遗传密码

CIE A-Level 生物学· 35 分钟阅读

1. 密码子与三联体密码★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

三联体密码

3 bases = 1 codon

三个核苷酸碱基组成的序列编码一个氨基酸，DNA中的三碱基单元称为三联体，mRNA中的称为密码子。

例:

mRNA密码子AUG编码甲硫氨酸。

我们需要三联体密码的原因是：1个碱基只能产生4种组合，2个碱基只能产生 $4^{2} = 16$ 种组合，不足以编码细胞使用的20种标准氨基酸。3碱基的三联体可以产生 $4^{3} = 64$ 种组合，足够编码所有氨基酸加上终止信号。

📐 例题

计算一段长度为90个碱基对的DNA中包含多少个密码子。

1
每个密码子由3个碱基组成，因此将总碱基数除以3：
2
$\text{Number of codons} = \frac{90}{3} = 30$
3
不考虑终止密码子的情况下，一段90碱基对的DNA序列包含30个密码子，编码30个氨基酸。

Exam tip:

答题前务必确认题目问的是碱基对（DNA）还是碱基（RNA）——90个碱基对和90个RNA碱基的计算结果相同。

2. 关键特性：非重叠性与简并性★★★☆☆⏱ 15 min

遗传密码有两个核心特性，是考试中的高频考点：非重叠性和简并性。

📘 定义

简并密码

大多数氨基酸由不止一个密码子编码，只有甲硫氨酸和色氨酸由单个密码子编码。

例:

亮氨酸由六个不同的密码子编码：UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG。

非重叠性意味着每个碱基只属于一个密码子。简并性有重要的保护作用：许多改变密码子第三个碱基的点突变仍然会导致添加相同的氨基酸。

📐 例题

解释为什么DNA三联体GAA变为GAG的点突变不会改变氨基酸序列。

1
首先，将DNA三联体转录为mRNA密码子：DNA GAA → mRNA CUU，DNA GAG → mRNA CUC
2
由于遗传密码的简并性，CUU和CUC都编码氨基酸亮氨酸
3
由于多肽链中掺入的是相同氨基酸，一级结构保持不变。

3. 起始/终止密码子与通用性★★☆☆☆⏱ 12 min

📘 定义

起始与终止密码子

Start: AUG, Stop: UAA, UAG, UGA

起始密码子启动翻译过程，始终编码甲硫氨酸。终止密码子不编码任何氨基酸，终止多肽链合成。

遗传密码被称为通用的，因为从细菌到人类，几乎所有生物的相同密码子都编码相同的氨基酸。这是基因工程的基础，来自一个生物的基因可以在另一个生物中表达。

📐 例题

解释为什么人类胰岛素可以由转基因细菌生产。

1
遗传密码是通用的，因此人类和细菌中相同密码子编码相同氨基酸
2
当人类胰岛素基因被插入细菌DNA后，细菌的转录和翻译机制可以正确读取密码子
3
这就产生了具有正确氨基酸序列的人类胰岛素，得到有功能的蛋白质。

4. 三联体、密码子和反密码子★★★☆☆⏱ 10 min

学生经常混淆这三个术语，它们是选择题中的常见考点。下表总结了它们的核心区别：

特征	DNA三联体	mRNA密码子	tRNA反密码子
位置	基因组DNA	信使RNA	转运RNA
互补于	mRNA密码子	DNA三联体, tRNA反密码子	mRNA codon
核心作用	mRNA合成的模板	指定氨基酸	将密码子与氨基酸对应

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测试你的理解：

哪种分子携带反密码子？
- A. DNA
- B. mRNA
- C. tRNA
- D. 核糖体
显示答案
C —
反密码子是tRNA上的三碱基序列，在翻译过程中与互补的mRNA密码子结合。

Exam tip:

答题前务必再次确认题目询问的是哪种分子。

5. 常见陷阱

错误做法:

声称终止密码子编码氨基酸

原因:

终止密码子仅发出翻译结束的信号，不会向多肽链添加任何氨基酸

正确做法:

写明终止密码子不编码氨基酸，终止翻译过程

错误做法:

混淆密码子和反密码子，声称密码子位于tRNA上

原因:

这是CIE考试中最常见的选择题陷阱之一

正确做法:

记住：密码子 = 位于mRNA，反密码子 = 位于tRNA

错误做法:

将简并密码定义为一个密码子编码多个氨基酸

原因:

简并性和这个常见误解刚好相反

正确做法:

将简并密码定义为'大多数氨基酸由不止一个密码子编码'

错误做法:

计算氨基酸数量时忘记减去终止密码子对应的位置

原因:

考试题目经常询问最终多肽链中的氨基酸数量

正确做法:

始终确认你是否需要排除不编码氨基酸的终止密码子

6. 速查表

特征	核心事实
三联体密码	3个碱基 = 1个氨基酸，共64种可能的密码子
非重叠性	每个碱基只属于一个密码子
简并性	一个氨基酸对应多个密码子，降低突变危害
通用性	几乎所有生物的相同密码子对应相同氨基酸
起始密码子	AUG，编码甲硫氨酸，启动翻译
终止密码子	UAA, UAG, UGA，不编码氨基酸
三联体位置	DNA
密码子位置	mRNA
反密码子位置	tRNA

7. 常见问题

遗传密码真的是通用的吗？

除极少数例外（例如部分线粒体基因组），所有生物的相同密码子都编码相同的氨基酸，因此在A-Level考试中我们将其描述为通用的。

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

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下一步

现在你已经理解了遗传密码的结构和关键特性，你可以开始学习翻译了，翻译过程中核糖体利用遗传密码组装多肽链。掌握本主题对于理解突变如何改变蛋白质结构和功能至关重要，这是遗传学和变异相关考题的核心主题。它也是CIE 9700大纲后续单元中所有基因工程和基因技术相关主题的基础。在这里打下坚实的基础会让重组DNA技术和基因编辑等更复杂的知识点更容易理解，也更容易在考试中答对。