今年的全國I卷的第2題考到了選學內容，即必修2第四章第3節：遺傳密碼的破譯（選學）。由於是選學，所以有些學校可能不上該節課，所以有人反應說題目超綱了，實際上是不超綱的，因為通過已有知識完全可以解決，大不了你可以把它當做是一個信息題來做。雖然是選學，但由於相關計算是默認的，所以當年小編選擇上了這節課。幸運的是，通過引導，放學後，居然有同學跑下樓追上我問：老師，在剛才上課的實驗中，多聚尿嘧啶核苷酸沒有起始密碼子，那麼，多肽鏈是如何合成的呢？幸好小編提前做了研究，不然就被這“熊孩子”問倒了。哈哈。小編認為，一節好課不是要傳授給學生多少知識，而是能引導讓學生思考，能讓學生敢提問題，能提出問題，培養學生的好奇心和求知慾。畢竟提出問題比解決問題更重要嘛。下面就來看下這個問題的答案。
沒有起始密碼子多肽也能合成嗎
為了回答這個問題，首先我們以原核生物細菌為例，看看在生物體內翻譯是怎樣開始的：
2 翻譯的起始
細菌中翻譯的起始需要如下7種成分：①核糖體30S小亞基，②模板mRNA，③fMet–tRNAfMet，④3個翻譯起始因子，IF–1、IF–2、IF–3，⑤GTP，⑥核糖體50S大亞基，⑦Mg2+。
翻譯起始又可被分成三步：
第一步，核糖體30S小亞基首先與翻譯起始因子IF–l，IF–3結合，通過識別mRNA 的SD序列（在緊靠起始密碼子的上游有一段長約6~8個核苷酸的序列，5’-AGGAGGU-3’，它是核糖體與mRNA的結合部位，是由Shine和Dalgarno兩人共同發現的，所以人們稱之為Shine–Dalgarno序列，簡稱SD序列）與mRNA相結合；
第二步，在IF–2和GTP的幫助下，fMet–tRNAfMet（fMet–tRNAfMet是甲硫氨酸Met和起始tRNA結合的產物Met–tRNAMet經過甲酰化生成的。）進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對；
第三步，帶有tRNA、mRNA及3個翻譯起始因子的小亞基複合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子（翻譯起始因子是非核糖體蛋白質，它們只是臨時性地與核糖體發生作用，參與蛋白質的起始，之後會從核糖體複合物上解離下來）。
由此可知，起始密碼子的功能並不是使翻譯開始，而是充當定位翻譯起始的位置信號。
3 實驗解讀
尼倫伯格和馬太實驗所用的細胞提取液實際上是大腸桿菌的非細胞合成體系。其製備過程是將大腸桿菌細胞破碎，離心除去細胞碎片，上清液含有蛋白質合成所需的各種成分，其中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖體、氨酰-tRNA合成酶及蛋白質合成必需的各種因子。將上清液加入DNA酶，降解體系中的DNA，再保溫一段時間，以消耗掉內源mRNA，導致該系統自身蛋白質的合成即停止。
上述非細胞合成體系和翻譯起始所需的7種成分中只有一種不一樣，就是mRNA。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（poly U）沒有起始密碼子也無SD序列。所以當時認為poly U不能代替mRNA，或活性很低。但後來研究發現poly U之所以能合成多聚苯丙氨酸，是因為上述非細胞體系中Mg2+濃度很高，以致人工合成的多聚核苷酸不需要起始密碼子就能指導多肽的生物合成，並且讀碼起始位點位置也是隨機選擇的。也就是說當沒有SD序列時，翻譯起始第一步核糖體與poly U的結合是隨機的；起始第二步tRNA上的反密碼子與poly U的結合也是隨機的。由於poly U的序列都是U，因此，無論從哪開始，對應的氨基酸都是苯丙氨酸。如果人工合成的mRNA不止一種鹼基，比如是UUUAAAUUUAAA．．．．．．，那麼翻譯出來的就不會只有UUU和AAA決定的氨基酸，還會有UUA，UAA，AAU，AUU決定的氨基酸，因為開始閱讀密碼子的位置是隨機的。
但是，在生理情況下，由於Mg2+濃度太低，沒有起始密碼子的多聚核苷酸則不能被用作多肽合成的模板。
參考文獻
［１］人民教育出版社課程教材研究所生物課程教材研究開發中心編著．普通高中課程標準實驗教科書生物2必修遺傳與進化．北京：人民教育出版社，2007．75．
［２］朱玉賢，李毅．現代分子生物學．北京：高等教育出版社，2002：122．102．111~113．
［３］王鏡巖，朱聖庚，徐長法主編．生物化學（第三版）下冊．北京．高等教育出版社．2002：509．528．
［４］瞿禮嘉，顧紅雅等．現代生物技術導論．北京：高等教育出版社；德國：施普林格出版社．2004：43．
下面咱們來看看今年的這個高考題：
[2019年·全國I卷，2]用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU，若要在體外合成同位素標記的多肽鏈，所需的材料組合是
①同位素標記的tRNA
②蛋白質合成所需的酶
③同位素標記的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的細胞裂解液
A、①②④ B、②③④ C、③④⑤ D、①③⑤
嘮叨嘮叨：
實際上該題是一個考查學生生命觀念的好題，能體現結構與功能觀（合成蛋白質需要什麼結構和物質），能夠體現用生命觀念認識生命獨特性和複雜性從而解決實際問題（體外合成蛋白質）。該題的糾結主要在B和C，也就是②和⑤，如果能在學習翻譯的時候形成正確的生命觀的話，就會知道翻譯不只是需要酶就夠了，還需要其他的複雜的成分，比如tRNA、核糖體，這都是②沒有而⑤有的，所以顯然選C而不是B。有些同學反映說沒有學，也正是由於你沒有學這一節內容，該題才能真正反映出你的核心素養。如果你學了，也記住了，哪能知道你是理解了還是記住了？這也是該題的價值所在。人類對生命的未知遠比已知多。
