Question

2017年诺贝尔生理学或医学奖颁给在生物钟机制研究方面取得巨大成功的三位科学家。研究发现人体的生物钟机理如图所示，下丘脑SCN细胞中基因表达产物PER蛋白的浓度呈周期性变化，振荡周期为24 h。回答下列问题：

（1）图中过程a和b分别是____________，a过程的产物能通过核孔出细胞核，PER蛋白能通过核孔进入细胞核，而per基因却不能通过核孔，这说明核孔具有________________特性。

（2）图中过程b中核糖体在mRNA上的移动方向是________________；一条mRNA链上可同时结合多个核糖体的意义是________________________________；同一mRNA上各核糖体翻译出的多肽链________。

（3）若因外界环境的影响使得per基因中一个碱基对发生替换，而导致过程b合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸（密码子有AUU、AUC、AUA）变成苏氨酸（密码子有ACU、ACC、ACA、ACG），则该基因的这个碱基对替换情况是_______________________。

（4）per基因几乎存于人体所有组织细胞中，但不同细胞在进行a过程时启用的起始点不完全相同，其原因是___________________________________________。图中c过程体现了per基因表达调控的机制是________。

Answer

转录、翻译 选择透过性 从右向左 提高蛋白质的合成速率 相同 T∥A替换为C∥G（或A∥T替换为G//C） 不同组织细胞中基因进行选择性表达 （负）反馈调节

【解析】

分析图示：该图表示per基因的转录和表达过程，a为转录过程，b为翻译过程，形成的PER蛋白质还能进入细胞核对per基因的转录起调控作用。

（1）由图可知，per基因在细胞核通过a转录过程形成mRNA，在细胞质的核糖体上通过b翻译过程形成PER蛋白质，故a为转录，b为翻译过程。核孔可以实现核质之间频繁的物质交换和信息交流，PER蛋白能通过核孔进入细胞核，而per基因却不能通过核孔，说明核孔具有选择透过性。

（2）先结合的核糖体翻译的肽链长，故根据核糖体上翻译形成的肽链的长短可知，b过程中核糖体在mRNA上的移动方向是从右向左。一条mRNA链上可同时结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白质，故可提高蛋白质的合成速率；由于同一mRNA上各核糖体翻译所用的模板相同，故翻译出的多肽链相同。

（3）若由于基因中一个碱基对发生替换，而导致合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸（密码子有AUU、AUC、AUA）变成苏氨酸（密码子有ACU、ACC、ACA、ACG），即密码子上碱基U替换成碱基C，又由于基因的模板链与mRNA上的密码子碱基互补配对，则该基因的这个碱基对替换情况是T//A替换为C//G（A//T替换为G//C）。

（4）​不同组织细胞发生细胞的分化的根本原因是基因的选择性表达，因此同一DNA中不同基因表达情况有差异，故转录的起点不完全相同。由图可知，翻译形成的PER蛋白会进入细胞核对该基因的转录有调控作用，使细胞中的PER蛋白不会过多，故图中c过程体现了per基因表达调控的机制是反馈调节。