问答题 请从遗传密码的特性考虑,举例说明为什么有些氨基酸具有一种以上的tRNA作为运载工具参与蛋白质合成,并推断理论上完成20种氨基酸的转运需要多少种tRNA。
【正确答案】遗传密码的简并性、遗传密码的变偶性以及变偶规则。
{{B}}遗传密码**{{/B}}
第1位
(5'端)
第2位 第3位
(3'端)
U C A G
U UUU(苯丙氨酸)
UUC(苯丙氨酸)
UUA(亮氨酸)
UUG(亮氨酸)
UCU(丝氨酸)
UCC(丝氨酸)
UCA(丝氨酸)
UCG(丝氨酸)
UAU(酪氨酸)
UAC(酪氨酸)
UAA(终止密码子)
UAG(终止密码子)
UGU(半胱氨酸)
UGC(半胱氨酸)
UGA(终止密码子)
UGG(色氨酸)
U
C
A
G
C CUU(亮氨酸)
CUC(亮氨酸)
CUA(亮氨酸)
CUG(亮氨酸)
CCU(脯氨酸)
CCC(脯氨酸)
CCA(脯氨酸)
CCG(脯氨酸)
CAU(组氨酸)
CAC(组氨酸)
CAA(谷氨酰胺)
CAG(谷氨酰胺)
CGU(精氨酸)
CGC(精氨酸)
CGA(精氨酸)
CGG(精氨酸)
U
C
A
G
A AUU(异亮氨酸)
AUC(异亮氨酸)
AUA(异亮氨酸)
AUG(甲硫氨酸)*
ACU(苏氨酸)
ACC(苏氨酸)
ACA(苏氨酸)
ACG(苏氨酸)
AAU(天冬酰胺)
AAC(天冬酰胺)
AAA(赖氨酸)
AAG(赖氨酸)
AGU(丝氨酸)
AGC(丝氨酸)
AGA(精氨酸)
AGG(精氨酸)
U
C
A
G
G GUU(缬氨酸)
GUC(缬氨酸)
GUA(缬氨酸)
GUG(缬氨酸)
GCU(丙氨酸)
GCC(丙氨酸)
GCA(丙氨酸)
GCG(丙氨酸)
GAU(天冬氨酸)
GAC(天冬氨酸)
GAA(谷氨酸)
GAG(谷氨酸)
GGU(甘氨酸)
GGC(甘氨酸)
GGA(甘氨酸)
GGG(甘氨酸)
U
C
A
G
*AUG也作为起始密码子。
**密码子的阅读方向为5'→3'。
(1)遗传密码的简并性
一个氨基酸有多个密码子编码,这种现象为遗传密码的简并性,这些密码子被称为同义密码子或者简并密码子。以亮氨酸为例,从图中的密码簿发现它有6个密码子,分别是UUA、UUG、CUU、CUC、CUG、CUA。
(2)遗传密码的变偶性
tRNA的反密码子与密码子在碱基配对时并不严格按照A-U,G-C配对,而是有一定的规则,即变偶规则。如图所示。由此可以看出同一个反密码子能够与几个密码子配对。例如tRNA反密码子为IAG则可与密码子CUU、CUC和CUA配对。分析亮氨酸的6个密码子,一种反密码子是UAA的tRNA能够与UUA、UUG这一组密码子成配对,而一种反密码子是CAG的tRNA能够与CUG配对,另一种反密码子为IAG的tRNA能够与CUU、CUC和CUA三个密码子配对,因此,亮氨酸的6个密码子理论上需要3种tRNA才能够完成将氨基酸装载进入核糖体与mRNA上的密码子配对识别。
[*]
(3)根据以上的推理,脯氨酸有4个密码子
即CCU、CCA、CCG、CCC,前三个密码子需要一个反密码子是IGG的tRNA与之配对,而CCC需要反密码子是GGG的tRNA与之配对,这样,脯氨酸密码子需要2种tRNA,依此类推,20种氨基酸理论上需要31种tRNA。如果加上运载起始氨基酸的tRNA,则为32种。
这类题目属于比较综合、难度较大,不在此处拓展。
【答案解析】[考点] 遗传密码的特点、同工受体tRNA的概念