如何理解《Crick 4*4 *4 遺傳密碼錶》中的「鹼基互補配對」 ？

知乎同類問題： 翻譯時如何確保選擇正確 tRNA？

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該問討論點如下： （1）不經過「鹼基互補配對」，天然蛋白質在細胞內是否可以生成； （2）「鹼基互補配對」化學理論中的「密碼子第3鹼基（擺動）互補配對」假說或者「副密碼子第3鹼基（擺動）互補配對」假說——在《Crick 4*4 *4 遺傳密碼錶》眾多生化理論或假說體系中，具有「核心連接作用」或「唯一橋樑」作用，是強調《Crick 4*4 *4 遺傳密碼錶》的「生物化學意義、非密碼通信意義」的最重要理論，涉及到對「（雙螺旋固有信息）三聯性」、「（雙螺旋固有信息三聯性的）簡併性」、「氨基酸（針對雙螺旋3個鹼基順序的）專一性」、「序列假說」、「中心法則」、「無逗號理論」、「不重疊閱讀」、「密碼子個數64的演算法」、「氨基酸種類數20」等一級基礎理論，「鹼基互補配對兒」化學理論對於其它關聯假說或理論如何解釋？ 覺得，至少不能以「目前還沒有人知道具體的原理」為解答；（3）「3個鹼基」是科學重大發現還是化學技術製造？該問涉及到1961年4月22日（無細胞蛋白質合成實驗）之前，「3個鹼基」說法的原始對象是雙螺旋、還是非雙螺旋？作為具有明確的不同分子結構、不同固定原子成分、不同物理性質的3個化學分子，「雙螺旋的3個鹼基」、「信使RNA的3個鹼基」、「轉運RNA的3個鹼基」、「核糖體的（1個氨基酸隱含）3個鹼基」----- 四者完全等同地「替代（翻譯）」1個氨基酸分子，在結構化學上是不可思議、完全不可思議的。

Thank you to anyone who really cares about this issue.

謝邀。沒什麼經不住推敲的，多的是我們不知道的事。

蘊含在DNA雙鏈中的遺傳信息，通常是指DNA雙鏈中四種脫氧核苷酸的排列。表觀遺傳也會研究核苷酸的甲基化修飾和組蛋白的甲基化、乙醯化、泛素化等對基因表達的影響，甚至還有RNA表觀遺傳學，研究RNA的可逆化修飾對基因表達的調控。此處我們把表觀遺傳放一邊，先把經典的中心法則中最基本的一條線拎出來說一說。就是DNA轉錄到RNA，RNA翻譯成蛋白質。

鹼基互補配對原則貫穿DNA的複製，DNA轉錄出mRNA和包括rRNA / tRNA / snRNA / snoRNA / piRNA / circleRNA / miRNA / siRNA / lncRNA等 在內的各種非編碼RNA，核糖體上mRNA與tRNA在rRNA的幫助下配對進行翻譯。所以，細胞內不經過鹼基互補配對，就無法完成上述環節中的任何一步，更不可能合成蛋白質。

DNA複製和轉錄都是發生在核酸上的，不管是雙鏈還是單鏈，其化學結構相似，序列互補配對，這個大家也都沒什麼疑問，我們不作過多討論。本問題主要集中在mRNA上的信息如何準確的變成蛋白質中的氨基酸序列，我們詳細說一下mRNA翻譯過程和遺傳信息傳遞的保真性。先簡要回顧翻譯中各個步驟，再逐個解答其中疑點。

mRNA經過轉錄，5加帽，3加polyA，內含子剪接等加工，成為成熟mRNA，通過核孔複合體被運出細胞核，進行翻譯。

進入細胞質的mRNA會在核糖體上翻譯成蛋白質。核糖體是由50種以上的蛋白包裹rRNA形成的複合體，由大小兩個亞基組成：小亞基提供mRN與tRNA配對的框架，大亞基催化氨基酸間肽鍵的形成。

大小亞基的結合通常發生在mRNA的5端，標誌著翻譯事件的起始。核糖體在mRNA上游5端的結合常有識別位點，是一段短的位於起始密碼上游3-9鹼基位置的序列，成為RBS (Ribosome Binding Site) 或 SD序列 (Shine-Dalgarno sequence)。RBS是通過序列比較發現的，RBS可以和核糖體小亞基里的16SrRNA的3端互補配對，對翻譯有較大影響。

當mRNA結合了核糖體以後，mRNA會被以一次三個鹼基，逐漸拉入核糖體，其上的密碼子進入核糖體核心，進行翻譯。翻譯過程中氨基酸分子與DNA鹼基是對應的，這個對應不是氨基酸直接識別DNA鹼基序列，而是由一系列統稱為tRNA的中介分子來完成。tRNA分子的3端氨基酸接受臂攜帶相應的氨基酸，同時通過其反密碼子環與mRNA配對，將mRNA對應的氨基酸加到肽鏈。

一個核糖體有4個RNA結合位點，一個是mRNA的結合位點，剩下三個是tRNA的結合位點（A site，P site，E site） 。

A位置和P位置tRNA的鹼基互補配對保障了正確的tRNA與其攜帶的氨基酸進入核糖體。由於AP兩個位點很近，正確結合的tRNA足夠靠近利於肽鍵形成，肽鍵的形成也受到大亞基里的肽基轉移酶的催化。肽基轉移後大亞基移動（3個核苷酸距離），失去氨基酸的tRNA進入E位置隨後離開，而後小亞基移動，新的攜帶氨基酸的tRNA進入A位置，就這樣翻譯得以持續進行，肽鏈得以延伸。直至遇見終止密碼，大小亞基解離離開mRNA，標誌著翻譯事件的結束。

以上我們粗略的回顧了mRNA的翻譯過程，下面我們會討論一些翻譯過程中蛋白質質量調控的具體問題。

（1）不經過「鹼基互補配對」，天然蛋白質在細胞內是否可以生成？

鹼基互補配對原則貫穿DNA的複製、轉錄、翻譯。地球上現有的生物體，離開鹼基互補配對不可能合成新的蛋白質，存活下去繁衍後代就更不可能。

（2）信使RNA的3個鹼基對應1個氨基酸分子，沒有什麼不可思議。

因為這個過程藉助tRNA和氨醯tRNA合成酶作為中介，而不是氨基酸直接識別核苷酸序列。氨基酸不能直接識別對應核苷酸，由tRNA作為中介根據密碼子帶著氨基酸過來合成肽鏈；氨基酸也不能識別tRNA，不知道加到誰上邊，由氨醯tRNA合成酶作為中介指導氨基酸與tRNA的結合。tRNA氨基酸接受臂帶了對應的氨基酸，反密碼子環識別密碼子，就可以將mRNA上的核苷酸序列對應成蛋白質中的氨基酸序列。

（3）鹼基互補配對怎麼就能保證加上的tRNA是正確的？會不會錯誤地把不配對的tRNA加上去？

前邊說過核糖體上的A位點和P位點是接受tRNA和肽鍵形成的位點。只有當tRNA與mRNA嚴格配對時，才能保證tRNA緊密結合在該位點，否則密碼子與反密碼子不配對，就會形成結構上的扭曲，使tRNA不易進入核糖體或容易脫離。小亞基提供mRNA與tRNA配對的框架，小亞基里的16SrRNA也會監測密碼子-反密碼子的配對，增加蛋白質合成的準確性。

（4）氨基酸怎麼加到tRNA上去？

氨基酸加到tRNA3端氨基酸接受臂是由一些列被稱為氨醯tRNA合成酶的東西完成的。氨醯tRNA合成酶利用ATP活化氨基酸。ATP水解高能磷酸鍵，AMP連接氨基酸形成腺苷酸化的氨基酸，在不離開合成酶的情況下，將AMP上連接的氨基酸的羧基轉移到tRNA分子3末端的糖羥基上。通過活化酯鍵連接氨基酸到tRNA並形成最終的氨醯-tRNA分子。

（5）鹼基互補配對可以保證tRNA與mRNA嚴格對應，保證tRNA是對的就行了嗎，怎麼才能保證對的tRNA也攜帶了對的氨基酸？

tRNA通過反密碼子與mRNA上的密碼子通過鹼基互補進行配對，但是tRNA本身不能識別氨基酸。氨醯tRNA合成酶負責往tRNA上加氨基酸。每一種氨基酸都有特定的酶將其結合到合適的tRNA上。tRNA與氨基酸的正確對應需要靠氨醯tRNA合成酶來識別和催化。

氨醯tRNA合成酶依據其結構和化學互補性識別正確的tRNA，tRNA允許合成酶探測tRNA的各種特徵。大多數tRNA合成酶直接識別匹配的tRNA反密碼子，這些合成酶含有三個相鄰的核苷酸結合口袋，每個口袋在形狀和電荷上與反密碼子中的核苷酸進行互補。 也有一些合成酶識別的是氨基酸接受臂上的核苷酸信息。大多數情況下合成酶識別tRNA上多個區域。

體外實驗中，如果人為的將tRNA連上不是它對應的氨基酸，那麼這樣的非對應氨基酸會被加入到肽鏈。所以保證氨醯tRNA合成酶往tRNA上加氨基酸這一過程的準確性，是鹼基互補配對以外的保證mRNA正確翻譯所必需的，兩個過程缺一不可。

你這個是用google把英文翻譯成中文的么，讀著非常不通順啊。。。

最開始研究密碼子的時候確實是在體外的試管裡面，利用包含核糖體在內細胞提取液發現這個規則，但是後來在體內進一步驗證的時候，實驗結果跟這套理論吻合得很好，說明這套法則完全沒問題～如果這個法則有問題，那麼基因工程尤其是重組胰島素生產之類的基本就是瞎扯淡，更別提從無到有的合成生物學。。。不過這個密碼子表上面還是有些變數，比如部分古菌裡面吡咯賴氨酸用UAG，硒半胱氨酸用UGA等。

而且如果你把蛋白質的範圍放寬點的話，比如十幾個氨基酸的也算，那麼有一部分蛋白是可以通過非核糖體肽途徑合成的，這類主要以細菌次級代謝產物為主～