密码子是如何建立

‘壹’ 密码子的起源

除了少数的不同之外，地球上已知生物的遗传密码均非常接近；因此根据演化论，遗传密码应在生命历史中很早期就出现。现有的证据表明遗传密码的设定并非是随机的结果，祥笑对此有携好以下的可能解释:
最近一项研究显示，一些氨基酸与它们相对应的密码子有选择性的化学结合力（立体化学假说，stereochemical hypothesis），谨隐含这显示现在复杂的蛋白质制造过程可能并非一早存在，最初的蛋白质可能是直接在核酸上形成。但也有学者认为，氨基酸和相应编码的忠实性反映了氨基酸生物合成路径的相似性，并非物理化学性质的相似性（共进化假说，co-evolution hypothesis）。谢平指出，遗传密码子是生化系统的一部分，因此，必须与生化系统的演化相关联，而生化系统的核心是ATP，只有它才能建立起核酸和蛋白质之间的联系（ATP中心假说，ATP-centric hypothesis） ：ATP（a）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多个氨基酸的三联体密码子系统、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，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，并最终建立起个性生命的同质化传递机制——遗传 。

原始的遗传密码可能比今天简单得多，随着生命演化制造出新的氨基酸再被利用而令遗传密码变得复杂。虽然不少证据证明这观点，但详细的演化过程仍在探索之中,。 经过自然选择，现时的遗传密码减低了突变造成的不良影响。即，遗传密码是由选择（selection）、历史（history）和化学（chemistry）三个因素在不同阶段起作用的（综合进化假说） 。

‘贰’ 遗传密码的一代密码

遗传密码是由核苷酸组成的三联体。翻译时从起始密码子开始，沿着mRNA的5′——3′方向，不重叠地连续阅读氨基酸密码子，一直进行到终止密码子才停止，结果从N端到C端生成一条具有特定顺序的肽链。
“遗传密码”一词，现在被用来代表两种完全不同的含义，外行常用它来表示生物体内的全部遗传信息。分子生物学家指的是表示四个字母的核酸语言和20个字母的蛋白质语言之间关系的小字典。要了解核苷酸顺序是如何决定氨基酸顺序的，首先要知道编码的比例关系，即要弄清楚核苷酸数目与氨基酸数目的对应比例关系。
从数学观点考虑，核酸通常有四种核苷酸，而组成蛋白质的氨基酸有20种，因此，一种核苷酸作为一种氨基酸的密码是不可能的。如果两种核苷酸为一组，代表一种氨基酸，那么它们所能代表的氨基酸也只能有42=16种（不足20种）。如果三个核苷酸对应一个氨基酸，那么可能的密码子有43=64种，这是能够将20种氨基酸全部包括进去的最低比例。因此密码子是三联体（triplet），而不是二联体，（plet），更不是单一体（singlet）。
国际公认的遗传密码，它是在1954年首先由盖莫夫提出具体设想，即四种不同的碱基怎样排列组合进行编码，才能表达出20种不同的氨基酸。1961年，由尼伦伯格等用大肠杆菌无细胞体系实验，发现苯丙氨酸的密码就是RNA上的尿嘧啶UUU密码子，到1966年，64种遗传密码全部破译。
在64个密码子中，一共有三个终止密码子，它们是UAA、UAG和UGA，不与tRNA结合，但能被释放因子识别。终止密码子也叫标点密码子或叫无意义密码子。有两个氨基酸密码子AUG和GUG同时兼作起密码子，它们作为体内蛋白质生物合成的起始信号，其中AUG使用最普遍。
密码的最终破译是由实验室而不是由理论得出的，遗传密码体现了分子生物学的核心，犹如元素周期表是化学的核心一样，但二者又有很大的差别。元素周期表很可能在宇宙中的任何地方都是正确的，特别是在温度和压力与地球都相似的条件下。但是如果在其他星球也有生命的存在，而那种生命也利用核酸和蛋白质，它们的密码很可能有巨的差异。在地球上，遗传密码只在某些生物中有微小的变异。克里克认为，遗传密码如同生命本身一样，并不是事物永恒的性质，至少在一定程度上，它是偶然的产物。当密码最初开始进化的，它很可能对生命的起源起重要作用。

‘叁’ 生物的遗传密码是如何设计的

1、密码子具有通用性：不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。

2、遗传密码子无逗号：两个密码子间没有标点符号，密码子与密码子之间没有任何不编码的核苷酸，读码必须按照一定的读码框架，从正确的起点开始，一个不漏地一皮型凯芦直读到终止信号。

3、遗传密码子不重叠，在多核苷酸链上任何两个相邻的密码子不共用任何核苷酸。

4、密码子阅读与翻译具有一定的方向性：从5'端到3'端。

密码子的作用：

密码子表不是生物的事实。而是基于已有的20个必需氨基酸首字母缩写，添加缺如的6个字母后得到的。依次根据氨基酸三字母缩写，中文译名拼音首字母寻找相关，再以其中密码子简并性（即重复性）最强的氨基酸为首选进行替代。

可通过分析密码子使用模式，预测目的基因的最佳宿主；燃孙猜或者应用基因工程手段，为目的基因表达提供最优的密码子使用模式。3种不同的方式，目的都是利用密码子偏爱性来提高异源基因的表达。

‘肆’ 三联体密码子是如何被确定的呢

在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成polyU。1961年，美国的尼伦伯格和马太设想:既然mRNA有刺激无细胞系统中的蛋白质合成作用，加入人工合成的多聚核苷酸亦将会有这种促进作用。按此设想，他们合成了polyU作为模板，以观察无细胞系统中蛋白质合成速率。当把翻译产物分离、纯化和做序列分析后，结果出乎意料，合成的肽链中的氨基酸残基全部是苯丙氨酸。于是第一次确认了UUU是Phe的密码子。这样，就在一个偶然的机会开创了破译密码的工作。随后，他们又以polyA和polyC为模板，证明了分别可指导合成polyLys和polyPro，即确定了AAA是Lys的密码子，CCC是pro的密码子。但是类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核糖体结合。

‘伍’ 遗传密码如何编码有哪些基本特征

mrna上每3个相邻的核苷酸编成一个密码子，代表某种氨基酸或肽链合成的起始或终止信。特点：①方向性：编码方向是5'→3'②无标点性：密码子连续排列，既无间隔又无重叠，③简并性：除了met和trp各只有一个密码子之外，其余每种氨基酸都有2～6个密码子，④通用性：不同生物共用一套密码子，仅仅在动物线粒体和少数原核生物中个别密码子有差异⑤摆动性：在密码子与反密码子相互识别的过程中密码子的第一个核苷酸起决定性作用，而第二个，尤其是第三个核苷酸能够在一定范围内进行变动。

‘陆’ 密码子是如何决定的

1、遗传密码子是三联体密码：一个密码子由信使核糖核酸（mRNA）上相邻的三个碱基组成。

2、密码子具有通用性：不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。

3、 遗传密码子无逗号：两个密码子间没有标点符号，密码子与密码子之间没有任何不编码的核苷酸，读码必须按照一定的读码框架，从正确的起点开始，一姿渣个不漏地一直读到终止信迹侍悄号。

应用

提高基因的异源表达

可通过分析密码子使用模式，预测目的基因的最佳宿主；或者应用基因工程手段，为目的基因表达提供最优的密码子使用模式。3种不同的方式，目的都是利用密码子偏爱性来提高异源基因的表达。

翻译起始效应

mRNA浓度是翻译起始速率的主要影响因素之一，密码子直接影响转录效率，决定mRNA浓度。如单子叶植物在“翻译起始区”的密码子偏性大于“翻译终止区”，暗示“翻译起始区”的密码子使用对提高蛋白质翻译的效率和精确性更为重要，因此，通过修饰编码区5′端的DNA序列，来提高蛋白质的谈枣表达水平将有望成为可能。

‘柒’ 遗传密码子如何编码,有哪些特点

遗传密码（genetic code）：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。；连续的3个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎为所有生物通用。

起始密码子（iniation codon）：指定蛋白质合成起始位点的密码子。最常见的起始密码子是蛋氨酸密码：AUG

终止密码子（termination codon）：任何tRNA分子都不能正常识别的，但可被特殊的蛋白结合并引起新合成的肽链从翻译机器上释放的密码子。存在三个终止密码子：UAG ,UAA和UGA。

密码子（condon）：mRNA（或DNA）上的三联体核苷酸残基序列，该序列编码着一个指定的氨基酸 ，tRNA 的反密码子与mRNA的密码子互补。

反密码子（anticodon）：tRNA分子的反密码子环上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子与mRNA中的互补密码子结合。

简并密码子（degenerate codon）：也称为同义密码子。是指编码相同的氨基酸的几个不同的密码子。

遗传密码 genetic code 亦称氨基酸密码。是一种决定蛋白质肽链长短和氨基酸排列顺序、负荷着遗传信息的密码。遗传信息的载体是核酸，根据核酸的碱基排列顺序而合成蛋白质。有关遗传密码是由如何的碱基排列所组成的问题，通过应用各种人工合成的RNA所进行的肽合成实验、以及移码突变、错叉突变等的研究表明：（1）三个碱基合在一起（三联体密码）决定一个氨基酸。遗传密码通常以mRNA上的碱基排列来表示：（2）密码的解读是从mRNA上某一个固定的碱基排列开始的，按5′→3′的取向，每三个碱基为一区段进行解读的；（3）蛋白质合成的终止是由不对应任何氨基酸的无义密码子决定的；（4）三联体单位中三个碱基都不重复解读，密码子与密码子之间不存在多余的碱基；（5）有的氨基酸具有两种以上的密码子；（6）遗传密码对于所有生物都是共通的；等等。

‘捌’ 什么是启动子和起始密码子

1、本质不同

启动子的本质都百是DNA上的碱基对，起始密码子的本质是mRNA上相邻的三个碱基。

2、作用不同

启动子，能活化RNA聚合度酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特知异性，在启动子上有与RNA聚合酶结合的位点作用是控制基因转录的起始时间和基道因表达的程度。

起始密码子作用是翻译开始的地方。

3、在遗传信息表达中起专作用的时刻不同

启动子在DNA转录时起作用；起始密码子在DNA翻译中起作用。

启动子是一段位于结构基因5'端上樱谈游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。因为基因的特异性转录取决于酶与启启颂数动子能否有效地形成二元复合物，故RNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之相结合是转录起始过程中首先要解决的问题。

有实验表明，对许多启动子来说，RNA聚合酶与之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍。转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是RNA聚合酶与启动子的相互作用：启动子的结构影悄首响了它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水平。

‘玖’ 遗传密码如何编码有哪些基本特征

遗传密码编码是指信使RNA(mRNA）分子上从5'端到3'端方向，由起始密码子AUG开始，每三个核苷酸组成的三联体。遗传密码是一组规则，将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列，以用于蛋白质合成。

遗传密码的特征

1、方向性、密码子是对mRNA分子的碱基序列而言的，它的阅读方向是与mRNA的合成方向或mRNA编码方向一致的，即从5'端至3'端。

2、连续性。mRNA的读码方向从5'端至3'端方向，两个密码子之间无任何核苷酸隔开。mRNA链上碱基的插入、缺失和重叠，均造成框移突变。

3、通用性。蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。但已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。

(9)密码子是如何建立扩展阅读

遗传密码的发展

国际顶级学术期刊《科学》（Science）杂志在线发表了一项最新成果，有研究团队通过将四种合成核苷酸与核酸中天然存在的四种核苷酸结合，突破性地创造出具有八个字母的DNA分子，命名为“Hachimoji（日语‘八’和‘字母’）DNA”。

在正常情况下，当一对DNA链以双螺旋的形式缠绕在一起时，每条DNA链上都有成对的碱基：A和T，C和G，碱基之间依赖氢键牢牢结合在一起。由鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)组成的两对碱基，加上在RNA中存在的尿嘧啶(U)，被认为是大自然创造地球上无穷无尽生命的所有基础。

信息存储、信息传递、可选择表型、结构规整，认为这是进化的四个要求。作为一个信息存储系统，DNA必须遵循可预测的规则。

无论合成碱基的排列顺序如何，双螺旋结构都保持稳定。这一点很重要，因为生命要进化，DNA序列必须能够在不破坏整个结构的情况下变化。