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遺傳密碼是怎樣破譯的

發布時間: 2022-01-25 21:24:25

『壹』 遺傳密碼是怎樣被破譯的

http://www.i3721.com/cz/tbjak/qnj/xkb7njswsc/200605/40883.html

『貳』 遺傳密碼的破譯究竟指的是什麼

1953年,沃森和克里克弄清 DNA的雙鏈雙螺旋結構之後,分 子生物學像雨後春筍蓬勃發展。 許多科學家的研究,使人們基本 了解了遺傳信息的流動方向: DNA→信使RNA→蛋白質。也就是 說蛋白質由信使RNA指導合成, 遺傳密碼應該在信使RNA上。 基因密碼的破譯是六十年代 分子生物學最輝煌的成就。先後 經歷了五十年代的數學推理階段 和1961-1965年的實驗研究階段。 1954年,物理學家George Gamov根 據在DNA中存在四種核苷酸,在 蛋白質中存在二十種氨基酸的對 應關系,做出如下數學推理:

『叄』 遺傳密碼的破譯的介紹

1953年,沃森和克里克弄清DNA的雙鏈雙螺旋結構之後,分子生物學像雨後春筍蓬勃發展。許多科學家的研究,使人們基本了解了遺傳信息的流動方向:DNA→信使RNA→蛋白質。也就是說蛋白質由信使RNA指導合成,遺傳密碼應該在信使RNA上。

『肆』 遺傳密碼的破解歷史

遺傳密碼的發現是20世紀50年代的一項奇妙想像和嚴密論證的偉大結晶。mRNA由四種含有不同鹼基腺嘌呤(簡稱A)、尿嘧啶(簡稱U)、胞嘧啶(簡稱C)、鳥嘌呤(簡稱G)的核苷酸組成。最初科學家猜想,一個鹼基決定一種氨基酸,那就只能決定四種氨基酸,顯然不夠決定生物體內的二十種氨基酸。那麼二個鹼基結合在一起,決定一個氨基酸,就可決定十六種氨基酸,顯然還是不夠。如果三個鹼基組合在一起決定一個氨基酸,則有六十四種組合方式,看來三個鹼基的三聯體就可以滿足二十種氨基酸的表示了,而且還有富餘。猜想畢竟是猜想,還要嚴密論證才行。
自從發現了DNA的結構,科學家便開始致力研究有關製造蛋白質的秘密。伽莫夫(George Gamow)指出需要以三個核酸一組才能為20個氨基酸編碼。1961年,美國國家衛生院的馬太(Heinrich Matthaei)與尼倫伯格(Marshall Warren Nirenberg)在無細胞系統(Cell-free system)環境下,把一條只由尿嘧啶(U)組成的RNA轉釋成一條只有苯丙氨酸(Phe)的多肽,由此破解了首個密碼子(UUU -> Phe)。隨後科拉納(Har Gobind Khorana)破解了其它密碼子,接著霍利(Robett W.Holley)發現了負責轉錄過程的tRNA。1968年,科拉納、霍利和尼倫伯格分享了諾貝爾生理學或醫學獎。 尼倫伯格等發現由三個核苷酸構成的微mRNA能促進相應的氨基酸-tRNA和核糖體結合。但微mRNA不能合成多肽,因此不一定可靠。科蘭納(Khorana,Har Gobind)用已知組成的兩個、三個或四個一組的核苷酸順序人工合成mRNA,在細胞外的轉譯系統中加入放射性標記的氨基酸,然後分析合成的多肽中氨基酸的組成。
通過比較,找出實驗中三聯碼相同的部分,再找出多肽中相同的氨基酸,於是可確定該三聯碼就為該氨基酸的遺傳密碼。科蘭納用此方法破譯了全部遺傳密碼,從而和尼倫伯格分別獲得1968年諾貝爾獎金。
後來,尼倫伯格等用多種不同的人工mRNA進行實驗,觀察所得多肽鏈上的氨基酸的類別,再用統計方法推算出人工mRNA中三聯體密碼出現的頻率,分析與合成蛋白中各種氨基酸的頻率之間的相關性,以此方法也能找出20種氨基酸的全部遺傳密碼。最後,科學家們還用了由3個核苷酸組成的各種多核苷鏈來檢查相應的氨基酸,進一步證實了全部密碼子。 DNA分子是由四種核苷酸的多聚體。這四種核苷酸的不同之處在於所含鹼基的不同,即A、T、C、G四種鹼基的不同。用A、T、C、G分別代表四種核苷酸,則DNA分子中將含有四種密碼符號。以一段DNA含有1000對核苷酸而言,這四種密碼的排列就可以有41000種形式,理論上可以表達出無限信息。
遺傳密碼
遺傳密碼(geneticcode)又是如何翻譯的呢?首先是以DNA的一條鏈為模板合成與它互補的mRNA,根據鹼基互補配對原則在這條mRNA鏈上,A變為U,T變為A,C變為G,G變為C。因此,這條mRNA上的遺傳密碼與原來模板DNA的互補DNA鏈是一樣的,所不同的只是U代替了T。然後再由mRNA上的遺傳密碼翻譯成多肽鏈中的氨基酸序列。鹼基與氨基酸兩者之間的密碼關系,顯然不可能是1個鹼基決定1個氨基酸。因此,一個鹼基的密碼子(codon)是不能成立的。如果是兩個鹼基決定1個氨基酸,那麼兩個鹼基的密碼子可能的組合將是42=16。這種比現存的20種氨基酸還差4種因此不敷應用。如果每三個鹼基決定一個氨基酸,三聯體密碼可能的組合將是43=64種。這比20種氨基酸多出44種,所以會產生多餘密碼子。可以認為是由於每個特定的氨基酸是由1個或多個的三聯體(triplet)密碼決定的。一個氨基酸由一個以上的三聯體密碼子所決定的現象,稱為簡並(degeneracy)。
每種三聯體密碼決定什麼氨基酸呢?從1961年開始,經過大量的實驗,分別利用64個已知三聯體密碼,找出了與他們對應的氨基酸。1966-1967年,全部完成了這套遺傳密碼的字典。大多數氨基酸都有幾個三聯體密碼,多則6個,少則2個,這就是上面提到過的簡並現象。只有色氨酸與甲硫氨酸這兩種氨基酸例外,只有1個三聯體密碼。此外,還有3個三聯體密碼UAA、UAG和UGA不編碼任何氨基酸,它們是蛋白質合成的終止信號。三聯體密碼AUG在原核生物中編碼甲醯化甲硫氨酸,在真核生物中編碼甲硫氨酸,並起合成起點作用。GUG編碼結氨酸,在某些生物中也兼有合成起點作用。分析簡並現象時可以看到,當三聯體密碼的第一個、第二個鹼基決定之後,有時不管第三個鹼基是什麼,都可能決定同一個氨基酸。例如,脯氨酸是由下列四個三聯體密碼決定的:CCU、CCC、CCA、CCG。也就是說,在一個三聯體密碼上,第一個,第二個鹼基比第三個鹼基更為重要,這就是產生簡並現象的基礎。
同義的密碼子越多,生物遺傳的穩定性越大。因為當DNA分子上的鹼基發生變化時,突變後所形成的三聯體密碼,可能與原來的三聯體密碼翻譯成同樣的氨基酸,或者化學性質相近的氨基酸,在多肽鏈上就不會表現任何變異或者變化不明顯。因而簡並現象對生物遺傳的穩定性具有重要意義。

『伍』 微生物遺傳密碼是怎樣被破譯的

微生物是一大群小生物的總稱,因其形體小而得名。投入少、收效快的微生物基因組研究,是當今世界基因組研究中的前沿領域。我國地理環境復雜,含有豐富的微生物資源,研究這些微生物,無論對於生物進化研究,還是特殊酶以及蛋白質的結構和功能研究都有重要意義。

1998年初,我國科研人員在雲南騰沖地區考察時在沸泉中發現了一種嗜熱細菌,最適合在75度左右高溫下生長。在進行分類、形態方面的研究後,研究人員發現,國內第一個被發現的這種極端嗜熱菌,是國際上從未報道過的新菌種。

科研人員從培養的細菌中提取了基因組DNA,構建了測序模板文庫,還建立了反映測序進展與存在問題以及用於組裝、注釋、尋找基因的軟體。在基因測序中,獲得了單機日產、序列讀長、准確率等指數與國際同行並駕齊驅的好結果。

『陸』 什麼是遺傳密碼,遺傳密碼的特點,遺傳密碼的破譯

遺傳密碼又稱密碼子、遺傳密碼子、三聯體密碼。指信使RNA(mRNA)分子上從5'端到3'端方向,由起始密碼子AUG開始,每三個核苷酸組成的三聯體。
它決定肽鏈上每一個氨基酸和各氨基酸的合成順序,以及蛋白質合成的起始、延伸和終止。
遺傳密碼是一組規則,將DNA或RNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白質的氨基酸序列,以用於蛋白質合成。幾乎所有的生物都使用同樣的遺傳密碼,稱為標准遺傳密碼;即使是非細胞結構的病毒,它們也是使用標准遺傳密碼。但是也有少數生物使用一些稍微不同的遺傳密碼。
遺傳密碼決定蛋白質中氨基酸順序的核苷酸順序 ,由3個連續的核苷酸組成的密碼子所構成 。由於脫氧核糖核酸(DNA)雙鏈中一般只有一條單鏈(稱為模版鏈)被轉錄為信使核糖核酸(mRNA),而另一條單鏈(稱為編碼鏈)則不被轉錄,所以即使對於以雙鏈 DNA作為遺傳物質的生物來講,密碼也用核糖核酸(RNA)中的核苷酸順序而不用DNA中的脫氧核苷酸順序表示。

特點

方向性

連續性

簡並性

指一個氨基酸具有兩個或兩個以上的密碼子。密碼子的第三位鹼基改變往往不影響氨基酸翻譯。

擺動性

通用性

破譯
遺傳信息的流動方向:DNA→信使RNA→蛋白質。也就是說蛋白質由信使RNA指導合成,遺傳密碼應該在信使RNA上。

具體可查看「遺傳密碼」「遺傳密碼的破譯」網路

『柒』 什麼是生物的遺傳密碼 科學家是怎麼破譯的

遺傳信息是指基因中的脫氧核苷酸排列順序或鹼基的排列序列,位置在DNA分子上。一般認為遺傳信息在有遺傳效應的一段DNA分子的一條鏈上,稱為信息鏈。信息鏈是指與模板鏈互補的這條鏈,模板鏈上的鹼基序列不代表遺傳信息。以模板轉錄成mRNA,mRNA上的鹼基排列順序稱為遺傳密碼,所以經過轉錄後,遺傳信息就轉化成遺傳密碼。遺傳密碼的位置在mRNA,mRNA上相鄰的3個鹼基決定一個氨基酸,這3個相鄰的鹼基稱為密碼子。遺傳密碼現已查明,共有64個密碼子,其中有61個有效密碼子,代表著20種氨基酸。每種氨基酸的密碼子數目差別很大,有些氨基酸有幾種密碼子,如亮氨酸一共有6個密碼子(UUA、 UUG、CUU、CUG、CUA、CUC),而甲硫氨酸只有一個密碼子(AUG)。在地球上,除極少數的生物(如某些原核生物有小部分不同)外,遺傳密碼是通用的,這說明地球上的所有生物都是由共同的祖先進化而來的。

微生物遺傳密碼破譯

據新華社北京1月23日電我國科學家最近破譯了一種嗜熱菌的遺傳密碼,從而獲得了國內第一張微生物基因組「工作框架圖」,標志著我國基因組研究又向前邁出重要一步。
據悉,這是迄今為止中國人首次破譯微生物的遺傳密碼,嗜熱菌也成為除病毒外國內第一個遺傳密碼被基本破譯的生物。
微生物是一大群小生物的總稱,因其形體小而得名。投入少、收效快的微生物基因組研究,是當今世界基因組研究中的前沿領域。我國地理環境復雜,含有豐富的微生物資源,研究這些微生物,無論對於生物進化研究,還是特殊酶以及蛋白質的結構和功能研究都有重要意義。
1998年初,我國科研人員在雲南騰沖地區考察時在沸泉中發現了一種嗜熱細菌,最適合在75度左右高溫下生長。在進行分類、形態方面的研究後,研究人員發現,國內第一個被發現的這種極端嗜熱菌,是國際上從未報道過的新菌種。
專家認為,這一微生物遺傳密碼的破譯,為研究生物進化提供了基本樣本,也說明我國已具備基因組序列大規模測定、處理、質量檢查、組裝、注釋、分析的能力,從整體上提高了我國基因組學的研究實力。
據悉,目前國際上遺傳密碼被破譯的微生物已有26個。

『捌』 怎麼破譯遺傳密碼

任何一種天然多肽鏈都有其特定的氨基酸順序。mRNA中的核苷酸的排列順序決定著蛋白質分子中氨基酸的排列順序。mRNA分子中的核苷酸只有四種,而組成蛋白質的氨基酸有20種。四種核苷酸怎樣排列組合才能代表20種氨基酸呢?用數學方法推算,如果mRNA分子中每三個相鄰核苷酸決定一個氨基酸,則能編碼出64組密碼(43=64),可以滿足20種氨基酸編碼的需要。實驗證明確實是這樣,在mRNA鏈上相鄰的三個鹼基為一組,稱為密碼子或三聯體密碼,起著編碼一種氨基酸的作用。

遺傳密碼的概念是M.Nirenberg等人在1964年首先提出來的,他們以大腸桿菌的無細胞體系為材料,給予20種放射性同位素標記的氨基酸,以聚U作為mRNA,經保溫後,發現只有苯丙氨酸(Phe)摻入到酸不溶性部分的多肽中,即新合成了一條多聚苯丙氨酸肽鏈,從而提出UUU三個鹼基是編碼苯丙氨酸的三聯體密碼。與此同時,Khorana人工合成了具有兩個核苷酸重復序列的多核苷酸,進行體外蛋白質合成。如聚UG、聚AC作為mRNA,合成了兩個相鄰氨基酸殘基交替重復出現的Cys-Val和Thr-His多肽鏈,即

Poly(UG):UGUGUGGUGUGUGUG翻譯成:Cys-Val-Cys-Val-Cys-Val……

Poly(AC):ACACACACACACCAC

翻譯成:Thr-His-Thr-His-Thr-His……

若以人工合成的三核苷酸重復排列形成的mRNA,如用polyUUC作模板,可翻譯出三種由單一的氨基酸殘基組成的多肽鏈,這是由從不同的鹼基開始閱讀密碼所引起的。

Poly(UUC):UUCUUCUUCUUCUUC……翻譯成poly(Phe)

UUCUUCUUCUUCUUCU……翻譯成poly(Ser)

UUCUUCUUCUUCUUCUU……翻譯成poly(Lcu)

若以polyUAA、polyUGA和polyUAG為模板時,因為遇到終止密碼UAA、UGA和UAG,僅能生成兩種單一氨基酸殘基組成的多肽。

應用上述類似的方法於1966年完全查清了20種氨基酸所對應的61個密碼子,其餘三個密碼子為終止密碼子。密碼子的閱讀方向為5′→3′。

『玖』 蛋白質的遺傳密碼是通過什麼方法破譯的遺傳密碼有哪些主要特徵

混合共聚物鹼基配對
2)混合共聚物(mixed copolymers)實驗對密碼子中鹼基組成的測定: 1963年,Speyer和Ochoa等發展了用兩個鹼基的共聚物破譯密碼的方法。例如,以A和C原料,合成polyAC。polyAC含有8種不同的密碼子:CCC、CCA、CAA、AAA、AAC、ACC、ACA和CAC。各種密碼子占的比例隨著A和C的不同而不同,例如當A和C的比例等於5:1時,AAA:AAC的比例=5× 5× 5:5× 5× 1=125:25。依次類推。實驗顯示AC共聚物作模板翻譯出的肽鏈由六種氨基酸組成,它們是Asp,His,Thr,Pro,和Lys,其中Pro和Lys的密碼子早先已證明分別是CCC和AAA。根據共聚物成份不同的比例和翻譯產物中氨基酸比例亦不同的關系,Speyer等確定了Asp、Glu和Thr的密碼子含2AlC;His的密碼子含1A2C;Thr的密碼子也可以含1A2C;Pro為3C或1A2C;Lys為3A。但上述方法不能確定A和C的排列方式,而只能顯示密碼子中鹼基組成及組成比例。例如,Asp,Glu和Thr的2A1C可能有三種排列方式,即AAC、ACA、CAA。此外,通過反復改變共聚物成份比例的方法亦十分麻煩和費時。

aa-tRNA與確定的三核苷酸序列結合
正當Speyer等人按上述2)方法奮力時,Nirenberg和Leder於1964年建立了破譯密碼的新方法,即tRNA與確定密碼子結合實驗。該方法利用了如下事實:即是在缺乏蛋白質合成所需的因子的條件下,特異氨基酸-tRNA(aa-tRNA)也能與核糖體-mRNA復合物結合。最重要的是這種結合並不一定需要長的mRNA分子,而三核苷酸實際上就可以與核糖體結合。例如,當polyU與核糖體混合時,僅有Phe-tRNA(苯丙氨醯-tRNA)與之結合;相應地Pro-tRNA(脯氨醯-tRNA)特異地與polyC結合。還有GUU可促進Val-tRNA(纈氨醯-tRNA)結合,UUG促進Leu-tRNA(亮氨醯-tRNA)結合等。雖然所有64個三核苷酸(密碼子)都可按設想的序列合成,但並不是全部密碼子均能以這種方法決定因為有一些三核苷酸序列與核糖體結合並不象UUU或GUU等那樣有效,以致不能確定它們是否能為特異的氨基酸編碼。

用重復共聚物破譯密碼
4)用重復共聚物(repeating copolymers)破譯密碼:
幾乎在上述Nirenberg和Leder工作的同時,Nishimura,Jones,和Khorana等人應用有機化學和酶學技術,制備了已知的核苷酸重復序列。蛋白質在核糖體上的合成可以在這些有規律的共聚物的任一點開始,並把特異的氨基酸參入肽鏈。例如,重復序列CUCUCUCUCU......是多肽Leu-Ser-Leu-Ser......或者是多肽Ser-Leu-Ser......的信使分子.使用共聚物構成三核苷酸為單位的重復順序,如(AAG)n,它可合成三種類型的多肽:polyLys、polyArg和polyGlu,即AAG是Lys的密碼子,AGA是Arg的密碼子,GAA是Glu的密碼子。又如(AUC)n序列是polyIle、polySer和polyHis的模板。如此至1965年破譯了所有氨基酸的密碼子。

『拾』 遺傳物質是如何破譯的生物界通用的遺傳密碼有多少套

三個經典實驗證明DNA是遺傳物質,肺炎雙球菌轉化實驗,T2噬菌體實驗,煙草花葉病毒實驗
通用遺傳密碼只有一套啊