基因、密码子及氨基酸的关系

基因、密码子及氨基酸的关系
1变换角度列表
遗传学将信使RNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做1个密码子。

当然，未能决定氨基酸但却决定了终止信号的3个相邻碱基也可叫密码子（终止密码）。

中学教材上的这一表格是从由碱基序列查找氨基酸这一角度展开设计的，符合从RNA到蛋白质或多肽进行翻译的逻辑顺序。

若同时换个角度看看，更有利于对其隐含知识的发掘和掌握。

也就是说，可以这样设问：生物界存在的20
各氨基酸按密码子种数由小到大排序。

2设置疑问解惑
根据以上表格并结合教材相关内容可从多角度设置如下疑问：
1)决定一个氨基酸的密码子一定“只有最后1个碱基有区别”吗？显然不是。

例如，亮氨酸的6种密码子（称同义密码，体现了简并性）是：①UUA、②UUG、③CUU、④CUC、⑤CUA、⑥CUG，①与②之间或③—⑥的各氨基酸之间只有后面1个碱基有区别，但①或②与③—⑥的任何氨基酸之间不一定是后面1个碱基有别：例如①UUA与⑤CUA之间或②UUG与⑥CUG之间都只是第1个碱基有区别，第二、三个碱基反而相同。

精氨酸的密码子也具有这样的特点。

但总体上说，密码子中的第3个碱基比前2个碱基具有较小的专一性。

2)密码子内前2个碱基相同时所决定的氨基酸也相同吗？答案是否定的。

例如，苯丙氨酸的密码
子是UUU和UUC，而与前2字母相同的密码子UUA和U U G却是决定亮氨酸。

3)决定氨基酸的密码子的数目都相同吗？从表上可明显看出是不同的。

例如决定甲硫氨酸或色氨酸的密码子只有1种，而决定亮氨酸、精氨酸和丝氨酸的密码子分别有6种。

4）不同的密码子决定的氨基酸一定不同吗？其包含有什么意义？不对，不同的密码子可决定相同或者不同的氨基酸。

氨基酸的密码子有61种，而氨基酸只有20种。

每一密码子都决定着一种特定的氨基酸，每一氨基酸分别由1-6种特定的密码子所决定。

值得注意的是，1个氨基酸有多个密码子的存在，有利于减少基因突变对生物性状改变的可能性，进而利于保持生物性状的相对稳定；编码某一氨基酸的密码子越多，表明该氨基酸在蛋白质中出现的几率也较大。

5)表格中的“起始”和“终止”的碱基序列有什么特点？决定“起始”的3个相邻碱基序列（也称起始密码，即AUG, GUG）同时决定了氨基酸，AUG决定甲硫氨酸，GUG决定缬氨酸。

其碱基序列的差别是在第1个碱基，其后面2个碱基都是UG。

决定“终止”的碱基序列是UAA，UAG，UGA。

它们不编码任何氨基酸。

最常用的终止密码是UAA。

终止密码的每一序列的第1个字母相同，且都是U，其余2个中至少有1个A，可能含有G。

6)同一个氨基酸的密码子哪一碱基相对较稳定？做比较分析可以看出，除丝氨酸外，同一氨基酸的密码子中间的碱基都相同。

对此，却未见有文献资料做如此总结。

它对生物遗传的意义是什么？有待考证。

7)讨论根据表格设疑解惑，不仅可以帮助学生从多角度更全面准确地认识密码表，还可以通过这一过程更好地利用教材本身资源来培养他们观察、比较、分析和判断的能力，以及语言表达的能力。

但挖掘隐含知识并非意味着对知识的要求去做无限拔高，不可脱离教材的基本要求让全体学生去识记密码子有关的专业名词和术语等。

3 2004年高考试题选析
例1[2004年高考理综浙江、福建卷第4题」自然界中，一种生物某一基因及突变基因决定的蛋白质的部分氨基酸序列如下：
正常基因精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸
突变基因l 精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸
突变基因2 精氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸
突变基因3 精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸丙氨酸
根据上述氨基酸序列确定这3种突变基因DNA分子的改变是：
A.突变基因1和2为1个碱基的替换，突变基因3为l个碱基的增添
B.突变基因2和3为l个碱基的替换，突变基因1为1个碱基的增添
C.突变基因1为1个碱基的替换，突变基因2和3为1个碱基的增添
D.突变基因2为1个碱基的替换，突变基因1和3为1个碱基的增添
解析：此题是结合基因突变来考查考生对基因、密码子与氨基酸三者关系的理解和掌握情况，同时通过设置的新情境考查了他们灵活应用知识来分析、比较和判断的能力。

从题目所给的条件和各选项的关键词看，只能有1个碱基增添或替换。

要求考生思考：基因中1个碱基的发生变化为什么能保持氨基酸的不变或引起1个或多个氨基酸的改变呢？现分析如下：．从正常基因及组成蛋白质的氨基酸到突变基因1及组成蛋白质的氨基酸看：氨基酸无变化。

为什
么基因有变，氨基酸却不变呢？这就要求考生明白这样的道理：虽然基因的变化会带来密码子的改变，但密码子的变化却未必能带来氨基酸的变化，原因是1个氨基酸可能有2个或2个以上的密码子。

那么，从正常到突变1，到底是基因中的碱基增添了还是替换了呢？若增添了，势必带来替换以后片段决定的所有密码子和氨基酸的改变。

但题目中所列出的氨基酸没变化，所以只能判断为“发生了替换”。

可能有个别考生会认为，决定最后1个氨基酸（脯氨酸）的第2个碱基与第3个碱基之间若增添U、C、A、G中任何一个碱基，题目中所列出的氨基酸也不会改变。

若是这样，会因弄得太复杂而发生迷惑以致误解，由于题目对“后续氨基酸是否有变”这一关键性问题未做交代，所以做出“发生了增添”的判断存在证据不足。

故变化1的原因答替换更符合题意。

从正常基因及组成蛋白质的氨基酸到突变基因2及组成蛋白质的氨基酸看：只有1个氨基酸发生了改变，即第2个氨基酸由苯丙氨酸变为亮氨酸。

由于氨基酸的密码子不要求学生做死记硬背，他们只能凭已学的结论做推理。

此选项中只有1个氨基酸变化，其余的氨基酸没变，通常情况下碱基不可能发生增添。

变化2的原因也是替换。

从正常基因及组成蛋白质的氨基酸到突变基因3及组成蛋白质的氨基酸看：5个氨基酸中前2个没变化，后3氨基酸都发生了改变，1个基因之变何以引起连续的3个氨基酸发生变化？由于替换1个碱基至多引起1个氨基酸的改变，故此变化的原因只能是碱基增添的结果，因为增添或缺失1个碱基，就会使该处以后的读码发生错误（称“移码”），移码引起的突变成为移码突变。

下图表示变化3的情况之一，假设苯丙氨酸的密码子为UUU，脯氨酸密码子为CCU。

因基因突变引起在它UUU与亮氨酸（CUU）之间增添了A（腺嘌吟核糖核苷酸），其变化如图：
正常基因精氨酸苯丙氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸…
U U U C U U A C G C C U …
UUU A CU UAC GCU U…
突变基因3精氨酸苯丙氨酸苏氨酸酪氨酸丙氨酸…
A
值得说明的是，变化3既有可能增添也有可能替换（决定前面氨基酸的碱基序列可能替换），只是题设条件告知只有1个碱基的变化，所以只能答“增添”。

在今后引导学生做该题的变式训练或进行讲评时应注意此。

本题答案：A
例2［天津卷第6题」原核生物中某一基因的编码区起始端插入的1个碱基对，在插入位点的附近，再发生下列哪种情况有可能对其编码的蛋白质结构影响最小
A.置换单个碱基对
B.增加4个碱基对
C.缺失3个碱基对
D.缺失4个碱基对
解析：此题命题立意与上面例1类似。

插入1个碱基对，会引起其转录形成的信使RNA上后续的所有碱基序列发生改变。

由于置换单个碱基对，不能改变后续大多数密码子序列，只能使个别密码子可能发生改变，所以A选项不对。

若增加4对碱基，加上已经插人的1对，相当于在正常情况基础上，增添5对，后续密码仍然会改变，选项B也不对。

缺失3对碱基，加上插人的1对，相当于增加了2对，同样会使后续所有密码因碱基的移动而发生改变。

插入1对碱基同时缺失4对碱基，相当于缺失3对碱基，在信使RNA上表现出的变化是刚好缺失1个氨基酸的密码子。

所以这种情况最少只影响到2个氨基酸密码，从第3个氨基酸的密码开始的后续读码子起就无变化。

例如，假设正常情况
下原来的信使RNA序列中前9个碱基的序列依次是UCA GUC AGU，在起始端插入1个A，同时附近的CAGU缺失。

其变化见下图：
变化前3个氨基酸的密码子插人1个碱基，缺失4个碱基后的变化
1 2 3 3
AUCA GUC AGU···→AUC AGU…
↑
A 缺失
本题答案：D。

例3［江苏卷第38题第（1）小题］某原癌基因上1个碱基对的突变，引起该基因编码的蛋白质中的氨基酸的改变，即氨基酸顺序上第19位氨基酸由脯氨酸转变为组氨酸。

已知脯氨酸的密码子有CCU、CCC、CCA、CCG，组氨酸的密码子有CAU、CAC。

突变成的癌基因中决定第19位组氨酸密码子的碱基对组成是或。

这一原癌基因中发生突变的碱基对是解析：脯氨酸的密码子为CCU, CCC , CCA , CCG ，组氨酸的密码子为CAU、CAC。

脯氨酸变成组氨酸时，1个碱基的变化情况有2种：CCU→CAU（中间的1个碱基替换：C→A），CCC→CAC （中间的1个碱基替换：C→A )。

为什么"CCA→CAC（后两个碱基倒位CA→CA）”不可以呢？原因有二，一是，倒位时变化的碱基有2个而不是1个，这不符合题意；二是，密码子中碱基的变化实际反映了基因突变时内部碱基的变化。

造成基因内部变化的原因是碱基对的增添、缺失或改变，无倒位情况。

根据上述可能发生的2种情况推知基因的变化是：
4.亮氨酸的密码子有如下几种:UUA、UUG、CUU、CUA、CUG，当控制亮氨酸基因片段中的碱基GAC突变为AAC时，这种突变的结果对该生物的影响是( )
A.一定是有害的
B.一定是有利的
C有害的概率大于有利的概率 D.既无利也无害
5.几种氨基酸可能的密码子如下：甘氨酸：GGU、GGC、GGA、GGG；缬氨酸：GUU、GUC、GUA、GUG；甲硫氨酸：AUG。

经研究发现，在某基因的某位点上发生了一个碱基替换，导致对应位置上的密码子改变、使甘氨酸变为缬氨酸；接着由于另一个碱基的替换，该位置上的氨基酸又由缬氨酸变为甲硫氨酸。

则该基因未突变时的甘氨酸的密码子应该是
A. GGG
B.GGC
C. GGA
D. GGU。