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1、 万方数据 2 0 0 4 年，第1 1 期知识介绍2 9 码子有三个U 从、U G A 、U A G ，简并度为3 。现 在，新发现的两种天然氨基酸中，U G A 和U A G 变成 了编码子，终止密码子( U 从) 的简并度可能为l ， 这标志着遗传密码在生物进化过程中将被重新定 义。 2 硒半胱氨酸 C h 锄巾e 璐等在研究和鉴定一些动物( 猫、牛和 鼠等) 谷胱甘肽过氧化酶( G S H 】奴) 的作用及基因编码 过程时发现了硒半胱氨酸，并第一次揭示这个氨基 酸是由U G A 编码的。Z i n o I l i 进一步证实了硒半胱氨 酸是由U G A 编码的。实验发现，甲酸脱氢酶 (
2、 F D 坷田硒多肽链中存在一个删心基因。在编码这 个含7 1 5 个氨基酸的甲酸脱氢酶硒多肽链的可读框 ( R e a d i n gF h m e ) 内，触F 基因的氨基酸位置 1 4 0 处对应一个终止密码子( U C 擒) ；利用基因生物 技术，对这个编码从氨基酸残基1 2 9 2 6 8 的硒多肽链 片段的基因序列进行研究，合成出硒化的截短多肽 链或B 一半乳糖甘酶( 其终止密码子只有一个U A A ) 。通过硒多肽链的基因序列和氨基酸序列的比 较，证实U G A 改变了它的传统意义，由终止密码子 变成了有意义的编码子。 硒半胱氨酸的编码方式和机理现在已有相当的 了解。在研究中发现
3、，大肠杆菌中存在一个S e l 基因 系列( S e l c 、S e 埝和S e l B 等) 。S e l c 基因编码一个特 殊的有9 5 个核苷酸的t R N A U C A ，其接受臂上有8 个 配对的碱基，在D 臂的D 环上有5 个不同于大肠杆菌 基因一致序列的核苷酸( G 9 ，G 1 2 ，u 1 6 ，c 1 6 ，c 2 5 ) 。 这个特殊的t R N A u C A 携接L 一丝氨酸，形成丝氨酸氨 酰一t R N A U C A ，在S e 螂口S e l B 的基因产物合成酶的 催化下变成硒半胱氨酸。翻译时，与U G A 关连的 m R N A 上有一“特殊信号”使硒
4、半胱氨酸掺入到多 肽链中。 在烷八叠球菌属微生物的古细菌和一些真核细 菌，以及包括哺乳动物在内的动物体中的硒半胱氨 酸都是由密码子U G A 直接编码。硒是原核和真核有 机体中许多酶的基本组成元素。很多酶结构显示含 有硒半胱氨酸残基，分子结构与半胱氨酸相比只是 把一S H 换成了一S e H 。自然界中硫硒的含量相差很 大，在自然条件下有利于半胱氨酸的形成，这可能 是天然硒半胱氨酸含最少的原因之一。但是，硒半 胱氨酸含量较高的谷胱甘肽过氧化酶几乎存在于所 有的细胞中。从物质的化学性质上可以知道，S e 比 S 更易氧化成+ 4 价而不易氧化成+ 6 价，使其能保护 膜组织和D N A 不受过氧
5、化物的损伤，也可以通过 C l l ：孙超氧歧化酶的过氧化缓解钝化的方式，间接的 保护细胞( 特别是红细胞) 不受超氧化自由基的损 伤。 3 吡咯赖氨酸 吡咯赖氨酸是在烷八叠球菌属的微生物的一种 酶中发现的。蛳l d 等发现古细菌和真核细菌的遗 传密码编码了吡咯赖氨酸。实验发现，致甲烷甲胺 转甲基酶( M 岫、D t I Y 国、咖) 的基因序列中包 含一个密码子( U A G ) ，但它在编码这些甲胺转甲 基酶的过程中并没有显示本应出现的终止翻译的作 用。用化学和结构的方法对该酶进行分析，发现 U A G 是对应于吡咯赖氨酸的有义密码子，并且由它 编码的n 比咯赖氨酸残基正处于酶的活性中心位
6、置。 通过对电子云密度的观测显示，该残基是由( 4 R ， 5 R ) 一4 一取代一二氢吡咯一6 一羧酸酯与赖氨酸用酰胺键 结合得到的，是一种赖氨酸的衍生物。 已经发现了n 比咯赖氨酸的编码过程和机理。实 验研究表明，在甲胺转甲基酶基因附近有一个p y l 基 因系列( 包括p y l T 和p y l S 基因等) 。p y l T 基因编码 了一特殊的t R N A I 陀A ；反密码子臂上有6 个碱基对而 不是5 个，限制可变环上只有3 个碱基而非4 个；D 臂 与接受臂之间碱基数由2 个变为1 个。p y l S 基因编码 产物是一种合成酶( 如R S ) ，能将赖氨酸结合到 t R
7、 N 如 上形成赖氨酸氨酰一t R N 氐T c A 。在p y l T ， p y m 和p y l C 等酶产物作用下，赖氨酸氨酰一 t R 被修饰为吡咯赖氨酸氨酰一t R N A U C A ，翻译 时吡咯赖氨酸氨酰一t R N A I 圯。携带的吡咯赖氨酸被结 合到蛋白质链上。 测定n 比咯赖氨酸的分子结构时发现，它的晶体 形态呈现出具有一个深穴且呈负电性的桶状结构， 有利于甲胺阳离子的结合，U A G 编码的吡咯赖氨酸 处于甲胺转甲基酶深穴的底端。( 见图3 ) 因此，类 可啉蛋白质( M 缸n C ) 与甲胺转甲基酶相连接后，甲 胺转甲基酶能协助甲胺的甲基转移到M 1 肌C 的类可
8、啉 辅助因子上去。吡咯赖氨酸处在甲胺转甲基酶 ( M 虹n B ) 的深穴底端，当它的二氢吡咯环上亚胺氮 被质子化后，皿胺键电子云密度就会减小，使C 一 2 活化而容易发生亲核加成；而M 哧忸的深穴处结合 着一个甲胺阳离子，这样甲胺阳离子便加成到吡咯 赖氨酸的C 一2 上。这个过程的关键就在：二氢吡咯 万方数据 3 0 化学教学 2 0 0 4 年，第1 1 期 环的取向与甲胺基团上的氢键对甲胺基团起着定位 作用，使其甲基直接朝向M 1 m C 的辅助因子，如此它 们就可以很容易地发生相互作用，达到了催化转甲 基反应的目的。二甲胺( D M A ) 、三甲胺( 孙他) 也存在类似的机理，它们中
9、也存在U A G 编码的吡咯 赖氨酸。 图3L 一吡咯赖氨酸分子结构的球棒图 甲胺转甲基酶的机理的实验研究，进一步说明 了终止密码子( U A G ) 编码了一新的氨基酸，其性 质有利于催化转甲基酶反应和转胺反应。吡咯赖氨 酸是传统的终止密码子( U A G ) ，在特殊的环境下 直接编码出来的，是有待进一步认识的第2 2 种天然 氨基酸。 综上所述，自然选择导致了超出2 0 种标准氨基 酸的密码子的形成。密码子U G A 编码了第2 1 种氨基 酸硒半胱氨酸；密码子U A G 编码了。第2 2 种氨基 酸吡咯赖氨酸。这两种氨基酸编码的共同特点 是： ( 1 ) 由传统意义上的终止密码子编码，
10、预示着 终止密码子将可能被重新定义：( 2 ) 由特定酶的作 用下形成各自的氨酰一t R N A ；( 3 ) 各自的氨酰一 t R N A 都是在翻译的同时掺入到多肽链中的。 氨基酸是有机生命体内营养、生存和发展极为 重要的物质。如今，出现了第2 1 种和甚至第2 2 种氨 基酸，扰乱了原来生命遗传密码序列的演化。因 此，对遗传密码的再认识面临着新的挑战和机遇， 原来一些被科学家认为纯粹是臆测的问题，例如 2 0 种氨基酸是否是组合成生物体内蛋白质最完美的 基本单元数目? 新产生的氨基酸所组成的有机体， 是否有增强生物功能的作用? 为何遗传密码组没有 进一步的演化? 也开始有了答案的端倪。人
11、们期待 着通过对遗传密码的编码方式进行控制，以便制造 出能满足生物进化和工业需求的氨基酸，从而合成 出新型蛋白质和酶。 参考文献： 【l 】IC h a m b e r s ，JF r a m p t o n ，PG o l d f a r be ta1 E M B 0 J 【J 】1 9 8 6 5 ：1 2 2 1 1 2 2 7 【2 】FZ in o n i ， B ir k m a n n ，TCS t a d t m a ne ta 1 P r o c N a t l A c a d S c i U S A 【J 】。 19 8 6 8 3 ：4 6 5 0 4 6 5 4 【3
12、】GS r i n i v a s a n ，CMJ a m c s ，JAK r z y c k i S c i e n c e 【J 】2 0 0 2 2 9 6 ：1 4 5 9 1 4 6 2 【4 】BH a o ， wG o n g ， TKF e r g u s o ne ta 1 S c i e n c e 【J 】2 0 0 2 。2 9 6 ：1 4 6 2 1 4 6 6 ( 上接第4 4 页) 组装等方面有广泛应用，在化学、生物以及材料领 域内显示出巨大的研究和应用前景。下图所示为某 种杯 8 芳烃识别C 鲫的示意图。回答以下问题： ( 1 ) 杯【8 】芳烃分子中的8
13、 个酚羟基通过相互吸 引构成了杯底( 如下图) 。酚羟基问的作用力是 妇I + 一量 埘禽旦黪 ( 2 ) 已知通过碳碳单键的旋转，环己烷可形成 两种典型的“构象异构”一一船式结构和椅式结 构： 弋刍j 环己烷的船式结构 环己烷的椅式结构 对特丁基杯 4 芳烃( 如下图) 同样也可通过连接苯环与苯环间碳碳键的旋转 形成不同的构象，如果我们用下面的方式简单表示 该分子的杯状结构，请用同样的方法表示出其他典 型的“构象异构”。 答案：1 BC ；2 C ；3 CD ；4 CD ； 5 ( 1 ) 氢键( 2 ) 蝎爆凰 万方数据 硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸-生物体内的第21和22种天然氨基硒半胱氨酸和
14、吡咯赖氨酸-生物体内的第21和22种天然氨基 酸酸 作者：董玉闪， 张华瑞 作者单位：董玉闪(青岛第二中学化学组,山东,青岛,266101)， 张华瑞(华东师范大学化学系,上海 ,200062) 刊名： 化学教学 英文刊名：EDUCATION IN CHEMISTRY 年，卷(期)：2004，(11) 被引用次数：2次 参考文献(4条)参考文献(4条) 1.I Chambers.J Frampton.P Goldfarb 查看详情 1986 2.F Zinoni.A Birkmann.T C Stadtman 查看详情 1986 3.G Srinivasan.C M James.J A Krzycki 查看详情 2002 4.B Hao.W Gong.T K Ferguson 查看详情 2002 引证文献(2条)引证文献(2条) 1.张舒 遗传密码子的研究历史及进展概述期刊论文-科技创业月刊 2007(11) 2.肖慧宏 第22种天然氨基酸吡咯赖氨酸关键中间体的合成学位论文硕士 2007 本文链接： 授权使用：河南省中医学院(hnszyxy)，授权号：f9eef1c9-d5a4-4b48-a7be-9e3d00ae573b 下载时间：2010年11月29日