没有起始密码子肽链怎么合成？——兼评1卷第2题
今年的全国I卷的第2题考到了选学内容，即必修2第四章第3节：遗传密码的破译（选学）。由于是选学，所以有些学校可能不上该节课，所以有人反应说题目超纲了，实际上是不超纲的，因为通过已有知识完全可以解决，大不了你可以把它当做是一个信息题来做。虽然是选学，但由于相关计算是默认的，所以当年小编选择上了这节课。幸运的是，通过引导，放学后，居然有同学跑下楼追上我问：老师，在刚才上课的实验中，多聚尿嘧啶核苷酸没有起始密码子，那么，多肽链是如何合成的呢？幸好小编提前做了研究，不然就被这“熊孩子”问倒了。哈哈。小编认为，一节好课不是要传授给学生多少知识，而是能引导让学生思考，能让学生敢提问题，能提出问题，培养学生的好奇心和求知欲。毕竟提出问题比解决问题更重要嘛。下面就来看下这个问题的答案。
没有起始密码子多肽也能合成吗
为了回答这个问题，首先我们以原核生物细菌为例，看看在生物体内翻译是怎样开始的：
2 翻译的起始
细菌中翻译的起始需要如下7种成分：①核糖体30S小亚基，②模板mRNA，③fMet–tRNAfMet，④3个翻译起始因子，IF–1、IF–2、IF–3，⑤GTP，⑥核糖体50S大亚基，⑦Mg2+。
翻译起始又可被分成三步：
第一步，核糖体30S小亚基首先与翻译起始因子IF–l，IF–3结合，通过识别mRNA 的SD序列（在紧靠起始密码子的上游有一段长约6~8个核苷酸的序列，5’-AGGAGGU-3’，它是核糖体与mRNA的结合部位，是由Shine和Dalgarno两人共同发现的，所以人们称之为Shine–Dalgarno序列，简称SD序列）与mRNA相结合；
第二步，在IF–2和GTP的帮助下，fMet–tRNAfMet（fMet–tRNAfMet是甲硫氨酸Met和起始tRNA结合的产物Met–tRNAMet经过甲酰化生成的。）进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对；
第三步，带有tRNA、mRNA及3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子（翻译起始因子是非核糖体蛋白质，它们只是临时性地与核糖体发生作用，参与蛋白质的起始，之后会从核糖体复合物上解离下来）。
由此可知，起始密码子的功能并不是使翻译开始，而是充当定位翻译起始的位置信号。
3 实验解读
尼伦伯格和马太实验所用的细胞提取液实际上是大肠杆菌的非细胞合成体系。其制备过程是将大肠杆菌细胞破碎，离心除去细胞碎片，上清液含有蛋白质合成所需的各种成分，其中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰-tRNA合成酶及蛋白质合成必需的各种因子。将上清液加入DNA酶，降解体系中的DNA，再保温一段时间，以消耗掉内源mRNA，导致该系统自身蛋白质的合成即停止。
上述非细胞合成体系和翻译起始所需的7种成分中只有一种不一样，就是mRNA。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（poly U）没有起始密码子也无SD序列。所以当时认为poly U不能代替mRNA，或活性很低。但后来研究发现poly U之所以能合成多聚苯丙氨酸，是因为上述非细胞体系中Mg2+浓度很高，以致人工合成的多聚核苷酸不需要起始密码子就能指导多肽的生物合成，并且读码起始位点位置也是随机选择的。也就是说当没有SD序列时，翻译起始第一步核糖体与poly U的结合是随机的；起始第二步tRNA上的反密码子与poly U的结合也是随机的。由于poly U的序列都是U，因此，无论从哪开始，对应的氨基酸都是苯丙氨酸。如果人工合成的mRNA不止一种碱基，比如是UUUAAAUUUAAA．．．．．．，那么翻译出来的就不会只有UUU和AAA决定的氨基酸，还会有UUA，UAA，AAU，AUU决定的氨基酸，因为开始阅读密码子的位置是随机的。
但是，在生理情况下，由于Mg2+浓度太低，没有起始密码子的多聚核苷酸则不能被用作多肽合成的模板。
参考文献
［１］人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心编著．普通高中课程标准实验教科书生物2必修遗传与进化．北京：人民教育出版社，2007．75．
［２］朱玉贤，李毅．现代分子生物学．北京：高等教育出版社，2002：122．102．111~113．
［３］王镜岩，朱圣庚，徐长法主编．生物化学（第三版）下册．北京．高等教育出版社．2002：509．528．
［４］瞿礼嘉，顾红雅等．现代生物技术导论．北京：高等教育出版社；德国：施普林格出版社．2004：43．
下面咱们来看看今年的这个高考题：
[2019年·全国I卷，2]用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是
①同位素标记的tRNA
②蛋白质合成所需的酶
③同位素标记的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A、①②④ B、②③④ C、③④⑤ D、①③⑤
唠叨唠叨：
实际上该题是一个考查学生生命观念的好题，能体现结构与功能观（合成蛋白质需要什么结构和物质），能够体现用生命观念认识生命独特性和复杂性从而解决实际问题（体外合成蛋白质）。该题的纠结主要在B和C，也就是②和⑤，如果能在学习翻译的时候形成正确的生命观的话，就会知道翻译不只是需要酶就够了，还需要其他的复杂的成分，比如tRNA、核糖体，这都是②没有而⑤有的，所以显然选C而不是B。有些同学反映说没有学，也正是由于你没有学这一节内容，该题才能真正反映出你的核心素养。如果你学了，也记住了，哪能知道你是理解了还是记住了？这也是该题的价值所在。人类对生命的未知远比已知多。
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