Question

【題目】請(qǐng)回答下列關(guān)于氨基酸相關(guān)知識(shí)的問(wèn)題：（下表中為部分密碼子）

第一字母	第二字母				第三字母
	U	C	A	G
U	苯丙氨酸	絲氨酸	酪氨酸	半胱氨酸	U C A G
	苯丙氨酸	絲氨酸	酪氨酸	半胱氨酸
	亮氨酸	絲氨酸	終止	終止
	亮氨酸	絲氨酸	終止.	色氨酸
	…

(1)1986年，科學(xué)家在研究谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)了硒代半胱氨酸（Sec）。因?yàn)檫@種新發(fā)現(xiàn)的氨基酸在結(jié)構(gòu)上可視為半胱氨酸（如下圖）側(cè)鏈上的S元素被Se取代的產(chǎn)物，所以它被稱(chēng)為Sec。又因?yàn)樗�是�?/span>20種常見(jiàn)的天然蛋白質(zhì)氨基酸之后發(fā)現(xiàn)的，所以又稱(chēng)為第21種蛋白質(zhì)氨基酸。

研究發(fā)現(xiàn)，密碼子UGA通常作為蛋白質(zhì)合成的終止密碼子，但當(dāng)mRNA鏈UGA密碼子后面出現(xiàn)一段特殊序列時(shí)，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去。迄今為止，Sec已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是25種含硒酶的活性中心，是含硒酶的靈魂，如果沒(méi)有這第21種氨基酸，含硒酶就無(wú)法工作，人就會(huì)出各種各樣的病癥。

①請(qǐng)根據(jù)上述文章內(nèi)容對(duì)傳統(tǒng)密碼子表提出一處修正意見(jiàn)_____________________________。

請(qǐng)寫(xiě)出Sec的側(cè)鏈基團(tuán)（R基）：_______________。

②當(dāng)核糖體進(jìn)行翻譯時(shí)，終止密碼子沒(méi)有相應(yīng)的tRNA結(jié)合，而是與終止因子（一種蛋白質(zhì)結(jié)合，翻譯終止。mRNA上的密碼子UGA是對(duì)應(yīng)翻譯終止還是編碼Sec呢?有人曾經(jīng)提出過(guò)“終止因子與攜帶Sec的tRNA競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合密碼子UGA”的假設(shè)。請(qǐng)結(jié)合文中內(nèi)容判斷研究結(jié)果___________（是/否）支持該假設(shè)，理由是_______________________________。

(2)某Q蛋白（含Sec），在植物抵抗逆境時(shí)發(fā)揮重要作用�？蒲腥藛T對(duì)Q蛋白基因進(jìn)行一系列研究：

若Q蛋白基因編碼含63個(gè)氨基酸的一條肽鏈。該基因發(fā)生增添突變，使mRNA增加了一個(gè)AUA堿基序列，表達(dá)的肽鏈含64個(gè)氨基酸。該肽鏈可被______________試劑染成紫色；在其突變基因表達(dá)時(shí)，翻譯過(guò)程最多涉及到____________種密碼子。該基因突變后，參與基因復(fù)制的嘧啶核苷酸比例會(huì)______________（增加/減少/不變）。

(3)在體外用14C標(biāo)記X-tRNA復(fù)合物中的X氨酸，得到*X-tRNAX，再用無(wú)機(jī)催化劑鎳將其中的X氨酸還原成丙氨酸（Ala），得到*Ala-tRNACys（如下圖，tRNA不變）

①據(jù)題分析決定X氨酸的DNA片段中非模板鏈上的堿基序列為______________；該X氨基酸的名稱(chēng)是___________。

②如果*Ala-tRNACys參與上述Q蛋白基因的表達(dá)過(guò)程，若合成的原有肽鏈的部分片段是 “—甘—X—丙—”，那么新合成的肽鏈片段將變?yōu)?/span>__________________________。

Answer 1

【答案】密碼子表中UGA位置可以是終止或硒代半胱氨酸 —CH2—SeH 否 只有UGA后面有特殊序列時(shí)，才成為Sec的密碼子，該位置是終止還是編碼氨基酸是確定的，二者不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系 雙縮脲 63 不變 TGT 半胱氨酸 —甘—丙—丙—

【解析】

1.轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過(guò)程，該過(guò)程需要核糖核苷酸作為原料；翻譯是指在核糖體上，以mRNA為模板、以氨基酸為原料合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，該過(guò)程還需要tRNA來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)氨基酸。

2.密碼子表中有64個(gè)密碼子，其中有兩個(gè)起始密碼，三個(gè)終止密碼，這三個(gè)密碼子不對(duì)應(yīng)任何氨基酸，所以一般決定20種氨基酸的密碼子有61個(gè)。根據(jù)題意可知，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第21種氨基酸，即硒代半胱氨酸（Sec），當(dāng)mRNA鏈UGA密碼子后面出現(xiàn)一段特殊序列時(shí)，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去，此時(shí)UGA就能夠決定氨基酸的種類(lèi)了。

（1）①根據(jù)題意的分析可知，傳統(tǒng)情況下，UGA只代表終止密碼子，而隨著第21種氨基酸，即硒代半胱氨酸（Sec）的分析，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)但當(dāng)mRNA鏈UGA密碼子后面出現(xiàn)一段特殊序列時(shí)，UGA才成為Sec的密碼子，因此對(duì)傳統(tǒng)密碼子表應(yīng)該做出修改：即密碼子表中UGA位置可以是終止或硒代半胱氨酸。根據(jù)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可知，組成生物體的氨基酸至少有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連在同一個(gè)碳原子上，另外還有一個(gè)氫原子和R基，則根據(jù)題意中硒代半胱氨酸結(jié)構(gòu)式可知，該氨基酸的R基為—CH2—she。

②根據(jù)題意的分析可知，密碼子UGA通常作為蛋白質(zhì)合成的終止密碼子，但當(dāng)mRNA鏈UGA密碼子后面出現(xiàn)一段特殊序列時(shí)，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去。因此當(dāng)UGA后面有特殊序列時(shí)，才成為Sec的密碼子，該位置是終止還是編碼氨基酸是確定的，二者不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

（2）多肽遇到雙縮脲試劑出現(xiàn)紫色反應(yīng)，在突變基因的表達(dá)過(guò)程中，傳統(tǒng)上最多需要61種tRNA參與轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，還有三種終止密碼子，但是只要遇到其中一種即可終止，故最多涉及到62種密碼子，但是由于硒代半胱氨酸的發(fā)現(xiàn)，因此UGA在特定條件下決定硒代半胱氨酸，因此可能涉及到63種密碼子。該基因突變后，使mRNA增加了一個(gè)AUA堿基序列，根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，因而參與基因復(fù)制的嘌呤和嘧啶核苷酸數(shù)量增加，但由于嘌呤和嘧啶配對(duì)，均為50%，因此突變前后此比例不會(huì)發(fā)生變化，故嘧啶核苷酸比例不變。

（3）①tRNA上的ACA是反密碼子，與mRNA上的密碼子UGU互補(bǔ)配對(duì)，mRNA上的密碼子UGU與DNA模板鏈上的ACA配對(duì)，則非模板鏈上的堿基為TGT，根據(jù)題中的密碼子表可知UGU對(duì)應(yīng)的氨基酸為半胱氨酸。

②該AlatRNACys參與上述②過(guò)程，新合成的肽鏈中，原來(lái)的半胱氨酸位置會(huì)被替換為14C標(biāo)記的丙氨酸，因此原有肽鏈的部分片段 “—甘—X—丙—”將變?yōu)?/span>—甘—丙—丙—。