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      向左走還是向右走
      ——例析轉錄和翻譯方向的判斷

      2022-11-11 07:42:30盛文龍
      中學生物學 2022年9期
      關鍵詞:核糖體密碼子核苷酸

      鄭 重 盛文龍

      (浙江省余姚中學 浙江寧波 315400)

      基因表達包括轉錄和翻譯兩個階段。試題中對轉錄和翻譯過程的考查通常會以模式圖為載體進行。轉錄過程中RNA聚合酶的移動方向如何判斷?翻譯過程中核糖體的移動方向如何判斷?下面以相關試題為例進行分析,旨在為高中學生深刻理解轉錄和翻譯的方向性提供幫助。

      1 轉錄方向的判斷

      1.1 產生單一轉錄產物時的方向判斷

      【例1】圖1是真核生物細胞核內轉錄過程的示意圖,下列敘述正確的是 ( )

      A.圖中a是編碼鏈,b是游離的核苷酸

      B.圖中RNA聚合酶的移動方向是從右向左

      C.轉錄過程不是沿著整條DNA長鏈進行的

      D.核苷酸通過氫鍵聚合成RNA長鏈

      解析:圖中a為模板鏈,b為游離的核糖核苷酸,以a鏈為模板,游離的核糖核苷酸為原料合成RNA,且左邊合成的RNA鏈已經與DNA分開,右邊游離的核糖核苷酸正在一個個連接到RNA鏈的3′端上,故RNA聚合酶從左向右移動合成RNA。轉錄過程不是沿著整條DNA長鏈進行的,而是以DNA一條鏈的某個片段作為模板。核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接。

      參考答案:C。

      1.2 產生多個轉錄產物時的方向判斷

      【例2】圖2是電鏡下原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象,下列敘述正確的是 ( )

      A.圖中有多個RNA聚合酶,并且它們的移動方向為由右向左

      B.轉錄而來的RNA需脫離DNA后,才能進行蛋白質合成

      C.當RNA聚合酶識別到模板鏈上的終止密碼子時,RNA合成結束

      D.圖示結構有利于一個基因在短時間內控制合成大量蛋白質

      解析:圖中一個DNA分子上結合了多個RNA聚合酶,同時合成多條RNA鏈,且右邊RNA鏈的長度大于左邊,故右邊的RNA聚合酶結合在DNA上的時間更早、進行轉錄的時間更長,RNA聚合酶的移動方向為從左向右。原核生物的轉錄和翻譯可以同時進行,正在合成的RNA鏈即可用于翻譯。終止密碼子位于mRNA上,是翻譯終止的信號。

      參考答案:D。

      2 翻譯方向的判斷

      2.1 單一核糖體的翻譯方向判斷

      【例3】(2021年1月浙江省生物選考·22):圖3是真核細胞遺傳信息表達中某過程的示意圖,某些氨基酸的部分密碼子(5′→3′)是:絲氨酸UCU;亮氨酸UUA、CUA;異亮氨酸AUC、AUU;精氨酸AGA。下列敘述正確的是 ( )

      A.圖中①為亮氨酸

      B.圖中結構②從右向左移動

      C.該過程中沒有氫鍵的形成和斷裂

      D.該過程可發(fā)生在線粒體基質和細胞核基質中

      解析:翻譯過程中,核糖體沿著mRNA鏈的5′端向3′端移動,故可直接根據mRNA的方向判斷圖中核糖體從右向左移動;此外,圖中左側tRNA攜帶有氨基酸、右側tRNA不攜帶氨基酸,據此可判斷左側的tRNA即將進入核糖體、右側的tRNA即將離開,也可知核糖體從右向左移動。圖中①處氨基酸對應的密碼子(5′→3′)為AUU,①為異亮氨酸。翻譯過程中涉及到mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子間的堿基互補配對,該過程會發(fā)生氫鍵的形成和斷裂。細胞核基質中不含核糖體,不能發(fā)生翻譯。

      參考答案:B。

      2.2 多聚核糖體的翻譯方向判斷

      【例4】圖4為真核細胞中多聚核糖體合成蛋白質的示意圖,下列說法正確的是 ( )

      A.該過程表明核糖體能沿①從左向右移動

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      B.該過程的模板是脫氧核糖核酸,原料是氨基酸

      C.該過程表明細胞可以迅速合成出大量的蛋白質

      D.合成①的場所主要在細胞核,而⑥一定附著在內質網上

      解析:圖中4個核糖體結合在同一條mRNA上,形成多聚核糖體結構,大大提高了合成蛋白質的效率。核糖體上正在合成的多肽鏈長度由右向左依次變長,可見核糖體⑥結合在mRNA上的時間最早,參與肽鏈合成的時間最長,故圖中核糖體由右向左在mRNA上由5′端向3′端移動。翻譯的模板是mRNA,參與翻譯的核糖體可以游離在細胞質基質中,可以附著在內質網上。

      參考答案:C。

      3 綜合判斷

      【例5】圖5是藍藻中某個基因的表達過程,圖中字母A-E表示相關物質或結構,①-④分別代表相應箭頭,下列說法正確的是 ( )

      A.圖中結構D是核糖體,在圖中參與完成翻譯的過程,產物是B

      B.圖中轉錄進行的方向是③,翻譯時核糖體移動的方向是①

      D.圖中E為一個轉錄單位,可以包含一個或幾個基因

      解析:圖5表示藍藻中某個基因的表達過程,故E只包含一個基因,圖中4條mRNA均由E基因轉錄而來,其堿基序列相同。由mRNA長度從左向右逐漸加長,可知RNA聚合酶在DNA上的移動方向是①。當轉錄正在進行時,mRNA上結合了若干個核糖體進行翻譯,由圖中多肽鏈的長度從上到下逐漸加長可知核糖體沿著④方向移動合成多肽鏈。此外,轉錄時RNA鏈由5′端逐漸向3′端延伸,故圖中mRNA的上端是5′端,下端是3′端,而核糖體沿著mRNA的5′端向3′端移動,據此也可判斷核糖體的移動方向是④。

      參考答案:A。

      【例6】圖6表示某原核生物DNA片段上的1個啟動部位和3個基因的排列順序及基因的表達過程,其中①②代表能與啟動部位(P)結合的酶,正發(fā)生左→右移動。下列敘述錯誤的是 ( )

      A.圖中①②均為RNA聚合酶,能催化DNA雙螺旋解開

      B.圖中①②與啟動部位結合,均可啟動3個基因的轉錄

      C.圖中有3個核糖體同時在翻譯,其移動方向是左→右

      D.圖中3條多肽合成結束后,它們的氨基酸序列相同

      解析:圖中的啟動部位、基因1、基因2和基因3共同構成了一個轉錄單元。RNA聚合酶①②識別并結合到啟動部位P上后,沿著DNA從左向右移動,依次對基因1、基因2和基因3進行轉錄,故圖中的mRNA包含了全部3個基因的遺傳信息,在mRNA上有3個起始密碼子。隨著RNA聚合酶在DNA上移動,RNA逐漸由5′端向3′端延伸,故圖中mRNA的左邊為5′端,右邊為3′端。3個核糖體結合到mRNA不同的起始密碼子上,沿著mRNA的5′端到3′端方向向右移動合成多肽,3條多肽依次是基因1、基因2和基因3的表達產物,其氨基酸序列各不相同。由于左側核糖體結合到mRNA上的時刻最早,故左邊的多肽長度最長。學生解答例6時出現(xiàn)常見錯誤在于忽視了核糖體在mRNA上的移動方向是5′端到3′端,而簡單根據核糖體上多肽鏈長度判斷核糖體由右向左移動。

      參考答案:D。

      4 歸納總結

      4.1 注意區(qū)分真核細胞與原核細胞

      原核細胞無核膜,擬核區(qū)的DNA可與周圍的核糖體直接接觸,在轉錄未完成之前翻譯便開始進行。真核細胞通過核膜將核DNA與細胞質隔開,轉錄與翻譯不能同時進行,核基因轉錄形成的mRNA在細胞核中加工成熟后,進入細胞質作為翻譯的模板。

      原核細胞一個轉錄單元(從啟動子開始至終止子結束的DNA序列)中往往集中了一個或幾個功能相關的基因。這些基因可同時被轉錄,從而形成多順反子mRNA(一個mRNA分子編碼多種多肽鏈);真核細胞核基因一個轉錄單元中只有一個基因,轉錄后形成單順反子mRNA(一個mRNA分子編碼一種多肽鏈)。

      4.2 注意判斷核酸的方向

      相關聯(lián)的兩條核酸鏈,如DNA的兩條鏈、轉錄過程中的模板鏈與RNA鏈、翻譯過程中的mRNA鏈與tRNA鏈等,必定是反向的;在轉錄過程中,RNA聚合酶沿著模板鏈的3′端向5′端移動,逐步打開DNA的雙螺旋結構,游離的核糖核苷酸逐個加到RNA鏈的3′末端,使得RNA由5′端向3′端逐漸延長;在翻譯過程中,核糖體結合到mRNA的5′端,向3′端移動,合成多肽鏈。

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