遺傳密碼的發現

1. 現代科學發現的遺傳密碼有多少個

目前已知的遺傳密碼有64個，其中有61個密碼子決定氨基酸的名稱，還有個密碼子為終止密碼子。

2. 遺傳密碼有哪些基本特徵

1、方向性，密碼子是對mRNA分子的鹼基序列而言的，它的閱讀方向是與mRNA的合成方向或mRNA編碼方向一致的，即從5'端至3'端。

2、連續性，mRNA的讀碼方向從5'端至3'端方向，兩個密碼子之間無任何核苷酸隔開。mRNA鏈上鹼基的插入、缺失和重疊，均造成框移突變。

3、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。

4、擺動性，mRNA上的密碼子與轉移RNA(tRNA)J上的反密碼子配對辨認時，大多數情況遵守鹼基互補配對原則，但也可出現不嚴格配對，尤其是密碼子的第三位鹼基與反密碼子的第一位鹼基配對時常出現不嚴格鹼基互補，這種現象稱為擺動配對。

5、通用性，蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。但已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。

(2)遺傳密碼的發現擴展閱讀：

雖然遺傳密碼在不同生命之間有很強的一致性，但亦存在非標準的遺傳密碼。在有「細胞能量工廠」之稱的線粒體中，便有和標准遺傳密碼數個相異的之處，甚至不同生物的線粒體有不同的遺傳密碼。支原體會把UGA轉譯為色氨酸。

纖毛蟲則把UAG（有時候還有UAA）轉譯為谷氨醯胺（一些綠藻也有同樣現象），或把UGA轉譯為半胱氨酸。一些酵母會把GUG轉譯為絲氨酸。在一些罕見情況，一些蛋白質會有AUG以外的起始密碼子。

3. 遺傳密碼是誰研究的

於是，在20世紀60年代初，分子生物學的一個突出問題就是遺傳密碼。研究者如何才能預言是哪一個三聯體對應於某個特定氨基酸呢？如果不了解這一過程，我們就難以理解信息是怎樣從DNA轉移到蛋白質上的。

遺傳密碼的探尋開始於1955年，這時有一位西班牙裔的美國生物化學家奧喬亞（SeveroOchoa，1905—1993）離析出了一種酶，它可以使細菌中的DNA增殖。他發現，這種酶可以催化單個核苷酸形成類RNA物質。[美國生物化學家科恩伯格（Arthur Kornberg，1918—2007）隨後也對DNA作出了同樣的工作，1959年奧喬亞和科恩伯格榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。]

就是在這種情況下，美國生物化學家尼倫伯格（Warren Nirenberg，1927—）開始著手工作。他利用合成的RNA當做信使RNA，開始尋求答案。1961年，尼倫伯格終於有了突破。他根據奧喬亞的方法得到一段合成RNA，這種RNA只含一種類型的核苷酸——尿甙酸，因此它的結構是「……UUUUUU……」，其唯一可能的三聯體該是「UUU」。於是，當它形成一種僅含有苯丙氨酸的蛋白質時，他知道在他的「辭典」里，他已經列出了第一個條目，由尿甙酸組成的苯丙氨酸。

與此同時，印度裔美籍化學家科拉納（Har Gobind Khorana，1922—）也在沿著類似的路線工作。他引入了新的技術，可以對已知結構的DNA與由此產生的RNA進行比較，並且證明每個三聯體密碼的「字母」決不會重疊。他獨立研究，破譯了幾乎全部遺傳密碼。他和尼倫伯格分享了1968年諾貝爾生理學或醫學獎，同時得獎的還有同在此領域工作的霍利（Robert William Holley，1922—1993）。

科拉納後來主持一個研究小組，1970年偶然地成功合成了一種類似基因的分子。也就是說，他不是用已經存在的基因作為模板，而是從核苷酸開始，按正確的次序使它們排列在一起，這一技術最終使得研究者能夠創造「設計者」基因。總之，第二次世界大戰之後的幾十年裡，我們對遺傳基礎的認識向前跨越了一大步。DNA和RNA成了家喻戶曉的詞語，生命要義的知識似乎就在眼前。

4. 現在科學家發現的遺傳密碼有幾個

科學家發現的遺傳密碼共有64種，其中三種是終止密碼子， 61種是編碼氨基酸的密碼子 。

5. 遺傳密碼的發現有什麼重要意義

第一遺傳密碼的闡明解決了基因在不同生物體之間的轉移與表達，開辟了遺傳工程和蛋白工程的新產業。但是在異體表達的蛋白質往往不能正確折疊成為活性蛋白質而聚集形成包含體。生物工程的這個在生產上的瓶頸問題需要第二密碼的理論研究和折疊的實驗研究來指導和幫助解決。由於分子伴侶在新生肽鏈折疊中的關鍵作用，它一定會對提高生物工程產物的產率有重要的實用價值。
蛋白工程的興起，已經使人們不再滿足於天然蛋白的利用，而開始追求設計自然界不存在的全新的具有某些特定性質的蛋白質，這就開辟了蛋白設計的新領域。前面提到的把原來主要是β-折疊結構改變為一個主要是α-螺旋的新蛋白的設計就是這方面的一個例子，更多的努力將集中於有實用意義的蛋白設計上。近年來得知某些疾病是由於蛋白質折疊錯誤而引起的如類似於瘋牛病的某些神經性疾病老年性痴呆症帕金森氏症。這已引起人們極大的注意。異常刺激會誘導細胞立即合成大量應激蛋白幫助細胞克服環境變化，這些應激蛋白多半是分子伴侶。由於分子伴侶
在細胞生命活動的各個層次和環節上都有重要的甚至關鍵的作用，它們的表達和行為必然與疾病有密切關系.如局部缺血化療損傷心臟擴大高燒炎症感染代謝病細胞和組織損傷以及老年化都與應激蛋白有關。因此在醫學上不僅開辟了與分子伴侶和應激蛋白有關的新的研究領域，也開創了廣闊的應用前景。

6. 什麼是遺傳密碼簡述其基本特點

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。

特點

1、方向性，密碼子是對mRNA分子的鹼基序列而言的，它的閱讀方向是與mRNA的合成方向或mRNA編碼方向一致的，即從5'端至3'端。

2、連續性，mRNA的讀碼方向從5'端至3'端方向，兩個密碼子之間無任何核苷酸隔開。mRNA鏈上鹼基的插入、缺失和重疊，均造成框移突變。

3、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。

4、擺動性，mRNA上的密碼子與轉移RNA(tRNA)J上的反密碼子配對辨認時，大多數情況遵守鹼基互補配對原則，但也可出現不嚴格配對，尤其是密碼子的第三位鹼基與反密碼子的第一位鹼基配對時常出現不嚴格鹼基互補，這種現象稱為擺動配對。

5、通用性，蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。但已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。

(6)遺傳密碼的發現擴展閱讀：

除了少數的不同之外，地球上已知生物的遺傳密碼均非常接近；這顯示遺傳密碼應在生命演化的歷史中很早期就出現，並且證明了所有生物都源自共同祖先。現有的證據表明遺傳密碼的設定並非是隨機的結果，對此有以下的可能解釋:

1、最近一項研究顯示，一些氨基酸與它們相對應的密碼子有選擇性的化學結合力，這顯示現在復雜的蛋白質製造過程可能並非一早存在，最初的蛋白質可能是直接在核酸上形成。

2、原始的遺傳密碼可能比今天簡單得多，隨著生命演化製造出新的氨基酸再被利用而令遺傳密碼變得復雜。雖然不少證據證明這觀點3，但詳細的演化過程仍在探索之中。

3、經過自然選擇，現時的遺傳密碼減低了突變造成的不良影響。

7. 高中生物遺傳與進化中發現遺傳密碼對應規則的實驗有一地方不懂

「起始密碼子」的功能並不是「使翻譯開始」，而是「定位翻譯開始位置的信號標記」。

比如做多聚尿嘧啶核糖核苷酸指導合成多聚苯丙氨酸肽鏈的實驗用的就是大腸桿菌的核糖體，正常的mRNA上有一段叫做Shine-Dalgarno sequence的區域，能夠引導mRNA的AUG密碼子定位到核糖體RNA 3'末端與之互補的位置上。然後翻譯能夠按照正常的密碼子順序進行。

而對於人工合成的mRNA，沒有Shine-Dalgarno sequence，也沒有起始密碼子，所以翻譯開始的位置是隨機的，核糖體和mRNA結合的位置在哪裡，翻譯就從哪裡開始，因為都是U，所以不管從哪裡開始，氨基酸都是Phe。

如果人工合成的mRNA不止一種鹼基，比如是UUUAAAUUUAAA……這樣子的，那麼翻譯出來的就不會只有UUU和AAA的氨基酸，還會有UUA，UAA，AAU，AUU的氨基酸，因為開始閱讀密碼子的位置是隨機的。

所以這個實驗只要明確是UUU就可以了，其它不影響

8. 遺傳密碼的歷史起源

除了少數的不同之外，地球上已知生物的遺傳密碼均非常接近；因此根據演化論，遺傳密碼應在生命歷史中很早期就出現。現有的證據表明遺傳密碼的設定並非是隨機的結果，對此有以下的可能解釋 ：
韋斯（Carl Richard Woese）認為，一些氨基酸與它們相對應的密碼子有選擇性的化學結合力（立體化學假說，stereochemical hypothesis），這顯示現在復雜的蛋白質製造過程可能並非一早存在，最初的蛋白質可能是直接在核酸上形成。但王子暉（J. Tze-Fei Wong）認為，氨基酸和相應編碼的忠實性反映了氨基酸生物合成路徑的相似性，並非物理化學性質的相似性（共進化假說，co-evolution hypothesis）。謝平指出，遺傳密碼子是生化系統的一部分，因此，必須與生化系統的演化相關聯，而生化系統的核心是ATP，只有它才能建立起核酸和蛋白質之間的聯系（ATP中心假說，ATP-centric hypothesis） ：ATP（a）是光能轉化成化學能的終端，（b）導演了一系列的生化循環（如卡爾文循環、糖酵解和三羧酸循環等）及元素重組，（c）它通過自身的轉化與縮合將錯綜復雜的生命過程信息化——篩選出用4種鹼基編碼20多個氨基酸的三聯體密碼子系統、精巧地構建了一套遺傳信息的保存、復制、轉錄和翻譯以及多肽鏈的生產體系，（d）演繹出蛋白質與核酸互為因果的反饋體系，在個體生存的方向性篩選中，構築了對細胞內成百上千種同步發生的生化反應進行秩序化管控（自組織）的復雜體系與規則，並最終建立起個性生命的同質化傳遞機制——遺傳。
原始的遺傳密碼可能比今天簡單得多，隨著生命演化製造出新的氨基酸再被利用而令遺傳密碼變得復雜。雖然不少證據證明這一觀點，但詳細的演化過程仍在探索之中。經過自然選擇，現時的遺傳密碼減低了突變造成的不良影響。Knight等認為，遺傳密碼是由選擇（selection）、歷史（history）和化學（chemistry）三個因素在不同階段起作用的（綜合進化假說） 。
其它假說：艾根提出了試管選擇（in vitro selection）假說，奧格爾（Leslie Eleazer Orgel）提出了解碼（decoding）機理起源假說，杜維（Christian de Duve）提出了第二遺傳密碼（second genetic code）假說。Wu等推測，三聯體密碼從兩種類型的雙聯體密碼逐漸進化而來, 這兩種雙聯體密碼是按照三聯體密碼中固定的鹼基位置來劃分的, 包括前綴密碼子（Prefix codons）和後綴密碼子（Suffix codons）。不過，Baranov等推測三聯體密碼子是從更長的密碼子（如四聯體密碼子quadruplet codons）演變而來，因為長的密碼子具有更多的編碼冗餘從而能抵禦更大的突變壓力 。

9. 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。

10. 什麼是遺傳密碼

很久以前，人們都知道「種瓜得瓜，種豆得豆。」在五光十色的生物界，千姿百態的植物世代相傳，除有少數變異外，都酷似它們的父母，從最簡單的病毒到高等植物無一例外。小麥的後代還是小麥，稻子的後代還是稻子，是什麼東西決定了它們的遺傳性呢？這種物質是存在於細胞核的遺傳物質——脫氧核糖核酸，是它把父本和母本的性狀傳遞給了後代。因為不同生物體的DNA結構各不一樣，所以，有什麼樣結構的DNA，就有什麼樣特定結構的蛋白質，並由此帶來相似的後代。

DNA結構很復雜。它好比一幢高樓，是由一塊一塊「磚塊」砌成的，「磚塊」的名字叫脫氧核糖苷酸。我們日常用的磚塊是由砂石、泥土合制而成的，DNA的「磚塊」卻是由磷酸、脫氧核糖和鹼基組合而成，它們按一定的順序首尾相接，聯結起來，成為很長的DNA鏈。縱觀這長鏈，就會發現這個鏈里大有奧妙，而奧妙就在鹼基上。鹼基有四種，分別是腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。它們分別簡寫為A、G、T和C。就是這四種鹼基組成了生物的遺傳密碼。組成DNA分子的鹼基雖然只有4種，但是鹼基對的排列順序卻是千變萬化的。例如，在生物體內，一個最短的DNA分子也大約有4000個鹼基對，這些鹼基對可能的排列方式就有44000種。鹼基對的排列順序就代表了遺傳信息。鹼基對的排列順序千變萬化，構成了DNA分子的多樣性，而鹼基對的特定排列順序，又構成了每個DNA分子的特異性，這就從分子水平上說明了生物體具有多樣性和特異性的原因。

1953年，美國華特森和英國克里克提出DNA的雙螺旋分子結構模型，為在分子水平上說明遺傳現象奠定了基礎。1954年，美國蓋莫夫提出了「三聯密碼說」，即遺傳密碼是由三個字母組成的三聯體。這些科學家人為地把它們編寫成了一份密碼，一個細胞發給一份密碼，看這個細胞根據這份密碼能合成什麼樣的氨基酸，從而慢慢摸清了密碼的意義，也就是給密碼作了翻譯。經過這樣的摸底，明確了好多密碼的意義，如GGG能合成甘氨酸。所以人們就認識了甘氨酸的遺傳密碼是GGG。根據同樣的道理，認識了賴氨酸的遺傳密碼是AAA，精氨酸的遺傳密碼是AAG………這一本密碼字典就初步編出來了。這一套密碼在成千上萬的生物中都適用，這多麼令人驚奇啊？

DNA分子中有無數個密碼。A、G、T、C四個字顯示了它們主宰生物各種性狀的本事，它們變化多樣，巧妙排列，創造了錯綜復雜、琳琅滿目的奇異生物世界。

為什麼DNA有主宰遺傳的奇特作用呢？原來是因為DNA有著獨特的結構和別具一格的自我復制本領。

DNA分子好像一架螺旋狀的梯子。梯子的兩邊界是由磷酸和脫氧核糖一個隔一個地連接而成的，階梯是由每一邊和脫氧核糖相連的鹼基配成一對，通過氫鍵連接成的。「父母」生育「子女」時，「父母」把自己的DNA復制一份傳給下一代，所以「子女」就獲得了「父母」合成特異蛋白的那種本事。不過，下代的DNA和「父母」的DNA不完全一樣，因此，在DNA復制時，螺旋逐漸打開形成兩個單鏈。子一代的雙螺旋的DNA分子中有一個鏈是原來的，另一個鏈是新合成的。

但有些病毒完全沒有DNA，它是通過RNA來進行遺傳的。