Question

某些無(wú)機(jī)鹽參與細(xì)胞復(fù)雜化合物的構(gòu)成，如鐵是人體

 

蛋白的必要成分，該蛋白的功能是運(yùn)輸

 

和CO2．但是Fe³⁺過(guò)多時(shí)也會(huì)毒害細(xì)胞，當(dāng)Fe³⁺濃度高時(shí)，人體會(huì)合成鐵蛋白以?xún)?chǔ)存多余的Fe³⁺．下圖是人體鐵蛋白合成的調(diào)節(jié)過(guò)程：鐵蛋白合成的調(diào)節(jié)與游離的Fe³⁺、鐵調(diào)節(jié)蛋白、鐵應(yīng)答元件等有關(guān)．鐵應(yīng)答元件是位于鐵蛋白mRNA起始密碼上游的特異性堿基序列，它能被鐵調(diào)節(jié)蛋白特異性結(jié)合，使鐵蛋白mRNA不能與核糖體結(jié)合，從而阻遏鐵蛋白的合成．

（1）鐵應(yīng)答元件的基本組成單位是

 

．圖中甘氨酸的密碼子是

 

，寫(xiě)出與有關(guān)的鐵蛋白基因片段的堿基序列：

 

．
（2）Fe³⁺濃度低時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白與鐵應(yīng)答元件結(jié)合，從而干擾了

 

的結(jié)合和移動(dòng)，使翻譯不能進(jìn)行；Fe³⁺濃度高時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白因結(jié)合Fe³⁺而與鐵應(yīng)答元件分離，核糖體能與鐵蛋白mRNA一端結(jié)合，沿mRNA移動(dòng)，遇到

 

后開(kāi)始翻譯合成鐵蛋白．這種調(diào)節(jié)的意義是可以避免

 

對(duì)細(xì)胞的毒性．
（3）若鐵蛋白由n個(gè)氨基酸組成，直接指導(dǎo)其合成的鐵蛋白mRNA的堿基數(shù)遠(yuǎn)大于3n，主要原因是

 

．在鐵蛋白合成過(guò)程中最多可產(chǎn)生

 

個(gè)水分子．
（4）若要改造鐵蛋白分子，將圖中色氨酸變成亮氨酸（密碼子為UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG），可以通過(guò)改變鐵蛋白基因中的一個(gè)堿基對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即由

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：水和無(wú)機(jī)鹽的作用的綜合,遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯

專(zhuān)題：

分析：分析圖文：鐵應(yīng)答元件是位于鐵蛋白mRNA起始密碼上游的特異性序列，根據(jù)攜帶甘氨酸的tRNA的反密碼子CCA，可以判斷甘氨酸的密碼子為GGU，-甘一色-天-對(duì)應(yīng)的密碼子為…GGUGACUGG，…判斷模板鏈堿基序列為…CCACTGACC…．
當(dāng)Fe³⁺濃度較低時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白與鐵應(yīng)答原件結(jié)合，使蛋白質(zhì)的翻譯缺少起始代碼，從而阻止核糖體在mRNA上移動(dòng)，遏制鐵蛋白的合成，由于Fe³⁺具有很強(qiáng)的氧化性，因此這種機(jī)制技能減少其毒性，又能在其含量較低時(shí)減少鐵蛋白的合成從而減少細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能源的消耗．
色氨酸密碼子為UUG，對(duì)應(yīng)模式鏈堿基序列為ACC，當(dāng)?shù)诙�個(gè)堿基C-A時(shí)，此序列對(duì)應(yīng)的密碼子變?yōu)閁UG，恰為亮氨酸密碼子．

解答： 解：鐵組成血紅蛋白，功能是運(yùn)輸氧氣和CO₂．
（1）據(jù)圖可知，鐵應(yīng)答元件位于鐵蛋白mRNA，基本組成單位是核糖核苷酸．?dāng)y帶的tRNA是最左邊已經(jīng)離開(kāi)核糖體的那個(gè)，上面的反密碼子是甘氨酸的反密碼子（tRNA上）是CCA，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，甘氨酸的密碼子是GGU．據(jù)圖可知，鐵蛋白基因中決定“-甘-色-天-…”的mRNA鏈堿基序列為…GGUGACUGG…，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，其模板鏈堿基序列為…CCACTGACC…，另外一條鏈…GGTGACTGG…．
（2）Fe³⁺濃度低時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白與鐵應(yīng)答元件結(jié)合，核糖體不能與鐵蛋白mRNA一端結(jié)合，不能沿mRNA移動(dòng)，從而抑制了翻譯的開(kāi)始；Fe3+濃度高時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白由于結(jié)合Fe³⁺而喪失與鐵應(yīng)答元件的結(jié)合能力，鐵蛋白mRNA能夠翻譯．這種調(diào)節(jié)機(jī)制既可以避免Fe3+對(duì)細(xì)胞的毒性影響（鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存多余Fe³⁺的蛋白），又可以減少細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)．
（3）指導(dǎo)鐵蛋白合成的mRNA的堿基序列上存在不能決定氨基酸的密碼子（鐵應(yīng)答元件、終止密碼等），故合成的鐵蛋白mRNA的堿基數(shù)遠(yuǎn)大于3n，在鐵蛋白合成過(guò)程中最多可產(chǎn)生水分子=氨基酸的個(gè)數(shù)-肽鏈=n-1個(gè)．
（4）色氨酸的密碼子為UGG，亮氨酸的密碼子有UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，其中與色氨酸的密碼子相差最小的是UUG，即可由UGG變?yōu)閁UG，故DNA模板鏈上的堿基變化是由C→A．
故答案為：血紅蛋白   氧氣
（1）核糖核苷酸  GGU 

（2）核糖體與鐵蛋白mRNA起始密碼    Fe³⁺
（3）mRNA兩端存在不翻譯的堿基序列（鐵應(yīng)答元件與終止密碼不翻譯）n-1個(gè)
（4）C-G→A-T（G-C→T-A）

點(diǎn)評(píng)：本題以鐵蛋白為載體，考查基因的表達(dá)的相關(guān)知識(shí)，考查學(xué)生從課外材料中獲取相關(guān)的生物學(xué)信息，并能運(yùn)用這些信息，結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)的生物學(xué)問(wèn)題，提升了學(xué)生分析圖形、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和計(jì)算的能力．