揭秘遗传密码课件.pptVIP

*************************************遗传密码的变异：沉默突变30%密码子第三位变异大多数沉默突变发生在密码子第三位20%同义突变比例人类基因组变异中同义突变的占比∞进化信号沉默位点突变率可揭示选择压力沉默突变（同义突变）是指尽管DNA序列发生了改变，但由于遗传密码的简并性，编码的氨基酸保持不变。例如，密码子UUU和UUC都编码苯丙氨酸，因此U到C的变化不会改变蛋白质序列。这类突变长期被认为是中性的，不影响生物体表型。然而，现代研究表明沉默突变并非总是无影响的。它们可能通过多种机制影响基因表达：改变mRNA的二级结构和稳定性；影响剪接效率和准确性；改变翻译速率，特别是当突变导致使用稀有密码子时；甚至可能影响蛋白质的折叠过程。一些人类疾病已被发现与沉默突变相关，如马凡氏综合征的某些病例。遗传密码的进化：冻结意外冻结假说由科达·尤雷提出，认为遗传密码在生命早期可能经历过多次变化，但最终在原始生物中固定下来，成为冻结的状态，几乎不再发生变化。选择压力遗传密码一旦建立，任何改变都可能导致大量蛋白质同时错误翻译，产生灾难性后果，因此存在强大的稳定选择压力。密码子分配的最优性现有遗传密码在减少突变危害方面表现出惊人的最优性，相似氨基酸往往由相似密码子编码，这可能是自然选择的结果。遗传密码的冻结意外是指遗传密码在30多亿年前就基本固定下来，此后几乎不再发生变化的现象。这种高度保守性在生物进化中非常罕见，反映了遗传密码在生命系统中的核心地位。数学模拟研究表明，现有遗传密码在抵抗突变影响方面近乎最优，这不太可能是偶然形成的。科学家推测，原始的密码子分配可能经历了漫长的进化优化过程，最终形成了现在这套兼顾效率和稳健性的密码系统。尽管如此，自然界中确实存在少量解冻的例子，如线粒体遗传密码和某些细菌的非标准密码，表明遗传密码在特定条件下仍有重新分配的可能性。遗传密码的进化：化学亲和力假说直接相互作用密码子（或反密码子）与其对应的氨基酸之间存在特定的化学亲和力自然选择这种亲和力通过早期生命的化学进化过程被选择和放大系统演化逐渐形成了现代的密码子-氨基酸对应关系功能优化这种对应关系经过进一步优化，减少突变影响化学亲和力假说是解释遗传密码起源的一种理论，由物理学家乔治·茗哥提出。该理论认为，密码子与氨基酸之间的对应关系并非随机形成，而是源于它们之间存在的直接物理化学相互作用。在生命早期，核苷酸可能直接与氨基酸结合，形成了最初的识别关系。支持这一假说的证据包括：某些氨基酸确实能与其对应的核苷酸或反密码子直接结合；密码表中化学性质相似的氨基酸往往由相似的密码子编码；实验发现RNA适配体能够特异性结合其对应的氨基酸。然而，这一假说也面临挑战，例如并非所有氨基酸都能与其密码子或反密码子表现出明显的亲和力，表明遗传密码的进化可能受到多种因素的共同影响。遗传密码的进化：协同进化假说原始氨基酸最简单的氨基酸如甘氨酸、丙氨酸首先在原始地球条件下形成代谢路径发展随着生物合成路径的发展，更复杂的氨基酸逐渐出现密码表扩展遗传密码随着新氨基酸的出现而逐步扩展密码子家族形成生物合成相关的氨基酸由相似密码子编码协同进化假说由生物化学家黄文中提出，认为遗传密码与氨基酸生物合成路径之间存在紧密联系。该理论指出，在生命早期，遗传密码可能只包含少数几种可从环境中直接获取的简单氨基酸。随着代谢网络的发展，生物体能够合成更多复杂氨基酸，同时遗传密码也相应扩展。这一假说能够解释一个重要观察：在代谢路径上相关的氨基酸往往由相似的密码子编码。例如，由谷氨酸派生的氨基酸（精氨酸、脯氨酸）都有以C开始的密码子；由天冬氨酸派生的氨基酸（苏氨酸、赖氨酸）则有以A开始的密码子。这种模式表明，随着新氨基酸从现有氨基酸演化而来，它们的密码子可能是由祖先氨基酸的密码子修改而成，保留了某些共同特征。非标准遗传密码标准密码线粒体密码其他变异UGA=终止UGA=色氨酸UGA=硒代半胱氨酸AUA=异亮氨酸AUA=甲硫氨酸AUA=甲硫氨酸CUN=亮氨酸CUN=苏氨酸CUN=丙氨酸UAA,UAG=终止UAA,UAG=终止UAG=谷氨酰胺虽然遗传密码高度保守，但自然界中确实存在一些变异的遗传密码。线粒体遗传密码是最广为人知的例子，人类线粒体中UGA不再是终止密码子而是编码色氨酸；AUA编码甲硫氨酸而非异亮氨酸。这些变化被认为是线粒体基因组在内共生过程中逐渐进化出的适应性特征。除了线粒体外，某些细菌、古菌和真核微生物也使用变异的遗传密码。尤其有趣的是硒代半胱氨