试述遗传密码的特性和在基因传递中的意义,以及遗传密码是如何被破译的。
 
【正确答案】(1)遗传密码的特性及其在基因传递中的意义 ①遗传密码是三联子密码 1个密码子由3个连续的核苷酸组成,特异性地编码1个氨基酸。 ②密码子的连续性 遗传密码以5'→3'方向、非重复、无标点的方式编码在核酸分子上。阅读mRNA时以密码子为单位,连续阅读,密码间无间断也没有重叠,AUG为甲硫氨酸兼起始密码子。UAA、UAG和UGA为终止密码子。因此要正确阅读密码,必须从起始密码子开始,按一定的读码框架连续读下去,直至遇到终止密码子为止。若插入或删除一个核苷酸,就会使以后的读码框发生错位,称为移码突变。 ③密码子的简并性 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并,对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。除甲硫氨酸(AUG)和色氨酸(UGG)只有一个密码子外,其他氨基酸都有一个以上的密码子。密码的简并性具有重要的生物学意义,它可以减少有害突变,在物种的稳定性上起一定作用,还可以保证翻译的速率。 ④密码子与反密码子的相互作用 摆动学说认为,在密码子与反密码子的配对中,前两对严格遵守碱基配对原则,第三对碱基有一定的自由度,时常出现不严格配对,即可以“摆动”,因而会产生某些tRNA可以识别1个以上的密码子的现象。反密码子的第一位如果是U,可以和密码子第三位A或G配对;反密码子第一位如果是G,可以和密码子第三位U或C配对;反密码子第一位如果是I,可以和U、C、A配对。如果有几个密码子同时编码一个氨基酸,凡是第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独立的tRNA。 ⑤密码的通用性与特殊性 a.通用性:生物界从低等到高等基本上共用一套遗传密码。密码子的通用性说明生物有共同的起源,有助于生物的进化的研究。 b.特殊性:线粒体及少数生物基因组的密码子有变异,其中线粒体密码子的第三位碱基或是不起作用,或是只区分嘌呤和嘧啶。 ⑥密码的防错系统 密码的编排方式使得密码子中一个碱基被置换,其结果常常或是编码相同氨基酸或是以理化性质最接近的氨基酸取代。从而使基因突变造成的危害降至最低程度。即密码的编排具有防错功能,密码表是一个故障一安全系统,是在进化过程中获得的最佳选择。 (2)遗传密码的破译 ①1954年,物理学家George Gamov根据DNA中存在四种核苷酸和蛋白质中存在20种氨基酸的对应关系,通过数学推理,得出三个核苷酸编码一个氨基酸的结论。 ②1961年,Crick及其同事用噬菌体做实验,证明遗传密码中三个碱基编码一个氨基酸。 ③1961年,Nirenberg等用大肠杆菌的无细胞蛋白质合成体系,在平行的20个体系中分别加入含有19种非放射性标记的氨基酸和1种放射性标记的氨基酸。利用多聚核苷酸磷酸化酶合成只有一种核苷酸成分的mRNA,即poly(U)、poly(C)、poly(A)和poly(G)。结果发现poly(U)指导了多聚苯丙氨酸的合成,poly(C)编码了多聚脯氨酸,poly(A)编码了多聚赖氨酸,而poly(G)没有蛋白质的合成是因为它形成了复杂的二级结构。 ④Nirenberg及Ochoa等又用各种随机共聚物或特定序列的共聚物作为模板合成多肽,如用poly(UG)作为模板则合成了两个相邻氨基酸交替重复出现的Cys和Val的多肽链,说明密码子由三个碱基组成,但三联体密码子的精确顺序的确定还无法确定。 ⑤Nirenberg和Leder用核糖体结合技术来解决密码问题。以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等为模板,在含有核糖体、AA-tRNA的适当离子强度的反应液中保温,然后使反应液通过硝酸纤维素滤膜,不结合核糖体的可以通过,将已结合到核糖体上的AA-tRNA与未结合的AA-tRNA分开,从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测知该氨基酸的密码子。
【答案解析】