遗传密码子起源

遗传密码的起源

遗传密码又称密码子、遗传密码子、三联体密码。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。它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。

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。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码，称为标准遗传密码；即使是非细胞结构的病毒，它们也是使用标准遗传密码。但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。

遗传密码的发现是20世纪50年代的一项奇妙想象和严密论证的伟大结晶。mRNA由四种含有不同碱基腺嘌呤[简称A]、尿嘧啶（简称U）、胞嘧啶（简称C）、鸟嘌呤（简称G）的核苷酸组成。最初科学家猜想，一个碱基决定一种氨基酸，那就只能决定四种氨基酸，显然不够决定生物体内的二十种氨基酸。那么二个碱基结合在一起，决定一个氨基酸，就可决定十六种氨基酸，显然还是不够。如果三个碱基组合在一起决定一个氨基酸，则有六十四种组合方式，看来三个碱基的三联体就可以满足二十种氨基酸的表示了，而且还有富余。猜想毕竟是猜想，还要严密论证才行。

自从发现了DNA的结构，科学家便开始致力研究有关制造蛋白质的秘密。伽莫夫指出需要以三个核酸一组才能为20个氨基酸编码。1961年，美国国家卫生院的Matthaei与马歇尔·沃伦·尼伦伯格在无细胞系统

（Cell-free system）环境下，把一条只由尿嘧啶(U)组成的RNA转释成一条只有苯丙氨酸(Phe)的多肽，由此破解了首个密码子（UUU -> Phe）。随后哈尔·葛宾·科拉纳破解了其它密码子，接着罗伯特·W·霍利发现了负责转录过程的tRNA。1968年，科拉纳、霍利和尼伦伯格分享了诺贝尔生理学或医学奖。

一、遗传密码起源的时间

M. Eigen通过rRNA序列比较的统计学评价得出遗传密码出现的时间在36亿年前

二、起源的地点应该与生物大分子起源地方一致

三、起源的学说

凝固事件学说

1968年，Crick在《the Origin of the Genetic Code》提出有一种观点：密码子与氨基酸的关系是在某一时期固定的，以后就不再改变。

理由：现在生物体中只要密码子有微小的改变，将会致死。

立体化学学说

1966年，韦斯（C. R. Woese）提出了立体化学理论，认为：遗传密码的起源和分配与RNA和氨基酸之间的直接化学作用密切相关，最终密码的立体化学本质扩展到氨基酸与相应的密码子之间物理和化学性质的互补性，。理由：。一些研究表明编码氨基酸的三联体密码或反密码子出乎意料地经常出现在对应的氨基酸在RNA上的结合位点

氨基酸与反密码子的直接作用以及疏水-亲水相互作用在遗传密码的起源中可能

具有重要的意义：1999年，霍恩（G. Houen）根据分子识别理论把编码的氨基酸分成两类：疏水性和亲水性，这个划分直接与蛋白质的折叠相关。简单初始的遗传密码能区分这两种类型的氨基酸，使蛋白质具有能够折叠成稳定三维结构的能力，这种多肽可通过与RNA分子形成核糖体蛋白复合物来稳定编码RNA。Mikio Shimitso（1982）提出tRNA分子的3’末端的核苷酸具有识别功能…………

共进化学说

1975年，王子晖基于以下假设，提共进化学说.

假设：密码子系统有原始氨基酸形成的前生物代谢途径的印迹，因此可以从氨基酸代谢途径发现密码子的演变过程

理论：传统的密码是从原始的简单密码进化而来，密码子的进化与氨基酸生物合成的进化是并列的。

只是解释了密码子是怎么改变的但是没有解释什么原因驱动的

没有解释氨基酸与其相对应的密码子或反密码子之间的密码关系是必然的还是偶然的

未解释简并性的原因

其他学说

综合进化学说

1999年，奈特提出遗传密码进化的综合性假说，认为遗传密码是由：Selection History Chemistry

三个因素在不同阶段起作用的

“单双三体”进化

2005年，吴焕麟提出三联体密码是从两种类型的双联体密码逐渐进化而来的，这两种双联体密码划分是按照三联体密码中固定的碱基位置划分的，包括前缀密码子（prefix codons）和后缀密码子（suffix codons）

1981，艾根（M. Eigen）的试管选择理论（in vitro selection）

1989年奥格尔（L. E. Orgel）的解码机理起源理论

1988年杜维（C. de Duve）提出的第二遗传密码（second genetic code）………………

四、遗传密码的最终发现

1 、阅读方式

破译遗传密码，必须了解阅读密码的方式。遗传密码的阅读，可能有两种方式：一种是重叠阅读，一种是非重叠阅读。例如mRNA上的碱基排列是AUGCUACCG。若非重叠阅读为AUG、CUA、CCG、；若重叠阅读为AUG、UGC、GCU、CUA、UAC、ACC、CCG 。两种不同的阅读方式，会产生不同的氨基酸排列。克里克用T噬菌体为实验材料，研究基因的碱基增加或减少对其编码的蛋白质会有什么影响。克里克发现，在编码区增加或删除一个碱基，便无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也无法产生正常功能的蛋白质。但是当增加或删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。这样克里克通过实验证明了遗传密码中三个碱基编码一个氨基酸，阅读密码的方式是从一个固定的起点开始，以非重叠的方式进行，编码之间没有分隔符。

2 、验证猜想

1959年三联体密码的猜想终于被尼伦伯格(Nirenberg Marshall Warren）等人用体外无细胞体系的实验证实。尼伦伯格等人的实验用人工制成的只含一种核苷酸的mRNA作模板，给以适当的条件：提供核糖体、