基因、密碼子及氨基酸的關(guān)系

1、基因、密碼子及氨基酸的關(guān)系1變換角度列表 遺傳學(xué)將信使RNA上決定1個氨基酸的3個相鄰的堿基，叫做1個密碼子。當(dāng)然，未能決定氨基酸但卻決定了終止信號的3個相鄰堿基也可叫密碼子（終止密碼）。中學(xué)教材上的這一表格是從由堿基序列查找氨基酸這一角度展開設(shè)計的，符合從RNA到蛋白質(zhì)或多肽進行翻譯的邏輯順序。若同時換個角度看看，更有利于對其隱含知識的發(fā)掘和掌握。也就是說，可以這樣設(shè)問：生物界存在的20種天然氨基酸分別是由哪些密碼子來決定呢？見下表：氨基酸密碼子氨基酸密碼子氨基酸密碼子氨基酸密碼子甲硫氨酸1AUG（起始）色氨酸1UGG苯丙氨酸2U U UU U C賴氨酸2AAAAAG谷氨酸2G A AGAG

2、半胱氨酸2U G UUGC酪氨酸2U A UU A C組氨酸2CAUC A C谷氨酰氨2C A AC A G天冬酰氨2A A UAAC天冬氨酸2GAUG A C異亮氨酸3AUUA U CAUA蘇氨酸4A C UA C CACAACA丙氨酸4GCUGCCGCAGCG脯氨酸4C C UC C CCCACCG甘氨酸4GGUGGCGGAGGG纈氨酸4GUUG U CGUAGUG（起始）亮氨酸6U U AUUGC U UCUCC U AC U G精氨酸6A G AAGGC G UC G CC G ACGG絲氨酸6AGUAGCU C UU C CUCAUCG 注：表中列出的61種密碼子均為決定氨基酸的密碼

3、子；其數(shù)字表示決定該氨基酸的密碼子種數(shù)，各氨基酸按密碼子種數(shù)由小到大排序。2設(shè)置疑問解惑 根據(jù)以上表格并結(jié)合教材相關(guān)內(nèi)容可從多角度設(shè)置如下疑問： 1)決定一個氨基酸的密碼子一定“只有最后1個堿基有區(qū)別”嗎？顯然不是。例如，亮氨酸的6種密碼子（稱同義密碼，體現(xiàn)了簡并性）是：UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，與之間或的各氨基酸之間只有后面1個堿基有區(qū)別，但或與的任何氨基酸之間不一定是后面1個堿基有別：例如UUA與CUA之間或UUG與CUG之間都只是第1個堿基有區(qū)別，第二、三個堿基反而相同。精氨酸的密碼子也具有這樣的特點。但總體上說，密碼子中的第3個堿基比前2個堿基具有較小的專一性。

4、2)密碼子內(nèi)前2個堿基相同時所決定的氨基酸也相同嗎？答案是否定的。例如，苯丙氨酸的密碼子是UUU和UUC，而與前2字母相同的密碼子UUA和U U G卻是決定亮氨酸。 3)決定氨基酸的密碼子的數(shù)目都相同嗎？從表上可明顯看出是不同的。例如決定甲硫氨酸或色氨酸的密碼子只有1種，而決定亮氨酸、精氨酸和絲氨酸的密碼子分別有6種。 4）不同的密碼子決定的氨基酸一定不同嗎？其包含有什么意義？不對，不同的密碼子可決定相同或者不同的氨基酸。氨基酸的密碼子有61種，而氨基酸只有20種。每一密碼子都決定著一種特定的氨基酸，每一氨基酸分別由1-6種特定的密碼子所決定。值得注意的是，1個氨基酸有多個密碼子的存在，有利于

5、減少基因突變對生物性狀改變的可能性，進而利于保持生物性狀的相對穩(wěn)定；編碼某一氨基酸的密碼子越多，表明該氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的幾率也較大。 5)表格中的“起始”和“終止”的堿基序列有什么特點？決定“起始”的3個相鄰堿基序列（也稱起始密碼，即AUG, GUG）同時決定了氨基酸，AUG決定甲硫氨酸，GUG決定纈氨酸。其堿基序列的差別是在第1個堿基，其后面2個堿基都是UG。 決定“終止”的堿基序列是UAA，UAG，UGA。它們不編碼任何氨基酸。最常用的終止密碼是UAA。終止密碼的每一序列的第1個字母相同，且都是U，其余2個中至少有1個A，可能含有G。 6)同一個氨基酸的密碼子哪一堿基相對較穩(wěn)定？做比較

6、分析可以看出，除絲氨酸外，同一氨基酸的密碼子中間的堿基都相同。對此，卻未見有文獻資料做如此總結(jié)。它對生物遺傳的意義是什么？有待考證。 7)討論根據(jù)表格設(shè)疑解惑，不僅可以幫助學(xué)生從多角度更全面準確地認識密碼表，還可以通過這一過程更好地利用教材本身資源來培養(yǎng)他們觀察、比較、分析和判斷的能力，以及語言表達的能力。但挖掘隱含知識并非意味著對知識的要求去做無限拔高，不可脫離教材的基本要求讓全體學(xué)生去識記密碼子有關(guān)的專業(yè)名詞和術(shù)語等。3 2004年高考試題選析 例12004年高考理綜浙江、福建卷第4題自然界中，一種生物某一基因及突變基因決定的蛋白質(zhì)的部分氨基酸序列如下：正?；?精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸

7、蘇氨酸 脯氨酸突變基因l 精氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 蘇氨酸 脯氨酸突變基因2 精氨酸 亮氨酸 亮氨酸 蘇氨酸 脯氨酸突變基因3 精氨酸 苯丙氨酸 蘇氨酸 酪氨酸 丙氨酸 根據(jù)上述氨基酸序列確定這3種突變基因DNA分子的改變是： A.突變基因1和2為1個堿基的替換，突變基因3為l個堿基的增添 B.突變基因2和3為l個堿基的替換，突變基因 1為1個堿基的增添 C.突變基因1為1個堿基的替換，突變基因2和3為1個堿基的增添 D.突變基因2為1個堿基的替換，突變基因1和3為1個堿基的增添 解析：此題是結(jié)合基因突變來考查考生對基因、密碼子與氨基酸三者關(guān)系的理解和掌握情況，同時通過設(shè)置的新情境考查了他們靈

8、活應(yīng)用知識來分析、比較和判斷的能力。 從題目所給的條件和各選項的關(guān)鍵詞看，只能有1個堿基增添或替換。要求考生思考：基因中1個堿基的發(fā)生變化為什么能保持氨基酸的不變或引起1個或多個氨基酸的改變呢？現(xiàn)分析如下： 從正?；蚣敖M成蛋白質(zhì)的氨基酸到突變基因1及組成蛋白質(zhì)的氨基酸看：氨基酸無變化。為什么基因有變，氨基酸卻不變呢？這就要求考生明白這樣的道理：雖然基因的變化會帶來密碼子的改變，但密碼子的變化卻未必能帶來氨基酸的變化，原因是1個氨基酸可能有2個或2個以上的密碼子。那么，從正常到突變1，到底是基因中的堿基增添了還是替換了呢？若增添了，勢必帶來替換以后片段決定的所有密碼子和氨基酸的改變。但題目中所

9、列出的氨基酸沒變化，所以只能判斷為“發(fā)生了替換”。可能有個別考生會認為，決定最后1個氨基酸（脯氨酸）的第2個堿基與第3個堿基之間若增添U、C、A、G中任何一個堿基，題目中所列出的氨基酸也不會改變。若是這樣，會因弄得太復(fù)雜而發(fā)生迷惑以致誤解，由于題目對“后續(xù)氨基酸是否有變”這一關(guān)鍵性問題未做交代，所以做出“發(fā)生了增添”的判斷存在證據(jù)不足。故變化1的原因答替換更符合題意。 從正?；蚣敖M成蛋白質(zhì)的氨基酸到突變基因2及組成蛋白質(zhì)的氨基酸看：只有1個氨基酸發(fā)生了改變，即第2個氨基酸由苯丙氨酸變?yōu)榱涟彼?。由于氨基酸的密碼子不要求學(xué)生做死記硬背，他們只能憑已學(xué)的結(jié)論做推理。此選項中只有1個氨基酸變化，其余

10、的氨基酸沒變，通常情況下堿基不可能發(fā)生增添。變化2的原因也是替換。 從正?；蚣敖M成蛋白質(zhì)的氨基酸到突變基因3及組成蛋白質(zhì)的氨基酸看：5個氨基酸中前2個沒變化，后3氨基酸都發(fā)生了改變，1個基因之變何以引起連續(xù)的3個氨基酸發(fā)生變化？由于替換1個堿基至多引起1個氨基酸的改變，故此變化的原因只能是堿基增添的結(jié)果，因為增添或缺失1個堿基，就會使該處以后的讀碼發(fā)生錯誤（稱“移碼”），移碼引起的突變成為移碼突變。下圖表示變化3的情況之一，假設(shè)苯丙氨酸的密碼子為UUU，脯氨酸密碼子為CCU。因基因突變引起在它UUU與亮氨酸（CUU）之間增添了A（腺嘌吟核糖核苷酸），其變化如圖：正?；?精氨酸 苯丙氨酸 亮

11、氨酸 蘇氨酸 脯氨酸 U U U C U U A C G C C U UUU ACU UAC GCU U突變基因3精氨酸 苯丙氨酸 蘇氨酸 酪氨酸 丙氨酸 A 值得說明的是，變化3既有可能增添也有可能替換（決定前面氨基酸的堿基序列可能替換），只是題設(shè)條件告知只有1個堿基的變化，所以只能答“增添”。在今后引導(dǎo)學(xué)生做該題的變式訓(xùn)練或進行講評時應(yīng)注意此。 本題答案：A 例2天津卷第6題原核生物中某一基因的編碼區(qū)起始端插入的1個堿基對，在插入位點的附近，再發(fā)生下列哪種情況有可能對其編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響最小 A.置換單個堿基對 B.增加4個堿基對 C.缺失3個堿基對 D.缺失4個堿基對 解析：此題命題立

12、意與上面例1類似。插入1個堿基對，會引起其轉(zhuǎn)錄形成的信使RNA上后續(xù)的所有堿基序列發(fā)生改變。由于置換單個堿基對，不能改變后續(xù)大多數(shù)密碼子序列，只能使個別密碼子可能發(fā)生改變，所以A選項不對。若增加4對堿基，加上已經(jīng)插人的1對，相當(dāng)于在正常情況基礎(chǔ)上，增添5對，后續(xù)密碼仍然會改變，選項B也不對。缺失3對堿基，加上插人的1對，相當(dāng)于增加了2對，同樣會使后續(xù)所有密碼因堿基的移動而發(fā)生改變。插入1對堿基同時缺失4對堿基，相當(dāng)于缺失3對堿基，在信使RNA上表現(xiàn)出的變化是剛好缺失1個氨基酸的密碼子。所以這種情況最少只影響到2個氨基酸密碼，從第3個氨基酸的密碼開始的后續(xù)讀碼子起就無變化。例如，假設(shè)正常情況下原

13、來的信使RNA序列中前9個堿基的序列依次是UCA GUC AGU，在起始端插入1個A，同時附近的CAGU缺失。其變化見下圖：變化前3個氨基酸的密碼子 插人1個堿基，缺失4個堿基后的變化 1 2 3 3 AUCA GUC AGU··· AUC AGU A 缺失 本題答案：D。 例3江蘇卷第38題第（1）小題某原癌基因上1個堿基對的突變，引起該基因編碼的蛋白質(zhì)中的氨基酸的改變，即氨基酸順序上第19位氨基酸由脯氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻M氨酸。已知脯氨酸的密碼子有CCU、CCC、CCA、CCG，組氨酸的密碼子有CAU、CAC。突變成的癌基因中決定第19位組氨酸密碼子的堿基對組成是 或

14、。這一原癌基因中發(fā)生突變的堿基對是 解析：脯氨酸的密碼子為CCU, CCC , CCA , CCG ，組氨酸的密碼子為CAU、CAC。脯氨酸變成組氨酸時，1個堿基的變化情況有2種：CCUCAU（中間的1個堿基替換：CA），CCCCAC（中間的1個堿基替換：CA )。為什么"CCACAC（后兩個堿基倒位CACA）”不可以呢？原因有二，一是，倒位時變化的堿基有2個而不是1個，這不符合題意；二是，密碼子中堿基的變化實際反映了基因突變時內(nèi)部堿基的變化。造成基因內(nèi)部變化的原因是堿基對的增添、缺失或改變，無倒位情況。根據(jù)上述可能發(fā)生的2種情況推知基因的變化是：4.亮氨酸的密碼子有如下幾種:UUA、UUG、CUU、CUA、CUG，當(dāng)控制亮氨酸基因片段中的堿基GAC突變?yōu)锳AC時，這種突變的結(jié)果對該生物的影響是( )A.一定是有害