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遺傳密碼又稱密碼子、三聯(lián)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(lián)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(lián)體密碼

例1．細胞內(nèi)編碼20種氨基酸的密碼子總數(shù)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(lián)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(chǎn)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(fā)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(lián)體密碼是連續(xù)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(xù)的閱讀框，直至終止碼。所以，若在某基因編碼區(qū)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(lián)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(xiàn)誤讀，相應的氨基酸序列也會從某個氨基酸開始發(fā)生全面的改變。這種情況就有可能發(fā)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(fā)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(fā)生可能③；若增添的一個堿基位于基因的內(nèi)含子，則發(fā)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(fā)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(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)情況遵守堿基互補配對原則，但也可出現(xiàn)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(xiàn)不嚴格堿基互補，這種現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(wěn)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(shù)）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(jīng)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(shù)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(shù)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(nèi)多肽鏈中氨基酸的種類和含量并結合數(shù)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(jù)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(jù)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(jù)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。