遺傳密碼又稱密碼子、三聯體密碼。是指信使RNA(RNA)分子上從5'端到3'端方向，由起始密碼子AUG開始，每三個核苷酸組成的三聯體。它決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號。1967年科學家破譯了全部密碼子并繪制了密碼子表。下面結合實例對遺傳密碼子的特點進行解讀，以便對遺傳密碼表的信息有較全面地把握。
1 三聯體密碼
例1．細胞內編碼20種氨基酸的密碼子總數為：（ ）
A．4 B．64 C．20 D．61
解析：蛋白質由20種基本氨基酸組成，而RNA只含有4種核苷酸，由4種核苷酸構成的序列是如何決定多肽鏈中多至20種氨基酸的序列的呢？顯然，在核苷酸和氨基酸之間不能采取簡單的一對一的對應關系。2個核苷酸決定一個氨基酸也只能編碼16種氨基酸，如果用3個核苷酸決定一個氨基酸，43=64，就足以編碼20種氨基酸了，這說明可能需要3個或更多個核苷酸編碼一個氨基酸。1961年Francis Crick及其同事的遺傳實驗進一步肯定3個堿基編碼一個氨基酸，此三聯體堿基即稱為密碼子。在64個密碼子中，有3個密碼子不編碼任何氨基酸，從而成為肽鏈合成的終止信號，稱為終止密碼子或無義密碼子，它們是UAA、UAG、UGA。其余的61個密碼子均編碼不同的氨基酸，其中AUG和GUG分別是甲硫氨酸和纈氨酸的密碼子，同時二者又是肽鏈合成的起始信號，稱為起始密碼子。
答案：D
2 不間斷性
例2．如果……CGUUUUCUUACGCCU…… 是某基因產生的 RNA 中的一個片斷 , 如果在序列中某一位置增添了一個堿基 , 則表達時可能發生 ( )。
①肽鏈中的氨基酸序列全部改變 ②肽鏈提前中斷 ③肽鏈延長 �、軟]有變化 ⑤不能表達出肽鏈
A． ①②③④⑤ B． ①②③④ C． ①③⑤ D． ②④⑤
解析: RNA的三聯體密碼是連續排列的，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。翻譯從起始碼AUG開始，3個堿基代表1個氨基酸，從RNA的5’→3’方向構成1個連續的閱讀框，直至終止碼。所以，若在某基因編碼區的DNA序列或其RNA中間插入或刪除1～2個核苷酸，則其后的三聯體組合方式都會改變，不能合成正常的蛋白質，這樣的突變亦稱移碼突變，對微生物常有致死作用。
若增添一個堿基后，導致密碼子編組改變，從添加一個堿基的那個密碼子開始，一直到末尾都出現誤讀，相應的氨基酸序列也會從某個氨基酸開始發生全面的改變。這種情況就有可能發生①；若增添一個堿基后，使正常的密碼子變成終止密碼子，則肽鏈將提前中斷。這種情況就有可能發生②；若增添了一個堿基后，使終止的密碼子變成正常密碼子，則會使肽鏈延長，發生可能③；若增添的一個堿基位于基因的內含子，則發生可能④；若增添的一個堿基使原有的起始密碼子遭到時破壞，又正好這段RNA中只有一個起始密碼子，則就可能發生⑤。
答案：A
3 不重疊性
例3．某RNA中堿基序列GAUCGA，每3個確定一個氨基酸。按照重疊方式和非重疊方式閱讀，分別能控制的氨基酸為（ ）
A．4種和2種 B．5種和2種 C．6種和2種 D．2種和2種
解析：題中堿基序列，如果按照重疊方式閱讀，可以有GAU、AUG、UCG、CGA四種讀法，如果按不重疊方式閱讀，可以有GAU、CGA兩種讀法。而實際上對于特定的三聯體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如，如果RNA分子UCAGACUGC的密碼解讀順序為：UCA、GAC、UGC，則它不可以同時解讀為UCA、CAG、AGA、GAC……等。不重疊性使密碼解讀簡單而準確無誤。并且，當一個核苷酸被異常核苷酸取代時，不會在肽鏈中影響到多個氨基酸。不過，在大腸桿菌噬菌體基因組中，確有部分遺傳密碼是重疊使用的，這可以看成一種例外現象。
答案：A
4 簡并性和擺動性
例4下列關于遺傳密碼的描述哪一項是錯誤的？（ ）
A．密碼閱讀有方向性，5'端開始，3'端終止
B．密碼第3位（即3'端）堿基與反密碼子的第1位（即5'端）堿基配對具有一定自由度，有時會出現多對一的情況。
C．一種氨基酸只能有一種密碼子
D．一種密碼子只代表一種氨基酸
解析：密碼子具有方向性，即RNA從5'端到3'端的核苷酸排列順序；RNA上的密碼子與轉運RNA(tRNA)上的反密碼子配對辨認時，大多數情況遵守堿基互補配對原則，但也可出現不嚴格配對，尤其是密碼子的第三位堿基與反密碼子的第一位堿基配對時常出現不嚴格堿基互補，這種現象稱為擺動配對。密碼第3位（即3'端）堿基與反密碼子的第1位（即5'端）堿基配對具有一定自由度，有時會出現多對一的情況；除色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子外，其余氨基酸有多個密碼子，以2～4個居多，多的可有6個。這種由多種密碼編碼一種氨基酸的現象稱為簡并性，代表一種氨基酸的密碼子稱為同義密碼子。從遺傳密碼表可看到，決定同一種氨基酸密碼子的頭兩個核苷酸往往是相同的，只是第三個核苷酸不同，表明密碼子的特異性由第一、第二個核苷酸決定，第三位堿基發生點突變時仍可翻譯出正常的氨基酸。由于簡并性，某些DNA堿基變化不會引起相應蛋白質的氨基酸序列改變，這對維持物種的穩定性有重要意義。一種氨基酸可能有一或多種密碼子，但一種密碼子只代表一種氨基酸。
答案：C
5 通用性
例5．下列關于遺傳密碼的敘述中正確的是（ ）
A．DNA分子中的堿基序列稱為遺傳密碼
B． tRNA上3個相鄰的堿基稱為遺傳密碼
C．所有的遺傳密碼都決定一種氨基酸
D．所有的生物共用一套密碼子
解析：密碼子是存在于信使RNA中的三個相鄰的核苷酸順序，是蛋白質合成中某一特定氨基酸的密碼單位。由于具有簡并性，因此多種密碼可編碼一種氨基酸。除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，不論是病毒、原核生物還是真核生物密碼子的含義都是相同的，共用一套密碼子。細菌、動物和植物等不同物種之間，蛋白質合成機制及其RNA都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。所以說遺傳密碼基本通用，但非絕對通用。
答案：D
6 方向性
例6．某一種tRNA的反密碼子是5?UGA3?，它識別的密碼子序列是：
A．UCA B．ACU C．UCG D．GCU
解析：RNA上的密碼子與轉運RNA(tRNA)上的反密碼子配對辨認時，遵守堿基互補配對原則，密碼子的第三位堿基與反密碼子的第一位堿基配對，讀碼順序均為5?端堿基→3?端堿基。因此密碼也具有方向性，即RNA從5'端到3'端的核苷酸排列順序就決定了多肽鏈中從N端到C端的氨基酸排列順序，決定翻譯的方向性。
答案：A
變式訓練：
1．下列哪一個不是終止密碼？（B ）
A．UAA B．UAC C．UAG D．UGA
2．假設翻譯時可從任一核苷酸起始讀碼，人工合成的（AAC）n（n為任意整數）多聚核苷酸，能夠翻譯出幾種多聚核苷酸？（C ）
A．一種 B．二種 C．三種 D．四種
3．下列關于氨基酸密碼的描述哪一項是錯誤的？（A ）
A．密碼有種屬特異性，所以不同生物合成不同的蛋白質
B． 密碼閱讀有方向性，5’端起始，3’端終止
C． 一種氨基酸可有一組以上的密碼
D． 一組密碼只代表一種氨基酸
4．遺傳密碼的閱讀方式是（ A ）
A．非重疊的閱讀方式 B．重疊閱讀方式
C．兩種情況都有 D．兩種情況都無
5． 在研究RNA如何決定蛋白質的過程中，為了弄清搭配的密碼子是由RNA上的幾個堿基組成的，科學家曾經進行過這樣的實驗：人工合成只有C、U兩種堿基相間排列的RNA，然后以它作為模板合成多肽。如果所合成的肽鏈中只含有一種氨基酸，則說明組成一個密碼子的堿基數是（ D ）
A．2個 B．3個 C．4個 D．2個或4個
6．在遺傳密碼研究的早期，有人從數學的角度推測只有RNA上三個堿基決定一個蛋白質中一個氨基酸才能滿足編碼20種氨基酸的需要（43=64＞20）。這種推論很快被離體實驗所證實。
atthaei和Nirenbeng把大量的大腸桿菌細胞磨碎，制成無細胞提取液，用DNA酶處理這種提取液，使細菌的DNA水解，除去細胞壁等。將上清液裝入試管，再加上20種氨基酸和必要的其他物質，其中至少有一種氨基酸用14C標記，最后在這種無細胞提取液中加入人工合成的多聚核苷酸……
最后通過分析試管內多肽鏈中氨基酸的種類和含量并結合數學分析來確定遺傳密碼的組成和方式。具體結果如下：
編號
堿基種類和比例
多聚核苷酸
氨基酸種類和比例
1
100%U
多聚U
100%苯丙氨酸
2
70%U 30%A
多聚U、A
34%苯丙氨酸
2．7%賴氨酸
15%異亮氨酸
15%亮氨酸
3
U、C
……UCUCUC……
絲氨酸、亮氨酸
……
……
……
……
根據上述信息回答下列問題：
（1）上述上清液中與實驗直接有關的物質或結構有：
①________________________。
②________________________。
③________________________。
（2）上述必要的其他物質是__________，實驗中多聚核苷酸的作用是____________。
（3）通過表中的實驗結果可確定苯丙氨酸和賴氨酸的遺傳密碼分別是_____、______。
（4）通過表中第2組的實驗結果可初步確定異亮氨酸和亮氨酸的遺傳密碼可能是_____
（5）通過表中第3組實驗你可以得出什么結果：________________________________。
解析：通過翻譯過程合成肽鏈，翻譯過程需要的條件有：核糖體（場所）、酶、氨基酸（原料）、轉運RNA、ATP（能源物質）等。實驗中的多聚核苷酸實際是RNA鏈，其作用是作為翻譯時的模板。根據第2組實驗可知，加入多聚U，遺傳密碼子只有UUU一種，為苯丙氨酸的遺傳密碼。加入多聚U、A，遺傳密碼子有8種，因A占30%，所以AAA的密碼子組成概率為30%×30%×30%=2．7%，對應表中的賴氨酸。異亮氨酸和亮氨酸的比例均占15%，根據兩種堿基的含量可知，70%×70%×30%=15%。所以組成異亮氨酸和亮氨酸的堿基中應含有兩個U和一個A，即有三種可能：UUA、AUU、UAU。第3組中的模板只有兩種密碼子：UCU和CUC，對應絲氨酸和亮氨酸兩種氨基酸，所以可知UCU和CUC分別編碼的氨基酸是絲氨酸和亮氨酸的一種。
答案：（1）①酶 ②核糖體 ③轉運RNA（2）ATP；翻譯時的模板（3）UUU、AAA（4）UUA、AUU、UAU（5）UCU和CUC分別編碼的氨基酸是絲氨酸和亮氨酸的一種。
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