岩石強度

[拼音]:yichuan mima

[英文]:genetic code

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(稱為有義鏈或編碼鏈)被轉錄為信使核糖核酸(mRNA),而另一條單鏈(稱為反義鏈)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。

在轉移核糖核酸(tRNA)分子中有一組與mRNA中的密碼子配對的三聯體,稱為反密碼子。每種tRNA攜帶一種特定的氨基酸,在遺傳密碼的解讀中起著關鍵性的作用。

簡史

1961年英國分子生物學家F.H.C.克里克等在大腸桿菌(Escherichia coli)噬菌體T4中用遺傳學方法證明密碼子由三個連續的核苷酸所組成。他們用原黃素作為誘變劑處理噬菌體T4的野生型,從中獲得噬菌斑較野生型為大的快速溶菌突變型 rⅡ。這種突變型可用原黃素再度處理而成為具有野生型表型的回覆體。將回復體和原來的野生型雜交,發現子代中出現一些rⅡ突變型,說明這些回覆體實際上是基因內抑制的結果(見抑制基因)。由於原黃素誘發的是移碼突變,也即是由於個別核苷酸的增加(+)或缺失(-)而導致的突變,因此可以把rⅡ突變寫作+(也可寫作-),把基因內抑制突變寫作-(或寫作+),於是由於基因內抑制而出現的回覆體便可寫作+-(或-+)。通過基因重組還可以得到種種組合如++、--、---等(表1)。不管密碼子由幾個核苷酸組成,只要有一個核苷酸的增加(或減少)都會使這一位置以後的密碼意義發生錯誤而成為突變型;而另一個核苷酸的減少(或增加)則可以校正後一核苷酸位置以後的碼組,從而使表型恢復為野生型。從表1 的實驗結果可以看到在除了 +-以外的各種組合中只有 +++或---或------等組合的表型是野生型。這一實驗結果只能解釋為密碼子是由三個(或三的倍數)核苷酸組成。

美國生物化學家M.W.尼倫伯格等從1961年開始用生物化學方法進行解碼研究。他們用人工合成的多聚核苷酸作為信使,用來代替大腸桿菌無細胞系統中原來的內源mRNA進行離體的肽鏈合成實驗,發現以多聚U(U表示尿嘧啶核苷酸)作為信使則只有標記的苯丙氨酸參入而合成多聚苯丙氨酸;以多聚A(A表示腺嘌呤核苷酸)作為信使則產物是多聚賴氨酸。這些實驗結果表明苯丙氨酸的密碼子可能是UUU,賴氨酸的密碼子可能是AAA。與此同時,美國生物化學家H.G.科拉納用共聚的多核苷酸如 UGUGUGUG……(G表示鳥嘌呤核苷酸)作為人工信使進行類似的實驗,發現產物是纈氨酸和半胱氨酸的多聚體,說明纈氨酸的密碼子可能是GUG,但也可能是UGU,半胱氨酸的密碼子可能是UGU,也可能是GUG。以後的實驗確證纈氨酸的密碼子是GUG,半胱氨酸的密碼子是UGU。

1964年尼倫伯格等人進行人工合成的三核苷酸和氨基醯-tRNA、核糖體三者的結合試驗,證明三核苷酸已經具備信使的作用。 例如三核苷酸是UUU時只能和苯丙氨醯-tRNA結合;三核苷酸是AAA時只能和賴氨醯-tRNA結合。二核苷酸則沒有作用。

通過上述的種種實驗,遺傳密碼已於1966年全部闡明(表2)。

密碼錶中的左邊是密碼子5′端的第一個核苷酸,中間是密碼子的第二個核苷酸,右邊是密碼子的第三個核苷酸。例如苯丙氨酸的密碼子是UUU或UUC(C表示胞嘧啶核苷酸)。表2中所列的64個密碼子編碼18種氨基酸和兩種醯胺。至於胱氨酸、羥脯氨酸、羥賴氨酸等氨基酸則都是在肽鏈合成後再行加工而成的。64個密碼子中還包括三個不編碼任何氨基酸的終止密碼子,它們是UAA、UAG、UGA。 這種由三個連續的核苷酸組成的密碼稱為三聯體密碼。

特性

無逗號

密碼子與密碼子之間沒有逗號。除了相當於多肽鏈羧基末端的終止密碼子作為翻譯結束的訊號之外,密碼子與密碼子之間沒有任何不編碼的核苷酸。翻譯從一個特定的起始密碼子AUG(極少數為GUG)開始,然後按連續的碼組沿mRNA多核苷酸鏈由5′到3′方向進行。直到終止訊號 UAA、UAG或UGA處翻譯便自然停止。

不重疊性

在多核苷酸鏈上任何兩個相鄰的密碼子不共用任何核苷酸。例如在一條由九個核苷酸所組成的多核苷酸鏈CAGCAGCAG中,如果每一個三聯體CAG分別決定肽鏈中鄰接的一個氨基酸則稱為不重疊;如果CAG決定第一個氨基酸,AGC決定第二個氨基酸,GCA又決定第三個氨基酸等等則稱為重疊。在核苷酸順序中迄今為止還沒有發現過這樣的重疊現象。

簡併性

64個密碼子中除甲硫氨酸和色氨酸外,一種氨基酸往往可由幾種密碼子代表。例如UUU和UUC都代表苯丙氨酸;又如代表絲氨酸、脯氨酸的密碼子各有四種之多。這種密碼的同義性稱為簡併性,同義的密碼便稱為簡併密碼。

1966 年克里克提出擺動假說來解釋簡併性。 認為mRNA上的密碼子與氨基醯 -tRNA上的反密碼子之間的鹼基配對除了A對U和C對G的標準方式外, 反密碼子5′端的鹼基與密碼子 3′端的鹼基配對時也可以不按標準方式,例如反密碼子上的U既可以與密碼子上的A配對,也可以與G配對。又如酵母菌的丙氨醯-tRNA上的反密碼子是5'IGC3',丙氨酸的三種密碼GCU、GCC和 GCA中的第三位核苷酸U、C和A都可以和I(次黃嘌呤)配對。

統一性

表2中所列的密碼子大多是用大腸桿菌作為研究物件得來的。以後陸續發現不論是菸草花葉病毒外殼蛋白或大腸桿菌的色氨酸合成酶或人血紅蛋白等的突變型中的氨基酸置換都可以用同樣的密碼子來解釋。在離體的系統中大腸桿菌抽提液可以把兔血紅蛋白的mRNA作為模板合成兔血紅蛋白。此外還有人將兔血紅蛋白的mRNA注射到蛙卵中,蛙卵中也出現了兔血紅蛋白。70年代以來用遺傳工程的手段還可以將真核生物的基因連線在基因載體上並引入細菌,使細菌產生相應的蛋白質(見重組體DNA技術)。以上事實都足以證明密碼的統一性。可是1979年以後對線粒體的密碼子的深入研究結果表明遺傳密碼的統一性並不適用於線粒體。例如在人和酵母的線粒體中UGA都不是終止密碼子而是色氨酸密碼子;在人的線粒體中 AUA不是異亮氨酸密碼子而是甲硫氨酸的密碼子。遺傳密碼的演變是分子進化研究中令人感到興趣的一個問題。