高三生物備課素材：核酸方向圖形題的解答+

核酸方向圖形題的解答與舊版教材相比，2019版生物學(xué)新教材必修2《遺傳與進(jìn)化》P2第3章“遺傳的分子基礎(chǔ)”中對(duì)于DNA復(fù)制、基因表達(dá)的方向(即5'與3’)進(jìn)行了標(biāo)注。同時(shí)新高考對(duì)遺傳分子基礎(chǔ)中方向問(wèn)題的考查也提高了要求。1.DNA復(fù)制DNA復(fù)制是以DNA反向平行雙鏈為模板進(jìn)行的。1.1體內(nèi)DNA復(fù)制根據(jù)沃森(JDWatson1928-)和克里克(FHCCriek,1916-2004)構(gòu)建的DNA分子雙螺旋空間結(jié)構(gòu),DNA分子的雙鏈?zhǔn)欠聪虻?。DNA進(jìn)行復(fù)制,子代DNA的雙鏈也是反向的,子鏈延伸的方向是5'→3’,因此是沿著模板鏈3'→5'的方向進(jìn)行復(fù)制。由圖1-a可知DNA是多起點(diǎn)雙向復(fù)制的,且不同起點(diǎn)起始時(shí)間不同。放大圖1-a局部即為圖1-b,圖1-b是其中一個(gè)起點(diǎn)雙向復(fù)制示意圖，上方的母鏈從左往右的方向是3'一5’,與其對(duì)應(yīng)的子鏈從左往右的方向是5’一3’,因此子鏈延伸方向是從左往右;由圖1-b中可以觀察到,一條子鏈中存在領(lǐng)頭鏈(前導(dǎo)鏈)和隨后鏈(滯后鏈),但其復(fù)制方向均為從左往右方向。為什么會(huì)出現(xiàn)前導(dǎo)鏈和滯后鏈?放大圖1-b局部得到圖1-c.圖1-c是單個(gè)復(fù)制又的示意圖,由圖可知,若子鏈延伸方向與復(fù)制又前進(jìn)方向相同,則子鏈連續(xù)延伸,延伸速度快,即為前導(dǎo)鏈;若子鏈延伸方向與復(fù)制又前進(jìn)方向相反,則子鏈以片段延伸,延伸速度較慢,即為滯后鏈,這些片段稱(chēng)為岡崎片段。岡崎片段可由DNA連接酶催化連接成連續(xù)的DNA單鏈,完成DNA復(fù)制。DNA復(fù)制需要解旋酶和DNA聚合酶催化、DNA聚合酶需要有一段引物才能延伸核苷酸長(zhǎng)鏈,圖中引物酶催化形成一小段RNA引物,DNA聚合酶在該引物的3'端延伸出脫氧核苷酸鏈圖中DNA聚合酶Ⅲ在引物3'端延伸DNA單鏈DNA聚合酶I用于切除5'端的RNA引物并填補(bǔ)切除RNA引物后留下的空隙。例1:圖2為真核細(xì)胞DNA復(fù)制的電子顯微鏡照片,其中泡狀結(jié)構(gòu)為復(fù)制泡,是DNA上正在復(fù)制的部分。滾環(huán)復(fù)制是環(huán)狀DNA分子復(fù)制方式,首先1鏈被斷開(kāi)形成3’、5'端口,接著5'剪切端與2鏈發(fā)生分離,隨后DNA分子以2鏈為模板，通過(guò)滾動(dòng)從1鏈的3'端開(kāi)始延伸子鏈,同時(shí)還會(huì)以分離出來(lái)的5'端單鏈為模板合成另一條子鏈，其過(guò)程如圖3。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.每個(gè)復(fù)制泡中含有2條DNA母鏈和2條子鏈B.每個(gè)復(fù)制泡中一條子鏈?zhǔn)峭耆B續(xù)的,另一條子鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的C.滾環(huán)復(fù)制起始時(shí)需要特異的酶在起始點(diǎn)切開(kāi)一條鏈的磷酸二酯鍵D.滾環(huán)復(fù)制在3'-0H端開(kāi)始,以該鏈為引物向前延伸解析:每個(gè)復(fù)制泡是以一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)開(kāi)始雙向復(fù)制,包括2個(gè)復(fù)制叉,因此具有2條母鏈和2條子鏈,每個(gè)復(fù)制又內(nèi)部一條子鏈?zhǔn)沁B續(xù)的,另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的,一個(gè)復(fù)制泡包括2個(gè)復(fù)制叉，若一條子鏈在其中一個(gè)復(fù)制又是連續(xù)的,則在一個(gè)復(fù)制叉中由于與解旋酶反向,該鏈的延伸是不連續(xù)的,所以子鏈都是不連續(xù)的。滾環(huán)復(fù)制需要先切開(kāi)一個(gè)切口,然后在1鏈的3'-0H端以該鏈為引物、以2鏈為模板進(jìn)行復(fù)制。答案:B。DNA復(fù)制過(guò)程中DNA聚合酶需要在引物作用下才能延伸子鏈,這就會(huì)導(dǎo)致DNA復(fù)制結(jié)束時(shí)其5'端的RNA引物被切除后不能被補(bǔ)上,端粒(真核生物染色體兩端的結(jié)構(gòu))由此變短。大多數(shù)體細(xì)胞隨著分裂數(shù)的增加,其端粒結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸變短,從而控制細(xì)胞分裂次數(shù)。而如干細(xì)胞、惡性腫瘤細(xì)胞等具有強(qiáng)分裂能力的細(xì)胞,隨著分裂次數(shù)的增加,其端粒部分卻不會(huì)縮短,這是如何實(shí)現(xiàn)的?端粒中包含端粒酶,具有逆轉(zhuǎn)錄酶功能,并自帶RNA模板。端粒酶在活性狀態(tài)下,可以延長(zhǎng)端粒,避免隨著分裂次數(shù)增加端粒逐漸變短的情況。端粒酶的RNA模板與DNA鏈的3'端序列進(jìn)行部分堿基互補(bǔ)配對(duì)后,在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下,DNA鏈的3'端首先進(jìn)行延伸,延伸一定的長(zhǎng)度之后,端粒酶向前移動(dòng),繼續(xù)延伸,幾次循環(huán)反復(fù)之后DNA鏈3'端的序列增加了多個(gè)重復(fù)序列。則5'端的序列如何延伸?核酸子鏈延伸方向是5'→3’。因此仍需要在5'端形成一個(gè)新的RNA引物,然后以DNA的另一條鏈為模板填補(bǔ)5'端的空缺。新的RNA引物在被降解之后,也會(huì)留下一個(gè)空缺,但是端粒已經(jīng)被延長(zhǎng)了。例2:端粒是染色體兩端一段特殊序列的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體,端粒DNA序列隨細(xì)胞分裂次數(shù)增加而縮短,當(dāng)短到一定程度時(shí),端粒內(nèi)側(cè)的正?；驎?huì)受到損傷,導(dǎo)致細(xì)胞衰老。端粒以其攜帶的RNA為模板(含短重復(fù)序列5'UAACCC-3')使端粒DNA序列延伸,作用機(jī)制如圖4所示。下列敘述正確的是A.圖示端粒酶向右移動(dòng)完成C鏈的延伸B.端粒酶中RNA上相鄰的3個(gè)堿基組成一個(gè)密碼子C.端粒酶延伸端粒DNA的短重復(fù)序列為5'CGCTTA-3'D.端粒酶的檢測(cè)及激活可用于腫瘤的診斷和治療解析:通過(guò)圖示,由端粒酶中RNA的方向判斷與其配對(duì)的鏈為G鏈,完成G鏈的延伸。該RNA為逆轉(zhuǎn)錄的模板,不是mRNA,因此相鄰的3個(gè)堿基不能組成密碼子。RNA為模板含短重復(fù)序列5'-UAACCC-3’,因此延伸出來(lái)的DNA含3'-ATTGGG-5',即5'-GGCTTA-3'。端粒酶在正常細(xì)胞中沒(méi)有活性,而在腫瘤細(xì)胞中存在活性因此激活端粒酶不可用于腫瘤的診斷和治療。答案:C。1.2體外PCR技術(shù)PCR技術(shù)是在體外模擬體內(nèi)DNA復(fù)制的過(guò)程,TagDNA聚合酶催化延伸子鏈也需要一段引物,子鏈延伸方向也是5'--3’.因此引物結(jié)合在模板鏈的3'端。在生物體內(nèi),引物是在引物酶的催化下形成的RNA片段，需要DNA聚合酶I將RNA引物切除,并利用DNA聚合酶和DNA連接酶填補(bǔ)RNA引物的空缺片段。在PCR體系中,選擇以DNA小片段為引物，后期不需要將其切除再補(bǔ)。由于引物構(gòu)成子代DNA分子,因此需要加入大量引物;同時(shí)引物的設(shè)計(jì)也非常重要。DNA的2條鏈均為母鏈,都需要引物,因此引物是成對(duì)的;同時(shí)引物結(jié)合在母鏈的3'端,可以根據(jù)這2個(gè)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)引物。例3:提供DNA序列如下:5'-GACCTGTCGAAGCCATACGGGATTG-3';3'-CTGGACACCTTCGGTATGCCCTAAC-5'請(qǐng)選擇合適的擴(kuò)增引物A.引物1:5'-GCTTCCACAGGTC-3'引物2:5'-CATACGGGATTG-3'B.引物1:5'-GACCTGTCGAAGC-3’引物2:5'-GTTAGCGCATAC-3'C.引物1:5'-CTGGACACCTTCG-3’引物2:5'-GTATGCCCTAAG-3’D.引物1:5'-GACCTGTGGAAGC-3’引物2:5'-CAATCCCGTATG-3'解析:引物需結(jié)合在DNA雙鏈的3'端,并且與母鏈反向,因此選D。答案:D。2.轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是以DNA單鏈為模板形成RNA的過(guò)程RNA聚合酶與基因的啟動(dòng)子結(jié)合,開(kāi)啟轉(zhuǎn)錄過(guò)程RNA聚合酶移動(dòng)的方向是模板鏈的3'→5'RNA子鏈延伸方向?yàn)?'→3'。不難發(fā)現(xiàn),RNA子鏈和DNA子鏈的延伸,其方向都是沿子鏈的5'→3'進(jìn)行的。DNA復(fù)制過(guò)程具有多起點(diǎn)雙向復(fù)制的特點(diǎn),并且2條鏈都作為DNA復(fù)制的模板;而特定基因的轉(zhuǎn)錄具有特定的啟動(dòng)部位,只有一條鏈作為模板鏈,沿著特定方向(模板鏈的3'→5')進(jìn)行。DNA上排列著多個(gè)基因,不同的基因選取不同的鏈作為模板鏈。圖5中,基因A的轉(zhuǎn)錄方向是從左到右，RNA的延伸方向是5'→3’,而RNA與模板鏈之間是反向的,也就是模板鏈的左端是3’,因此可知模板鏈?zhǔn)荁鏈。而基因B轉(zhuǎn)錄方向相反,其模板鏈?zhǔn)莂鏈。由此可知,一個(gè)染色體上不同基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的模板鏈?zhǔn)遣煌?。?:為滿(mǎn)足蛋白質(zhì)代謝障礙患者對(duì)低谷蛋白稻米的特殊需求,科研人員培育出了低谷蛋白水稻突變體LGC-1。LGC-1的谷蛋白基因GuB5的終止子缺失，與核苷序列相似性達(dá)99.8%的谷蛋白基因CuB4尾尾相連(圖6),GB5基因轉(zhuǎn)錄時(shí)可通讀至CuB4基因,從而形成局部雙鏈的RNA,使水稻表現(xiàn)出低谷蛋白性狀。下列分析正確的是A.轉(zhuǎn)錄時(shí)，GuB4基因以B鏈為模板，GIuB5基因以α鏈為模板B.LGC-1表現(xiàn)出低谷蛋白性狀是由于基因表達(dá)的翻譯過(guò)程受阻所致C.低谷蛋白水稻突變體LGC-1培育過(guò)程中發(fā)生了染色體結(jié)構(gòu)變異D.正常的GB5基因和GluB4基因轉(zhuǎn)錄出的RNA堿基序列互補(bǔ)解析:轉(zhuǎn)錄時(shí)子鏈延伸方向是5'→3’,模板鏈與子鏈反向,ClB4基因以a鏈為模板,CluB5基因以B鏈為模板。由于CuB5基因轉(zhuǎn)錄時(shí)可通讀至GluB4基因形成局部雙鏈的RNA,阻礙翻譯過(guò)程。終止子缺失未涉及基因數(shù)目減少,不屬于染色體結(jié)構(gòu)變異。異常轉(zhuǎn)錄時(shí),以2個(gè)基因均以B鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄,堿基互補(bǔ)配對(duì)形成雙鏈,但是正常轉(zhuǎn)錄時(shí)GluB4基因以α鏈為模板,不會(huì)互補(bǔ)。答案:B。3.翻譯翻譯是沿著mRNA鏈的5'→3'方向進(jìn)行的IRNA與mRNA之間是相互配對(duì)的,因而二者是反向的。IRNA的3'端連著氨基酸,以此可以判斷翻譯的方問(wèn)。翻譯方問(wèn)的判斷有2種基礎(chǔ)題型，多聚核糖體和單個(gè)核糖體類(lèi)型。圖7中多個(gè)核糖體結(jié)合在同一條mRNA上:根據(jù)核糖體上形成的多肽鏈的長(zhǎng)短判斷最右側(cè)的核糖體進(jìn)行翻譯的時(shí)間最長(zhǎng),最左側(cè)的核糖體進(jìn)行翻譯的時(shí)間最短,最遲與mRNA結(jié)合,因此翻譯的方向是從左往右。若只出現(xiàn)一個(gè)核糖體,根據(jù)核糖體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也可以判斷翻譯的方向。方法1:核糖體內(nèi)部存在2個(gè)IRNA的結(jié)合位點(diǎn)一個(gè)INA連著多肽(假設(shè)在左側(cè)),一個(gè)NA連著-個(gè)氨基酸(假設(shè)在右側(cè)),該多肽連接到該氨基酸上完成脫水縮合,因此翻譯的方向是從左到右。方法2:根據(jù)IRNA的結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷,RNA與配對(duì)的mRNA是互補(bǔ)配對(duì)的,方向是相反的,因此可以判斷翻譯方向。方法3:若圖中標(biāo)注了mRNA的方向(如左端為5',右端為3'),則可以直接判斷其翻譯方向?yàn)?'→3'(即從左往右)。與真核生物不同,原核生物可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。對(duì)圖8中翻譯方向進(jìn)行判斷。首先根據(jù)圖中信息可知直接連接在DNA模板鏈上、由RNA聚合酶催化形成的4條鏈為mRNA鏈,從右至左依次變長(zhǎng),可以判斷轉(zhuǎn)錄方向?yàn)閺挠抑磷?。mRNA鏈上核糖體正在進(jìn)行翻譯,由于邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,因此還有部分mRNA鏈還未完成轉(zhuǎn)錄,翻譯方向?yàn)橥瓿赊D(zhuǎn)錄部分至未完成轉(zhuǎn)錄部分,即圖8中翻譯方向?yàn)橛上轮辽?。?:鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存多余Fe3+的蛋白,鐵應(yīng)答元件參與鐵蛋白的合成,Fe3+的濃度可影響鐵蛋白的合成。鐵蛋白合成調(diào)節(jié)過(guò)程如圖9所示。1)圖中核糖體移動(dòng)方向應(yīng)是()。B.←A.→2)圖中丙氨酸的密碼子是()。A.CGUB.GCAC.AUG3)圖中反密碼子為5'ACC3'的氨基酸是

4)鐵蛋白基因中決定“甘-天-色”的模板鏈堿基序列為()aA.5'-CCAGTCACG-3'B.5'-CCAGTCACC-3C.5'-GGAGACAGG-3'D5'-GGAGACAGG-3解析:圖中核糖體運(yùn)動(dòng)的方向即翻譯的方向可以通過(guò)3種方法判斷:1)通過(guò)多聚核糖體上肽鏈長(zhǎng)短判斷翻譯方向是從左到右。2)通過(guò)放大圖中IRNA的結(jié)構(gòu)圖,即連接氨基酸一端是3’,而mRNA與tRNA反向,判斷鐵蛋自mRNA的左端為5’,從而確定翻譯方向是從左往右。3)通過(guò)鐵蛋自mRNA上起始密碼子和終止密碼子的位置，判斷翻譯方向?yàn)閺淖笸摇１彼岬姆疵艽a子為3'CGU5',則密碼子為5'GCA3'。反密碼子為5'ACC3'的氨基酸其密碼子為5'CGU3’,因此該氨基酸為甘氨酸。鐵蛋白基因中決定“甘-天一色”的密碼子序列為5'GGUGACUGG3',模板鏈為3'CCACTGACC5'.即為5'CCAGTCACC3'答案:1)A;2)B;3)甘氨酸;4)B。核酸的方向問(wèn)題,看似復(fù)雜繁瑣,但抓住關(guān)鍵,問(wèn)題就迎刃而解。1)在核酸分子的2條鏈配對(duì)中,無(wú)論是2條DNA鏈(DNA分子或DNA復(fù)制過(guò)程中),還是DNA與