高中生物里,为什么一个密码子只对应一个氨基酸,不会有零个或者 2 个吗?

高中生物里,为什么一个密码子只对应一个氨基酸,不会有零个或者 2 个吗?

小虎纸,万物并育而不相害,道并行而不相悖

高中生物学老师告诉你,你 out 了。现在的高中生物已经不是以前的高中生物了,课本都改叫生物学了。

答:会。

  • 1.终止密码子对应 0 个氨基酸。
  • 2.新版高中生物学教材密码子表已更新,有对应 2 个氨基酸的情况。

为了解释我的答案,我分三部分来说明,像节省时间可以直接跳到自己最感兴趣的部分。

  • 1. 最常见的密码子表是什么样的?
  • 2. 特立独行的纤毛虫
  • 3. 2019 版新教材中的密码子表已更新

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1. 最常见的密码子表

我们在高中生物课本看到的密码子表如下图。在这个表格中共 64 种密码子,除了 3 种终止密码子外,其他的 61 种密码子都对应着一种氨基酸,共对应 20 种氨基酸。

图 1:高中生物必修Ⅱ课本 65 页,密码子表(2004 版)

自 1966 年遗传密码表建立以来,普遍认为核基因的遗传密码是固定不变的,所有生物体共用一套密码子,密码子的通用性也成了现代分子生物学的理论基础。在高中生物选修Ⅲ课本第 2 页基因工程的阅读材料中有这么一句不太严谨的话:自然界中,从微生物到人类公用一套遗传密码。

图 2:高中生物选修Ⅲ课本第 2 页(2004 版)

更准确的说法出现在高中生物必修Ⅱ课本 65 页,地球上几乎所用的生物体都共用上述密码子表。

图 3:高中生物必修Ⅱ课本 65 页(2004 版)

几乎所有?到底是谁?是谁这么特立独行?

2. 特立独行的纤毛虫

1985 年,人们首次在纤毛虫中观察到核遗传密码的重新分配现象,这使人们意识到并不是所有的生物共用一套遗传密码,遗传密码具有特殊性。有兴趣查看原始资料的可以找下面这个文章里面的参考文献看看。

图 4:纤毛虫密码子举例

在图 1 密码子表中,UAA、UAG、UGA 是常见的终止密码子,没有对应的氨基酸。但是在 CELL 的一篇文章中,研究人员发现一些纤毛虫没有专门的终止密码子。有一种名叫 Parduczia 的生物,总是将 UAA 和 UAG 理解为谷氨酰胺密码子,而且在一些情形下将 UGA 读取为色氨酸密码子,在另一些情形下又将 UGA 读取为终止密码子。文章摘要见下图。

图 5:CELL 文章摘要

总结一下:密码子具有普遍性和特殊性。地球上几乎所用的生物体都共用一套密码子表,有些生物(如纤毛虫)可以使用不同于其他生物的密码子。甚至是同一个密码子,在同一生物的不同情况下也可以代表不同的含义。

3. 2019 版新教材中的密码子表

生物学的知识虽然发展迅速,但是并没有改变“现阶段对生命现象的认识还非常有限”这一事实。对于密码子也是如此。高中课本中的密码子表都已经更新了。

图 6:生物学新版教材(2019 版)中的密码子表

2019 新版生物学教材对密码子表的修正主要有 3 点。

  • ①增加了一种氨基酸,硒代半胱氨酸。
  • ②出现了一个密码子对应 2 个氨基酸的情况。GUG 由缬氨酸改为缬氨酸和原核生物作为起始密码子时编码甲硫氨酸。
  • ③UGA 由终止密码子改为终止和特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。

生物学科一直在发展,保持开放的心态才能进步。我们要清楚的知道现在了解到的也只是现在(甚至是被抛弃的过去)所了解到的内容。生物学科的老师可不是越老越香。我也时常这样告诫自己,生物学老师不学习,以后等着被学生怼吧。

参考文献:

[1]Genetic Codes with No Dedicated Stop Codon: Context-Dependent Translation Termination.[J]. Swart Estienne Carl,Serra Valentina,Petroni Giulio,Nowacki Mariusz. Cell. 2016(3)

[2] 付月君, 柴宝峰, 王伟, et al. 遗传密码子的通用性与特殊性[J]. 高技术通讯, 14(3):37-43.

[3]王软林,梁爱华.终止密码的多种解读方式——延伸还是终止?[J].中国生物化学与分子生物学报,2017,33(09):853-860.

[4]nationalgeographic.com/