什么是遗传密码 | 什么是密码子

遗传密码是 DNA 分子中核苷酸（含氮碱基）的群体或序列。DNA 中的遗传密码提供产生 mRNA 的指令，或者我们可以说 mRNA 是由遗传密码（核苷酸序列或 DNA）形成的。'遗传密码' 这个术语是由乔治·伽莫夫提出的。

mRNA上（通过转录由 DNA 产生）的三联核苷酸序列称为密码子。而遗传密码是指三联核苷酸序列或 DNA 片段中所有核苷酸序列。因此，遗传密码是 DNA 的语言。

密码子总是以三联体的形式存在，因为它编码一个氨基酸。所以，它是一个称为密码子的三联体。它是一组指令，指导 DNA 翻译成蛋白质的单体——氨基酸。由于密码子是三个核苷酸的组合，四种核苷酸可以产生 64 种不同的组合或密码子。其中，61 个密码子编码氨基酸，称为有义密码子，而其余 3 个密码子（UAA、UAG、UGA）表示蛋白质合成结束的停止信号。它们被称为无义密码或密码子，因为它们不编码蛋白质合成。

除此之外，一个密码子只编码一种特定的氨基酸，所以它不能编码任何其他氨基酸。然而，有些氨基酸可以由多个密码子编码。

密码子在 mRNA 中以连续的方式读取，两个密码子之间没有间隔。此外，密码子是不重叠的，例如，在 AUGUUU 中，可以是 AUG，UUU 等，但不能是 AUG 之后的 UGU。因此，AUG 的三个核苷酸不能成为其他代码或密码子的一部分。

密码子 AUG 具有双重功能；它既是起始密码子或起始子，也编码氨基酸甲硫氨酸的合成。但是，只有当它出现在转录单元的开头时，它才充当起始密码子，而如果它出现在中间，它将编码甲硫氨酸。

遗传密码的一些例外

• 虽然 UAA 和 UGA 密码子充当停止或终止密码子，但在草履虫和一些纤毛虫中，它们编码氨基酸谷氨酰胺。
• 虽然 AGG 和 AGA 密码子编码精氨酸，但在人类线粒体中，它们充当停止密码子。
• 虽然 UGA 是停止密码子，但在线粒体中它编码色氨酸。同样，在人类线粒体中，AUA 编码甲硫氨酸而不是异亮氨酸。

遗传密码是如何被发现的 I 谁发现了遗传密码

在 20 世纪 50 年代，**乔治·伽莫夫**首次意识到遗传密码是由三个核苷酸的组或三联体组成的。他得出结论，基因连续三个核苷酸的组合可能编码多肽或蛋白质中的一个氨基酸。

他试图找出人体中的 20 种氨基酸是如何由四种含氮碱基合成的。他进行了不同的含氮碱基组合，以了解有多少种含氮碱基可以作为一个组来编码单个氨基酸。

例如，他说如果一个含氮碱基合成一个氨基酸，那么它只能提供四种氨基酸，但我们有 20 种氨基酸。同样，他发现，如果由四种可用的碱基组成两个核苷酸或含氮碱基的组，将总共有 16 种组合的含氮碱基。他发现，即使是双联密码（两个核苷酸的组合）编码一个氨基酸也不起作用，因为只有 16 种有序的双联密码或核苷酸组合可以形成，这对于编码 20 种氨基酸的合成来说太少了。

接下来，他选择了三个含氮碱基的组或组合，并发现由三个核苷酸组成的密码似乎是合适的，因为它会产生 64 种独特的三核苷酸组或三联体（4x4x4），足以编码 20 种氨基酸的合成。因此，伽莫夫得出结论，遗传密码或形成密码子的含氮碱基以三联体的形式存在（3 个含氮碱基的组）。并且，每个三联体形成一个氨基酸。

伽莫夫的三联体假说被广泛接受。然而，尚不清楚哪个核苷酸三联体编码哪个氨基酸。

后来，遗传密码的理解在 1961 年随着美国生物化学家 **马歇尔·尼伦伯格**的工作而开始。他与他的团队一起能够识别与特定氨基酸对应的特定核苷酸三联体。他们通过以下两个实验创新达到了这个结论。

• 一种制造具有特定已知序列的人工 mRNA 的方法。
• 一种在细胞外将 mRNA 翻译成多肽的工艺，在一个由破裂的大肠杆菌细胞的细胞质组成的无细胞系统中完成，其中包含翻译所需的所有材料。

例如，尼伦伯格制造了一个只包含尿嘧啶核苷酸（聚-U）的 mRNA 分子。然后他将这个 mRNA 添加到无细胞系统中。他发现这个 mRNA 制造的所有多肽都只由一种氨基酸组成，那就是苯丙氨酸。这个 mRNA 中只有一个三联体，那就是 UUU，所以他得出结论 UUU 可能编码苯丙氨酸。同样，他也证明了聚-C mRNA 被翻译成由氨基酸脯氨酸组成的多肽，这表明三联体 CCC 可能编码脯氨酸。

后来，生物化学家哈·戈宾德·霍拉纳合成了更复杂序列的人工 mRNA。例如，他生成了一个 poly-UC ( UCUCUCUC….) mRNA 并将其添加到无细胞系统中。现在根据三联体密码规则，这个 poly-UC 会产生两种三联体密码子的组合，即 CUC 和 UCU。

这个 mRNA 制造的多肽具有丝氨酸和亮氨酸交替排列的氨基酸。CUC 形成亮氨酸，UCU 形成丝氨酸。这个实验与其他实验一样，也证实了遗传密码是三联体。因此，到目前为止，密码子 UCU 编码丝氨酸，密码子 CUC 编码亮氨酸。到 1965 年，尼伦伯格、霍拉纳和他们的团队成员成功破译了整个遗传密码，并得出了一个包含所有 64 种碱基组合或 64 个密码子的遗传密码表。

密码子的类型

1. 有义密码子

编码氨基酸合成的密码子称为有义密码子。有61 个有义密码子，因为有 61 个密码子编码 20 种氨基酸。

2. 信号密码子

它们在蛋白质合成过程中编码启动和停止信号等信号。有四种信号密码子，包括 AUG、UAA、UAG 和 UGA。它们可以是以下两种类型：

i) 起始密码子：顾名思义，这个密码子启动翻译过程。它是信使 RNA 的第一个密码子，标志着翻译开始的位置。它也称为起始密码子，因为它启动多肽链的合成。例如，AUG 是一个起始密码子，但它也编码甲硫氨酸氨基酸。

ii) 停止密码子：它位于 mRNA 中。需要停止翻译或多肽链的合成。它们发出多肽链终止的信号，因此也称为终止密码子。例如，UAA、UAG 和 UGA 是停止密码子。以前，它们被称为无义密码子，因为它们不编码任何氨基酸。

停止密码子发出的信号不被转运 RNA (tRNA) 读取。它们由称为释放因子的蛋白质读取。在原核生物或原核细胞中，释放因子有 RF1、RF2 和 RF3。RF1 识别 UAA 和 UAG 的停止信号，而 RF2 识别 UAA 和 UGA 的信号。然而，RF3 激活 RF1 和 RF2。而在真核生物中，只有一个释放因子 (eRF1) 可以识别所有三种停止密码子。

遗传密码的性质

• 三联体：遗传密码是三联体。总共有 64 个三联体或遗传密码或密码子，足以编码 20 种氨基酸，并且还可以作为起始和停止密码子，分别启动和终止多肽链的形成。
• 通用：它几乎是通用的。一种特定的密码子编码特定的氨基酸，同样特定的密码子在所有动物、植物和生物体中都充当起始和停止密码子。例如，无论是在细菌还是在人类中，像 UUU 这样的密码子都会生成苯丙氨酸 (phe)。然而，发现在线粒体和一些原生动物中，它不编码苯丙氨酸。因此，由于一些例外，它被称为几乎通用。
• 无逗号：密码是无逗号的。密码子是连续的，意味着两个连续的密码子之间没有分隔线。
• 密码是冗余的：这意味着遗传密码是退化的，因为所需的密码子多于所需的，因此有三种氨基酸可以由多个密码子编码。
• 非重叠：它是非重叠的，这意味着六个碱基（2 个三联体）将编码两个氨基酸。一个字母只读取一次，或者一个核苷酸只使用一次。如果它是重叠的，六个碱基将编码超过两个氨基酸。例如，两个碱基 CATGAT 将给出两个非重叠的代码；CAT 和 GAT。然而，如果它是重叠的，它将给出超过两个代码，如 CAT、GAT、ATG 和 TAT。
• 非歧义：虽然它是冗余的代码，但我们可以说它是非歧义的，因为在正常情况下，每个密码子只编码一种特定的氨基酸。
• 极性：每个密码子都有极性，这意味着读取信息的固定方向。如果一个密码子朝相反方向读取，它将编码不同的氨基酸。例如，UUG 将编码亮氨酸，而 GUU（从右到左读取）将编码缬氨酸。mRNA 中的信息以 5'-3' 方向读取，所以我们可以说遗传密码的极性是从 5' 端到 3' 端。

遗传密码的功能

• 遗传密码决定了在多肽链中添加氨基酸的顺序以合成蛋白质。
• 正是遗传密码使得 DNA 和 RNA 中的核苷酸序列能够被翻译成它们所编码的氨基酸。
• 细胞通过读取 DNA 转录过程中形成的 mRNA 的三个核苷酸组（密码子）来解码 mRNA。