反密码子是61个吗

反密码子是 61 个吗 -“基因的表达”中易错概念的辨析 摘要 本文通 过分析 tRNA 的分子结构特点和密码的摆动 假说， 讨论了反密码子和 tRNA 的种类。同时又列举了 RNA 聚 合酶的功能，说明在转录的过程中 RNA 聚合酶具有解旋的作用。 关键词 密码的摆动假说；RNA 聚合酶 文章编号 1005-2259（2011）9-0030-02 人教版高中生物必修 2 第 4 章“基因的表达 ”这一章的内容 比较抽象，是高中生物教学中的一个重点和难点，再加之分子生 物学的发展一日千里，部分教师知识结构老化，市面上各种教辅 资料中有关这部分内容的概念错误颇多，如此以讹传讹，贻害无 穷。本文试举反密码子的种类、tRNA 的种类、转录是否需要解旋 酶等 3 个具有代表性的问题辨析之，希望能起到抛砖引玉的作用， 引起更多人对此类问题的关注。 1 密码的摆动假说 例 1 （烟台市 2008 年高三诊断性测试第 16 题）mRNA 上 决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子 的 tRNA 及 转动的氨基酸发生的变化是 （ ） AtRNA 一定改变，氨基酸一定改变 BtRNA 不一定改变 ，氨基酸不一定改 变 CtRNA 一定改变，氨基酸不一定改变 DtRNA 不一定改变，氨基酸一定改变 参考答案 C 首先我们来分析一下错误答案得出的逻辑：密码子变了，根 据碱基互补配对原则，反密码子肯定变了，tRNA 一定改变；密码 具有简并性，除色氨基酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨 基酸的密码子不止一个，因此，密码子变了氨基酸不一定改变。 然而结论是错误的，原因何在？密码子与反密码子的相互作 用并不严格遵守碱基互补配对原则，这就是 Crick 在 1966 年根 据立体化学原理提出的摆动假说（wobble bypothesis）。 tRNA 分子中除了 4 种普通碱基（A 、U、C 和 G）以外，还含 有相当数目的稀有碱基，如假尿嘧啶（）、次黄嘌吟（I）等。这些 碱基不是从 DNA 模板上直接为稀有碱基。 tRNA 虽为单乐链，但 其不同的片段之间可形成互补的双螺旋结构区，而非互补区则形 成环状结构。tRNA 分子的二级结构都有 4 个螺旋区，3 个环及 1 个额外环，形同“ 三叶草” 形。反密 码子与）mRNA 上相应的三联 体-密码 子互补配对 ，而且两种 RNA 链的极性是相反的（方向 相反）。 根据摆动假说，密码子的第 3 个碱基（3端）与反密码子第 1 个碱基（5 端）的配对专 一性相对较差，被称为摆动配对（wobble pairing），而密码子的另外两个碱基与相应 tRNA 上反密码子的 碱基严格互补配对。密码子一反密码子配对摆动的原则是： 表 1 反密码子/密码 子配对的摆动原则 反密码子 5端碱基 密码子 3端碱基 U A 或 G C G A U G C 或 U I A，U 或 C 注：I （次黄嘌呤），tRNA 中稀有碱基的一种，鸟嘌呤的衍生 物。 根据上述规则，密码子改变了，反密码子不一定改变，tRNA 不一定改变，因此，例 1 的正确答案是选项 B。只需要 32 个反密 码子就可以识别 61 个密码子，反密码子的种类远少于密码子的 种类， 这样我们也就不难理解遗传密码具有简并性了，密码子中 第 1 和第 2 个碱基不变，第 3 个碱基改变通常不改变编码的氨基 酸。 2 反密码子和 tRNA 的种类 许多教辅用书都认为反密码子和 tRNA 的种类是 61，其逻 辑是：密码子共有 64 个，其中编码氨基酸的密码子 61 个，另外 3 个是终止密码子。在翻译的过程中 tRNA 上的反密码子与密码 子的碱基互补配对，因而反密码子是 61 个，tRNA 是 61 种。根据 摆动假说，密码子的碱基与反密码子的碱基并不严格互补配对， 只需要 32 个反密码子就可以识别 61 个密码子。反密码子的种类 远少于密码子的种类，这样我们也就不难理解遗传密码具有简并 性了，只要密码子中第 1 和第 2 个碱基不变，第 3 个碱基的改变 通常不改变编码的氨基酸。那么我们是否可以得出 tRNA 种类 是 32 种呢？反密码子能和 tRNA 划等号吗？答案当然是否定的。 从 tRNA 的 结构中可知，反密码子只是反密码子环中有 3 个碱基， 我们假定 tRNA 的反密码子不变，而其他环或臂上的核苷酸发生 改变，则 tRNA 的种类就发生改变。目前已知的 tRNA 已达 100 多种。 3 转录需要解旋酶吗？ 例 2 （厦门市 2010 年高三毕业班质量检查第 31 题）图 1 表示原核细胞中遗传信息传递的部分过程。请据图回答： （2）转录过程中，DNA 在 的催化作用下， 把两条螺旋的双链解开，该变化还可发生在 过程中。 参考答案 （2）解旋 酶 DNA 复制 遗传信息的转录过程需要将 DNA 的双螺旋解开吗？当然需 要。解旋就需要解旋酶吗？不一定。研究表明，原核细胞的 RNA 聚合酶是一个多功能酶，本身就具有解旋的功能，在转录的过程 中不需要额外的解旋酶，这一点与 DNA 的自我复制是不同的。 细心的老师可以参考一下教材必修 2 P。63 中的图 4-4 转录图 解，该图 中只画了 RNA 聚合酶，而没有解旋 酶。因此，例 2 的的 答案是是科学性错误的。 综上所述，由于密码的摆动性和 tRNA 分子的结构特点，只 需要 32 个反密码子就可以识别 61 个密码子，反密码子的种类远 少于密码子的种类，而 tRNA 的种类远多于反密码子的种类，有 100 多种。在转录的过程中 RNA 聚合酶具有解旋的作用，不需 要额外的解旋酶。科学要实事求是，而不能想当然地根据已有的 知识去简单的推理，否则我们传播的将是谬误。 参考文献 1 杨岐生 分