比较和５＇端典型的１４ｂｐ保守序列,说明此ＯＲＦ即为ＬｓＮＰＶ的ｏｃｕ基因。根据核苷酸序列预测的多角体蛋白有２４６个氨基酸,其中酸性和碱性氨基酸数相等,疏水氨基酸含量很高,氨基酸组成中以谷氨酸（Ｇｌｕ）含量最高,谷氨酰胺和半胱氨酸含量最低。编码区碱基同源性与ＭｂＮＰＶ最高,为９７．０％;氨基酸同源性与ＭｂＮＰＶ最高,为９７．５％。密码子偏爱选用以第三个碱基为嘧啶的密码子。二级结构分析表明,α－螺旋（Ｈ）和β－折叠（Ｓ）相等,β－转角含量是Ｈ和Ｓ含量之和。