Question

某些無機鹽參與細胞復雜化合物的構成，如鐵是人體

 

蛋白的必要成分，該蛋白的功能是運輸

 

和CO2．但是Fe³⁺過多時也會毒害細胞，當Fe³⁺濃度高時，人體會合成鐵蛋白以儲存多余的Fe³⁺．下圖是人體鐵蛋白合成的調節(jié)過程：鐵蛋白合成的調節(jié)與游離的Fe³⁺、鐵調節(jié)蛋白、鐵應答元件等有關．鐵應答元件是位于鐵蛋白mRNA起始密碼上游的特異性堿基序列，它能被鐵調節(jié)蛋白特異性結合，使鐵蛋白mRNA不能與核糖體結合，從而阻遏鐵蛋白的合成．

（1）鐵應答元件的基本組成單位是

 

．圖中甘氨酸的密碼子是

 

，寫出與有關的鐵蛋白基因片段的堿基序列：

 

．
（2）Fe³⁺濃度低時，鐵調節(jié)蛋白與鐵應答元件結合，從而干擾了

 

的結合和移動，使翻譯不能進行；Fe³⁺濃度高時，鐵調節(jié)蛋白因結合Fe³⁺而與鐵應答元件分離，核糖體能與鐵蛋白mRNA一端結合，沿mRNA移動，遇到

 

后開始翻譯合成鐵蛋白．這種調節(jié)的意義是可以避免

 

對細胞的毒性．
（3）若鐵蛋白由n個氨基酸組成，直接指導其合成的鐵蛋白mRNA的堿基數(shù)遠大于3n，主要原因是

 

．在鐵蛋白合成過程中最多可產(chǎn)生

 

個水分子．
（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），可以通過改變鐵蛋白基因中的一個堿基對來實現(xiàn)，即由

 

．

Answer 1

考點：水和無機鹽的作用的綜合,遺傳信息的轉錄和翻譯

專題：

分析：分析圖文：鐵應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-對應的密碼子為…GGUGACUGG，…判斷模板鏈堿基序列為…CCACTGACC…．
當Fe³⁺濃度較低時，鐵調節(jié)蛋白與鐵應答原件結合，使蛋白質的翻譯缺少起始代碼，從而阻止核糖體在mRNA上移動，遏制鐵蛋白的合成，由于Fe³⁺具有很強的氧化性，因此這種機制技能減少其毒性，又能在其含量較低時減少鐵蛋白的合成從而減少細胞內物質和能源的消耗．
色氨酸密碼子為UUG，對應模式鏈堿基序列為ACC，當?shù)诙�個堿基C-A時，此序列對應的密碼子變?yōu)閁UG，恰為亮氨酸密碼子．

解答： 解：鐵組成血紅蛋白，功能是運輸氧氣和CO₂．
（1）據(jù)圖可知，鐵應答元件位于鐵蛋白mRNA，基本組成單位是核糖核苷酸．攜帶的tRNA是最左邊已經(jīng)離開核糖體的那個，上面的反密碼子是甘氨酸的反密碼子（tRNA上）是CCA，根據(jù)堿基互補配對原則，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)堿基互補配對原則，其模板鏈堿基序列為…CCACTGACC…，另外一條鏈…GGTGACTGG…．
（2）Fe³⁺濃度低時，鐵調節(jié)蛋白與鐵應答元件結合，核糖體不能與鐵蛋白mRNA一端結合，不能沿mRNA移動，從而抑制了翻譯的開始；Fe3+濃度高時，鐵調節(jié)蛋白由于結合Fe³⁺而喪失與鐵應答元件的結合能力，鐵蛋白mRNA能夠翻譯．這種調節(jié)機制既可以避免Fe3+對細胞的毒性影響（鐵蛋白是細胞內儲存多余Fe³⁺的蛋白），又可以減少細胞內物質和能量的浪費．
（3）指導鐵蛋白合成的mRNA的堿基序列上存在不能決定氨基酸的密碼子（鐵應答元件、終止密碼等），故合成的鐵蛋白mRNA的堿基數(shù)遠大于3n，在鐵蛋白合成過程中最多可產(chǎn)生水分子=氨基酸的個數(shù)-肽鏈=n-1個．
（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（鐵應答元件與終止密碼不翻譯）n-1個
（4）C-G→A-T（G-C→T-A）

點評：本題以鐵蛋白為載體，考查基因的表達的相關知識，考查學生從課外材料中獲取相關的生物學信息，并能運用這些信息，結合所學知識解決相關的生物學問題，提升了學生分析圖形、分析問題、解決問題和計算的能力．