密码子(codon)是信使RNA (mRNA)链翻译成的氨基酸，由三个相邻的碱基决定，也称为三联体密码子。认为其有64个三重密码子，编码20个氨基酸和1个终止密码子。在细胞中，信使RNA可以决定蛋白质分子中氨基酸的类型和顺序。换句话说，信使RNA分子中4个核苷酸(碱基)的序列可以决定蛋白质分子中20个氨基酸的顺序。转运RNA (tRNA)是连接密码子和氨基酸的桥梁。它的一端携带一个氨基酸，并通过反密码子与密码子结合。密码子列表中的一个氨基酸可以对应多个密码子。这种现象被称为密码子简并，旨在提高翻译的容错性。大多数起始密码子为AUG，也有一些原核生物以GUG/UUG作为起始密码子。停止密码子为UAA、UGA和UAG。密码子的发现是上个世纪分子生物学中最重要的发现之一。它的发现经历了数学推理和实验验证的阶段。

科学家将信使RNA链上决定氨基酸的三个相邻碱基称为“密码子”，也称为三联体密码子。

构成RNA的碱基有四种，称为AUGC。理论上，碱基的组合有4的3次方=64种，64种碱基的组合就是64种密码子。仔细分析20个氨基酸的密码子表，可以发现同一氨基酸可以由几个不同的密码子决定，起始密码子是AUG(蛋氨酸)，另外UAA(赭石)、UAG(琥珀)、UGA(蛋白石)三个密码子不能决定任何氨基酸，是蛋白质合成的结束密码子。AUG在原核生物中被翻译成甲酰基蛋氨酸，在真核生物中被翻译成蛋氨酸。

遗传信息、密码子与反密码子的区别与联系：

遗传信息是指DNA分子中基因上的脱氧核苷(碱基)序列，密码子是指信使RNA上决定氨基酸的三个相邻碱基的序列，反密码子是指转移RNA一端的三个碱基的序列。这种联系是DNA(基因)的遗传信息通过转录传递给信使RNA，信使RNA一端携带氨基酸，另一端携带反密码子，与信使RNA上的密码子(碱基)配对。

除了少数不同，地球上所有已知生物的遗传密码都非常相似；所以根据进化论，遗传密码应该在生命历史的早期就出现了。现有的证据表明，遗传密码不是偶然形成的，可能的解释如下：

一项研究表明，一些氨基酸与其密码子有选择性的化学结合，这表明复杂的蛋白质制造过程可能在早期不存在，而第一个蛋白质可能直接在核酸上形成。最初的遗传密码可能比现在简单得多，随着生命进化产生新的氨基酸，然后被使用，遗传密码变得复杂起来。尽管有很多证据支持这一观点，但详细的进化过程仍在探索中。通过自然选择，当前的遗传密码减少了突变的不利影响。一般分子生物学教科书中介绍的密码子进化理论称为戴霍夫假说。Dayhoff等认为密码子的进化路径是GNCGNYRNYRNNNNN。其中Y代表两个嘧啶，C或U, R代表两个嘌呤，G或a。在GNC和GNY阶段，第二个碱基决定氨基酸类型。RNY相的前两个碱基决定了氨基酸类型。RNN和NNN阶段的所有三个碱基都参与氨基酸类型的确定。

:010 - 1遗传密码子是三联体密码子：一个密码子由信使RNA (mRNA)上三个相邻的碱基组成。

密码子具有通用性：不同的生物学密码子基本相同，即共用一组密码子。

遗传密码子无间隔：两个密码子之间不存在间隔，密码子与密码子之间不存在非编码核苷酸，必须按照一定的读取框架进行读取，从正确的起点开始，读取直到终止信号无泄漏。

没有遗传密码子重叠：在多核苷酸链上任何两个相邻的密码子不共享任何核苷酸。

密码子是简并的：除蛋氨酸和色氨酸外，每个氨基酸至少有两个密码子。这可以在一定程度上防止氨基酸序列被某个碱基意外取代而导致氨基酸错误。

密码子读取和翻译有一定的方向性：从5端到3端。

7 .有启动密码子和停止密码子：有两种启动密码子，一种是蛋氨酸(AUG)，一种是缬氨酸(GUG)，而停止密码子(有3种，分别为UAA、UAG、UGA)没有相应的转运核糖核酸(tRNA)，仅用于释放因子鉴定，实现终止翻译。

在信使RNA中，碱基代码A代表腺嘌呤，G代表鸟嘌呤，C代表胞嘧啶，U代表尿嘧啶(注：与DNA不同，RNA没有胸腺嘧啶T，而有尿嘧啶U，根据互补碱基配对原则与A形成一对)。

[01:10 . 1010]一垒A

AUU (Ile/I)异亮氨酸AUC (Ile/I)异亮氨酸AUA (Ile/I)异亮氨酸AUG (Met/M)蛋氨酸(起始)

ACU (Thr/T)苏氨酸ACC (Thr/T)苏氨酸ACA (Thr/T)苏氨酸ACG (Thr/T)苏氨酸

AAU (Asn/N)天冬氨酸AAC (Asn/N)天冬氨酸AAA (Lys/K)赖氨酸AAG (Lys/K)赖氨酸

AGU (Ser/S)丝氨酸AGC (Ser/S)丝氨酸AGA (Arg/R)精氨酸AGG (Arg/R)

第一垒，美国

uu (Phe/F)苯丙氨酸UUC (Phe/F)苯丙氨酸UUA (Leu/L) LeUG (Leu/L)亮氨酸

UCU (Ser/S)服务UCC (Ser/S)服务UCA (Ser/S)服务UCG (Ser/S)

UAU (Tyr/Y)酪氨酸UAC (Tyr/Y)酪氨酸UAA(终止)UAG(终止)

UGU (Cys/C)半胱氨酸UGC (Cys/C)半胱氨酸UGA(终止)UGG (Trp/W)色氨酸

第一碱是C

CUU (Leu/L)亮氨酸CUC (Leu/L)亮氨酸CUA (Leu/L)亮氨酸CUG (Leu/L)亮氨酸

CCU (Pro/P) Proline CCC (Pro/P) Proline CCA (Pro/P) Proline CCG (Pro/P)脯氨酸

CAU (His/H)组氨酸CAC (His/H)组氨酸CAA (Gln/Q)谷氨酰胺CAG (Gln/Q)谷氨酰胺

CGU (Arg/R)精氨酸CGC (Arg/R)精氨酸CGA (Arg/R)精氨酸CGG (Arg/R)精氨酸

第一个碱基G

GUU (Val/V) Valine GUC (Val/V) Valine GUA (Val/V) Valine GCU (Ala/A)丙氨酸

GCC (Ala/A)丙氨酸GAU (Asp/D)天冬氨酸GAC (Asp/D)天冬氨酸GAA (Glu/E)谷氨酸

GGU (Gly/G)甘氨酸GGC (Gly/G)甘氨酸GCA (Ala/A)丙氨酸GCG (Ala/A)丙氨酸

GUG (Val/V)缬氨酸GAG (Glu/E)谷氨酸GGG (Gly/G)甘氨酸GGA (Gly/G)甘氨酸

遗传密码

密码子定义

的破译是20世纪60年代分子生物学最辉煌的成就。它经历了20世纪50年代的数学推理阶段和1961 ~ 1965年的实验研究阶段。1954年，物理学家乔治加莫夫根据DNA中存在的4种氨基酸和蛋白质中存在的20种氨基酸之间的关系，作出了如下的数学推理：如果每个核苷酸编码一种氨基酸，则只能确定4种氨基酸；如果每两个核苷酸编码一个氨基酸，则可以确定16个氨基酸(42=16)。上述两种情况编码的氨基酸少于20个，这显然是不可能的。如果三个核苷酸编码一个氨基酸，则可编码64个氨基酸(43=64);如果4个核苷酸编码1个氨基酸，则可以编码256个氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有4^3=64是一个理想的关系，因为64是在4个核苷酸存在的情况下，20个氨基酸密码所能满足的最小数目。44大于256。虽然这20个氨基酸密码是可以保证的，但它们并不符合生物体在数百万年的进化过程中形成并遵循的经济原则，因此不可能认为一个氨基酸由四个以上的核苷酸决定。1961年，Brenner和Grick首先证实了基于DNA和蛋白质链共线性的三核苷酸推理。后续的实验研究证明上述假设是正确的。

遗传密码的破译是以体外蛋白质合成系统和核酸合成技术的发展为基础的。值得一提的是，在破解密码的竞赛中，美国的尼伦伯格博士走在了前面。主要有两种方法：

以均聚物、无规共聚物和特定序列共聚物为模板，指导多肽的合成。将合成的polyU添加到体外无细胞蛋白质合成系统中，开创了基因密码的解码。1961年发现mRNA后，许多实验室开始将mRNA加入到无细胞蛋白质合成系统中，研究蛋白质的生物合成过程，并表明加入mRNA可以刺激无细胞系统中的蛋白质合成。1961年，美国国立卫生研究院(NIH)的Nirenberg和Mathaei假设，如果mRNA刺激无细胞系统中的蛋白质合成，那么添加合成的多核苷酸也会有这样的刺激作用。考虑到这一点，他们合成了polyU作为模板，以观察无细胞系统中蛋白质合成的速度。因为在反应体系中加入高浓度的Mg2+可以促进IF(起始因子)的作用和FeT-TrnanET的形成，从而保证肽链合成的起始不需要适当的mRNA信号。当翻译产物被分离、纯化和测序时，结果出乎意料：合成肽链上的氨基酸残基都是苯丙氨酸，即polyphhe。因此，首次确认了UUU为Phe的密码子。这样，就有机会创造出破译密码的作品。然后他们用polyA和polyC作为模板，分别证明了它们可以指导polyLys和polyPro的合成，即AAA是Lys的密码子，CCC是pro的密码子。

用混合共聚物实验测定密码子间碱基组成。1963年，Speyer和Ochoa等人开发了一种使用双基共聚物解码密码的方法。例如，polyAC是由原料A和c合成的。polyAC含有8个密码子：CCC、CCA、CAA、AAA、AAC、ACC、ACA和CAC。各种密码子的比例随A和C的不同而不同，如A与C的比值为5:1时，AAA: AAC的比值=5 5 5 1=125:25。等等.实验表明，以AC共聚物为模板翻译的肽链由Asp、His、Thr、Pro和Lys 6个氨基酸组成。Pro和Lys的密码子先前已被证明分别为CCC和AAA。Speyer等根据共聚物组分的不同比例与翻译产物中氨基酸的不同比例之间的关系，确定了Asp、Glu和Thr的密码子中含有2AlC。他的密码子包含1A2C;Thr的密码子也可以包含1A2C;Pro是3C或1A2C;Lys是3A。但是，上述方法不能确定A和C的排列，而只能显示密码子的碱基组成和组成。例如，Asp、Glu和Thr的2A1C可能有三种排列，即AAC、ACA和CAA。此外，反复改变共聚物组成比例的方法也很麻烦且耗时。

使用重复共聚物来破解密码。与Nirenberg和Leder的工作几乎同时，Nishimura, Jones和Khorana等人使用有机化学和酶技术制备已知的核苷酸重复序列。核糖体上的蛋白质合成可以从这些规则共聚物的任何一点开始，并将特定的氨基酸结合到肽链中。例如，重复序列cucucucu .它是多肽Leu-Ser-Leu-Ser.或者缩氨酸Ser-Leu-Ser.利用共聚物在三核苷酸中形成重复序列，如(AAG)n，可合成polyLys、polyArg、polyGlu三种多肽，即AAG为Lys的密码子，AGA为Arg的密码子，GAA为Glu的密码子。(AUC)n序列是polyIle、polyer和polyHis的模板。

2. aa-tRNA与一个确定的三核苷酸序列结合。当Speyer等人在追求这种方法时，1964年Nirenberg和Leder建立了一种破译密码的新方法，即tRNA和Determination密码子结合实验。这种方法利用了特定氨基酸- trna (aa-tRNA)即使在缺乏蛋白质合成所需因子的情况下也能与核糖体-mrna复合物结合的事实。最重要的是，这种结合并不一定需要很长的mRNA分子，而且三核苷酸实际上可以与核糖体结合。例如，当polyU与核糖体混合时，只有Ph-trNA (phenylalanyl-trNA)与之结合；因此，Pro-tRNA(脯氨酸- trna)特异性结合polyC。有GUU能促进Val-tRNA(valyl-trNA)结合，UUG能促进Leu-tRNA(leucyl-trNA)结合等。虽然所有64个三核苷酸(密码子)都可以按所需的顺序合成，但并不是所有的密码子都能以这种方式确定，因为一些三核苷酸序列不像UUU或GUU那样有效地结合核糖体，而且它们是否能编码特定的氨基酸也不确定。

1965年，所有氨基酸的密码子都被破译了。

随着实验技术和生物学理论的发展，三元组密码并不是一成不变的。例如，2014年Scripps研究所的Floyd Romesberg在AUGC之外又引入了两个人工碱基X和Y，并设计了一个专门的tRNA。最终，大肠杆菌成功表达了引入的人工碱基。从某种意义上说，密码子被扩展到六个碱基水平。

2019年5月16日，英国剑桥MRC分子生物学实验室的Jason Chin教授及其同事在顶级学术期刊《Nature》上发表了一篇论文，在大肠杆菌中实现了这一目标。他们对大肠杆菌菌株的整个基因组进行了重新编程，使其仅用59个密码子就能合成所有必需氨基酸，并将代表终止信号的密码子数量从3个减少到2个。“保存”的密码子可以为将来在活细胞中产生非自然的“定制蛋白质”提供合成空间。

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密码子起源

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