Question

【題目】2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給在生物鐘機(jī)制研究方面取得巨大成功的三位科學(xué)家。研究發(fā)現(xiàn)人體的生物鐘機(jī)理如圖所示，下丘腦SCN細(xì)胞中基因表達(dá)產(chǎn)物PER蛋白的濃度呈周期性變化，振蕩周期為24 h。回答下列問題：

（1）圖中過程a和b分別是____________，a過程的產(chǎn)物能通過核孔出細(xì)胞核，PER蛋白能通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核，而per基因卻不能通過核孔，這說明核孔具有________________特性。

（2）圖中過程b中核糖體在mRNA上的移動(dòng)方向是________________；一條mRNA鏈上可同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體的意義是________________________________；同一mRNA上各核糖體翻譯出的多肽鏈________。

（3）若因外界環(huán)境的影響使得per基因中一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生替換，而導(dǎo)致過程b合成的肽鏈中第8位氨基酸由異亮氨酸（密碼子有AUU、AUC、AUA）變成蘇氨酸（密碼子有ACU、ACC、ACA、ACG），則該基因的這個(gè)堿基對(duì)替換情況是_______________________。

（4）per基因幾乎存于人體所有組織細(xì)胞中，但不同細(xì)胞在進(jìn)行a過程時(shí)啟用的起始點(diǎn)不完全相同，其原因是___________________________________________。圖中c過程體現(xiàn)了per基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制是________。

Answer 1

【答案】轉(zhuǎn)錄、翻譯 選擇透過性 從右向左 提高蛋白質(zhì)的合成速率 相同 T∥A替換為C∥G（或A∥T替換為G//C） 不同組織細(xì)胞中基因進(jìn)行選擇性表達(dá) （負(fù)）反饋調(diào)節(jié)

【解析】

分析圖示：該圖表示per基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)過程，a為轉(zhuǎn)錄過程，b為翻譯過程，形成的PER蛋白質(zhì)還能進(jìn)入細(xì)胞核對(duì)per基因的轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用。

（1）由圖可知，per基因在細(xì)胞核通過a轉(zhuǎn)錄過程形成mRNA，在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上通過b翻譯過程形成PER蛋白質(zhì)，故a為轉(zhuǎn)錄，b為翻譯過程。核孔可以實(shí)現(xiàn)核質(zhì)之間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流，PER蛋白能通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核，而per基因卻不能通過核孔，說明核孔具有選擇透過性。

（2）先結(jié)合的核糖體翻譯的肽鏈長(zhǎng)，故根據(jù)核糖體上翻譯形成的肽鏈的長(zhǎng)短可知，b過程中核糖體在mRNA上的移動(dòng)方向是從右向左。一條mRNA鏈上可同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)，故可提高蛋白質(zhì)的合成速率；由于同一mRNA上各核糖體翻譯所用的模板相同，故翻譯出的多肽鏈相同。

（3）若由于基因中一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生替換，而導(dǎo)致合成的肽鏈中第8位氨基酸由異亮氨酸（密碼子有AUU、AUC、AUA）變成蘇氨酸（密碼子有ACU、ACC、ACA、ACG），即密碼子上堿基U替換成堿基C，又由于基因的模板鏈與mRNA上的密碼子堿基互補(bǔ)配對(duì)，則該基因的這個(gè)堿基對(duì)替換情況是T//A替換為C//G（A//T替換為G//C）。

（4）不同組織細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞的分化的根本原因是基因的選擇性表達(dá)，因此同一DNA中不同基因表達(dá)情況有差異，故轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)不完全相同。由圖可知，翻譯形成的PER蛋白會(huì)進(jìn)入細(xì)胞核對(duì)該基因的轉(zhuǎn)錄有調(diào)控作用，使細(xì)胞中的PER蛋白不會(huì)過多，故圖中c過程體現(xiàn)了per基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制是反饋調(diào)節(jié)。