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。     

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     

氨基酸的分子结构与遗传密码简并及二维集合分类

根据氨基酸遗传密码子的简并程度,可将64个遗传密码子分为高简并度类（3,4,6度简并组）和低简并度类（1,2度简并组）两大类。高简并度类有9个氨基酸,其分子量比较小,等电点的分布比较集中。低简并度类有11个氨基酸,其分子结构比较复杂,参考Taylor对氨基酸特性的分类图,本文提出以分子量（M）及等电点（P）作为氨基酸的化学特性坐标,作出其二维集合MP分类图,MP分类图可以反映出氨基酸的各种属性,如分子量的大小,简并度的高低,极性与非极性、带电荷或不带电荷,疏水性与亲水性,以及氨基酸残基的种类等。根据氨基酸的分类分析,可以认为：高简并度氨基酸多数是脂烃类和羟脂烃类的氨基酸,分子量比较小,分子结构比较简单,大部分为疏子性,主要组成跨膜结构或蛋白质的结构域,可能是出现较早的氨基酸;而低简并度的氨基酸,分子结构比较复杂,分子量比较大,多数是和蛋白质功能有密切联系的基团,可能是进化出现较晚的结构。     

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     

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?     

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     

程序化设计简并引物与克隆小菜蛾酯酶基因

利用遗传密码简并性 ,针对特定的氨基酸序列设计简并引物 ,是克隆蛋白质家族cDNA的常规方法。文章介绍了利用blastp ,blockmaker,CodeHop ,SwissProt,SpTrEMBL等网络工具及数据库设计昆虫抗性酯酶的简并引物。用这对引物从抗有机磷杀虫剂的小菜蛾Plutellaxylostella中克隆了 1段cDNA。经blastx检索genebank,发现此cDNA产物与其它昆虫抗性酯酶基因有高度的相似性。研究表明 ,程序化设计的简并引物可信性强 ,阳性率高 ,能迅速得到满意结果     

基于密码子偏性的置换模型估计正向选择

由于遗传密码子的简并性特征,大多氨基酸由多于一种密码子编码.在蛋白质编码过程中,同义密码子间的使用有着较显著的偏差,即同义密码于使用频率不等.应用CUSP软件对数据集H3N2和MHC进行同义密码子使用偏性的分析,然后基于同义密码子的使用偏性建立新的密码子置换模型,并在此模型的基础上分析物种的正向选择性.分析结果表明新的密码子置换模型能更好地拟合数据,由此可得到更加可靠的参数估计值.     

嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)gyrB基因的PCR扩增、克隆与序列分析

根据GenBank和ICB数据库中gyrB蛋白氨基酸序列的两个保守区域TPGMYIG和QRY(F)KGLGEM设计简并引物,以L.ferriphilum菌株YSK基因组DNA为模板,PCR扩增出获得大小约为2.2kb的DNA片段.序列分析表明,菌株YSK的扩增片断的开放阅读框(ORF)能够推导出一个编码分子量约为82....     

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。     

杨树派间不同种的遗传密码子使用频率分析

遗传密码子的简并性特征造成了不同物种使用的密码子存在偏爱性。了解不同物种的密码子使用特点,可以为外源基因导入过程中的基因改造提供依据,从而实现外源基因的高效表达。杨树是世界上广泛栽培的重要造林树种之一,已经成为林木基因工程研究的模式植物。本研究采用高频密码子分析法,对美洲山杨P.tremuloides,毛白杨P.tomentosa,美洲黑杨P.deltoids和毛果杨P.trichocarpa 4种杨树的蛋白质编码基因序列(CDS)进行了分析,计算出了杨树同义密码子相对使用频率(RFSC),确定了4种杨树的高频率密码子,发现虽然不同种类的杨树密码子使用上有一些差别,但是偏爱密码子的差别却很小,共性的密码子占绝大多数。仅有Pro,Thr和Cys等少数几个氨基酸的偏爱密码子有差别。这种“共性”提示我们,用不同种的杨树中任何一种杨树的偏爱密码子所设计的外源基因在其他杨树中也可以使用。     

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。     

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     

简并PCR技术及其在基因克隆中的应用

本文简要介绍简并PCR技术,包括什么是简并引物,如何设计简并引物,进行简并PCR的反应条件,应用简并PCR获得全长基因的方法和简并PCR技术的应用范围,并对简并PCR技术的局限性及其新进展进行讨论。在此基础上,简述基因的克隆策略以及简并PCR技术在基因克隆中的应用。简并PCR技术是寻找和发现“新”基因或蛋白质家族新成员的一种非常有用的工具。 Abstract:Degenerate PCR is introduced in this paper,including what is degenerate PCR,how to design degenerate primers,how to optimize degenerate PCR parameters,how to applying degenerate PCR to obtain full-length gene and which fields can apply degenerate PCR.The limits and recent advances of degenerate PCR are also discussed.Based on this introduction,strategies of gene cloning and applications of degenerate PCR in gene cloning are summarized in brief.Degenerate PCR is a very useful tool for searching and discovering new genes and new members of a protein family.     

用空间直观模型是否足以从斑块占据性资料中推断集合种群的动态过程?

在集合种群的研究中,经常要根据空间占据性数据应用斑块模型来推断种群的动态过程,在保护生物学应用中,斑块占据性模型的参数估测对于阐释集合种群动态和预测种群对生境破坏的反应极为重要。我们探讨了一种广泛应用的空间直观模型——率函数模型(Incidence function model)中参数估测的不确定性问题,通过构建由50个斑块组成的网络和两个假想的已知参数的集合种群,应用模拟模型产生集合种群随时间变化的斑块占据性数据系列：即快照(snapshot)。然后,根据这些快照,应用率函数模型和最大似然法估测种群动态参数。此外,我们还给出了传统的率函数模型的一个变形,这个变形包含了目标区效应(Target area effect)：即一个斑块的占据概率不但取决于空间隔离度,也取决于斑块本身面积的大小。结果表明：根据同一个集合种群不同的快照所估测的参数可以有很大差异,一个快照得出的参数提示的是占据性强但存活率低的集合种群,而另一个快照可能反映的是一个占据性弱但存活率高的集合种群。应用传统的率函数模型于一个包含了目标区效应的集合种群,导致斑块大小相关的灭绝率参数估测的正偏差。因此,仅根据一个快照的空间占据性数据来推测集合种群的过程有很大的不确定性[动物学报49(6)：787～794,2003]。     

遗传密码扩充技术

遗传密码的扩充打破了天然生命体基因只能编码天然氨基酸的限制.遗传密码扩充技术使人们可以将具有特殊性质的非天然氨基酸通过基因表达到生物活体的蛋白质中.该文对遗传密码扩充的原理、方法及意义进行简述.     

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…     

科技文摘

遗传密码不是所有生物共通的吗? 遗传密码在所有生物中都是相同的这一点已成为常识,也是分子生物学研究成果之一。但最近据说在线粒体的DNA中发现了三个与一般不同的密码,引起了不小的反响。线粒体中的翻译与细胞质中的蛋白质合成可以完全独立地进行。线粒体的DNA序列中第一个确定的是编码酵母ATP ase的第9个亚基的部位。这个密码子的第三个     

每期10题

八.脱皮激素B.性激素 C.生长激素D.甲状腺激素6.下列食物链中哪一组最稳定?( 1.用噬菌体去感染内含足够量3H的细菌,待细菌解体后,3H应()。 A.随细菌解体而消失。 B.发现于新噬菌体的外壳和DNA中 c.仅发现子新噬菌体的DNA中 D.仅发现于新噬菌体的外壳中 2.有一肤结构如下: CH3 CHZCHZC00H CHZSH CH3 }{11 HZN-CH~一毛公一NH吮一{H一一毛仓一NH一代:H一一仁O卜~NH一CH一(OOH (1)该肤含一个肤键,共有_种氨基酸。 (2)该肚水解时需要_个水分子。 (3)合成该肤链时,需要_个遗传密码,与该肤相应的荃因(双链DNA)上至少有一个碱…