Question

【題目】請回答下列關于氨基酸相關知識的問題：（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，科學家在研究谷胱甘肽過氧化物酶的作用時，發現了硒代半胱氨酸（Sec）。因為這種新發現的氨基酸在結構上可視為半胱氨酸（如下圖）側鏈上的S元素被Se取代的產物，所以它被稱為Sec。又因為它是在20種常見的天然蛋白質氨基酸之后發現的，所以又稱為第21種蛋白質氨基酸。

研究發現，密碼子UGA通常作為蛋白質合成的終止密碼子，但當mRNA鏈UGA密碼子后面出現一段特殊序列時，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去。迄今為止，Sec已經被發現是25種含硒酶的活性中心，是含硒酶的靈魂，如果沒有這第21種氨基酸，含硒酶就無法工作，人就會出各種各樣的病癥。

①請根據上述文章內容對傳統密碼子表提出一處修正意見_____________________________。

請寫出Sec的側鏈基團（R基）：_______________。

②當核糖體進行翻譯時，終止密碼子沒有相應的tRNA結合，而是與終止因子（一種蛋白質結合，翻譯終止。mRNA上的密碼子UGA是對應翻譯終止還是編碼Sec呢?有人曾經提出過“終止因子與攜帶Sec的tRNA競爭結合密碼子UGA”的假設。請結合文中內容判斷研究結果___________（是/否）支持該假設，理由是_______________________________。

(2)某Q蛋白（含Sec），在植物抵抗逆境時發揮重要作用。科研人員對Q蛋白基因進行一系列研究：

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

(3)在體外用14C標記X-tRNA復合物中的X氨酸，得到*X-tRNAX，再用無機催化劑鎳將其中的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氨基酸的名稱是___________。

②如果*Ala-tRNACys參與上述Q蛋白基因的表達過程，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為__________________________。

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，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，二者不是競爭關系 雙縮脲 63 不變 TGT 半胱氨酸 —甘—丙—丙—

【解析】

1.轉錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程，該過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的過程，該過程還需要tRNA來運轉氨基酸。

2.密碼子表中有64個密碼子，其中有兩個起始密碼，三個終止密碼，這三個密碼子不對應任何氨基酸，所以一般決定20種氨基酸的密碼子有61個。根據題意可知，科學家發現了第21種氨基酸，即硒代半胱氨酸（Sec），當mRNA鏈UGA密碼子后面出現一段特殊序列時，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去，此時UGA就能夠決定氨基酸的種類了。

（1）①根據題意的分析可知，傳統情況下，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，科學家研究發現但當mRNA鏈UGA密碼子后面出現一段特殊序列時，UGA才成為Sec的密碼子，因此對傳統密碼子表應該做出修改：即密碼子表中UGA位置可以是終止或硒代半胱氨酸。根據氨基酸的結構通式可知，組成生物體的氨基酸至少有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上，另外還有一個氫原子和R基，則根據題意中硒代半胱氨酸結構式可知，該氨基酸的R基為—CH2—she。

②根據題意的分析可知，密碼子UGA通常作為蛋白質合成的終止密碼子，但當mRNA鏈UGA密碼子后面出現一段特殊序列時，UGA才成為Sec的密碼子，使Sec摻入到多肽鏈中去。因此當UGA后面有特殊序列時，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，二者不是競爭關系。

（2）多肽遇到雙縮脲試劑出現紫色反應，在突變基因的表達過程中，傳統上最多需要61種tRNA參與轉運氨基酸，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現，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AUA堿基序列，根據堿基互補原則，因而參與基因復制的嘌呤和嘧啶核苷酸數量增加，但由于嘌呤和嘧啶配對，均為50%，因此突變前后此比例不會發生變化，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互補配對，mRNA上的密碼子UGU與DNA模板鏈上的ACA配對，則非模板鏈上的堿基為TGT，根據題中的密碼子表可知UGU對應的氨基酸為半胱氨酸。

②該AlatRNACys參與上述②過程，新合成的肽鏈中，原來的半胱氨酸位置會被替換為14C標記的丙氨酸，因此原有肽鏈的部分片段 “—甘—X—丙—”將變為—甘—丙—丙—。