Question

某些无机盐参与细胞复杂化合物的构成，如铁是人体

 

蛋白的必要成分，该蛋白的功能是运输

 

和CO2．但是Fe³⁺过多时也会毒害细胞，当Fe³⁺浓度高时，人体会合成铁蛋白以储存多余的Fe³⁺．下图是人体铁蛋白合成的调节过程：铁蛋白合成的调节与游离的Fe³⁺、铁调节蛋白、铁应答元件等有关．铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性碱基序列，它能被铁调节蛋白特异性结合，使铁蛋白mRNA不能与核糖体结合，从而阻遏铁蛋白的合成．

（1）铁应答元件的基本组成单位是

 

．图中甘氨酸的密码子是

 

，写出与有关的铁蛋白基因片段的碱基序列：

 

．
（2）Fe³⁺浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，从而干扰了

 

的结合和移动，使翻译不能进行；Fe³⁺浓度高时，铁调节蛋白因结合Fe³⁺而与铁应答元件分离，核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合，沿mRNA移动，遇到

 

后开始翻译合成铁蛋白．这种调节的意义是可以避免

 

对细胞的毒性．
（3）若铁蛋白由n个氨基酸组成，直接指导其合成的铁蛋白mRNA的碱基数远大于3n，主要原因是

 

．在铁蛋白合成过程中最多可产生

 

个水分子．
（4）若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸（密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG），可以通过改变铁蛋白基因中的一个碱基对来实现，即由

 

．

Answer 1

考点：水和无机盐的作用的综合,遗传信息的转录和翻译

专题：

分析：分析图文：铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列，根据携带甘氨酸的tRNA的反密码子CCA，可以判断甘氨酸的密码子为GGU，-甘一色-天-对应的密码子为…GGUGACUGG，…判断模板链碱基序列为…CCACTGACC…．
当Fe³⁺浓度较低时，铁调节蛋白与铁应答原件结合，使蛋白质的翻译缺少起始代码，从而阻止核糖体在mRNA上移动，遏制铁蛋白的合成，由于Fe³⁺具有很强的氧化性，因此这种机制技能减少其毒性，又能在其含量较低时减少铁蛋白的合成从而减少细胞内物质和能源的消耗．
色氨酸密码子为UUG，对应模式链碱基序列为ACC，当第二个碱基C-A时，此序列对应的密码子变为UUG，恰为亮氨酸密码子．

解答： 解：铁组成血红蛋白，功能是运输氧气和CO₂．
（1）据图可知，铁应答元件位于铁蛋白mRNA，基本组成单位是核糖核苷酸．携带的tRNA是最左边已经离开核糖体的那个，上面的反密码子是甘氨酸的反密码子（tRNA上）是CCA，根据碱基互补配对原则，甘氨酸的密码子是GGU．据图可知，铁蛋白基因中决定“-甘-色-天-…”的mRNA链碱基序列为…GGUGACUGG…，根据碱基互补配对原则，其模板链碱基序列为…CCACTGACC…，另外一条链…GGTGACTGG…．
（2）Fe³⁺浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，核糖体不能与铁蛋白mRNA一端结合，不能沿mRNA移动，从而抑制了翻译的开始；Fe3+浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe³⁺而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译．这种调节机制既可以避免Fe3+对细胞的毒性影响（铁蛋白是细胞内储存多余Fe³⁺的蛋白），又可以减少细胞内物质和能量的浪费．
（3）指导铁蛋白合成的mRNA的碱基序列上存在不能决定氨基酸的密码子（铁应答元件、终止密码等），故合成的铁蛋白mRNA的碱基数远大于3n，在铁蛋白合成过程中最多可产生水分子=氨基酸的个数-肽链=n-1个．
（4）色氨酸的密码子为UGG，亮氨酸的密码子有UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，其中与色氨酸的密码子相差最小的是UUG，即可由UGG变为UUG，故DNA模板链上的碱基变化是由C→A．
故答案为：血红蛋白   氧气
（1）核糖核苷酸  GGU 

（2）核糖体与铁蛋白mRNA起始密码    Fe³⁺
（3）mRNA两端存在不翻译的碱基序列（铁应答元件与终止密码不翻译）n-1个
（4）C-G→A-T（G-C→T-A）

点评：本题以铁蛋白为载体，考查基因的表达的相关知识，考查学生从课外材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题，提升了学生分析图形、分析问题、解决问题和计算的能力．