能“言”善“辨”，走出學(xué)習(xí)誤區(qū)
——以“中心法則”的相關(guān)復(fù)習(xí)為例

河北

近年來，高考題對學(xué)生語言表述能力的考查比重有加大的趨勢。面對高考，在一輪復(fù)習(xí)中學(xué)生要學(xué)會“辨”，這個“辨”是指能把易混的、相似的概念及生理過程區(qū)分開；還要學(xué)會“言”，所謂“言”是指能用恰當?shù)?、準確的生物學(xué)專業(yè)術(shù)語把這些概念及生理過程描述清楚。

中心法則包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、RNA復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄等過程，這5個過程都遵循堿基互補配對原則，但堿基互補配對原則又有一些差別，例如A—T互補與A—U互補的差別。下面筆者從幾個方面來幫助學(xué)生分辨這些知識，并能用生物學(xué)專業(yè)術(shù)語準確地表述出來。

1. 對中心法則的解讀

1.1 不同生物類型遵循的“中心法則”具有差異，堿基互補配對原則也存在細微差異，需要根據(jù)題目的具體情境進行取舍

具有細胞結(jié)構(gòu)的生物和以DNA為遺傳物質(zhì)的病毒，應(yīng)適用圖1所示的中心法則，堿基互補配對方式有：A—T、T—A、C—G、G—C、A—U、U—A。以RNA為遺傳物質(zhì)的非逆轉(zhuǎn)錄病毒，應(yīng)適用圖2所示的中心法則，堿基互補配對方式有：A—U、C—G、G—C、U—A，如煙草花葉病毒。以RNA為遺傳物質(zhì)的逆轉(zhuǎn)錄病毒，應(yīng)適用圖3所示的中心法則，堿基互補配對方式有：U—A、C—G、G—C、A—T、T—A、A—U，如HIV。

圖1

圖2

圖3

1.2 避免以偏概全，不能以真核生物細胞核內(nèi)遺傳信息傳遞、表達實例代替全部情況，而需從不同生物遺傳物質(zhì)的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯角度逐一分析

第一，認清DNA分子復(fù)制的時間和場所。DNA分子復(fù)制發(fā)生的時間是細胞分裂間期和DNA病毒繁殖時，其中的細胞分裂并非僅指減數(shù)分裂和有絲分裂，無絲分裂、原核細胞的二分裂也在分裂前進行DNA分子復(fù)制。DNA分子復(fù)制的場所并非只發(fā)生在細胞核中，在葉綠體、線粒體、擬核和質(zhì)粒等處也可發(fā)生。

第二，認清不同生物體內(nèi)轉(zhuǎn)錄和翻譯的差異。原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯與真核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯存在著差異，其中原核生物由于沒有核膜包被的細胞核，可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；真核生物核內(nèi)基因的表達先在細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄得到mRNA分子，mRNA攜帶遺傳信息通過核孔進入細胞質(zhì)，然后才能與核糖體結(jié)合進行翻譯。真核生物細胞內(nèi)DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的場所，不僅有細胞核，還有線粒體和葉綠體，線粒體和葉綠體屬于半自主性細胞器，含有DNA分子，能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。原核生物具有擬核，沒有核膜，其擬核DNA分子上基因的轉(zhuǎn)錄在細胞質(zhì)中進行。所有病毒的遺傳物質(zhì)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯都發(fā)生在宿主細胞內(nèi)，而不是在病毒體內(nèi)。

就生物個體而言，轉(zhuǎn)錄可發(fā)生在個體生長發(fā)育的任何時期。但從細胞周期角度分析，轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細胞分裂間期，細胞分裂期染色質(zhì)高度螺旋化形成染色體，因此基因不能轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物有tRNA、rRNA、mRNA，但只有mRNA攜帶遺傳信息。三種RNA分子都參與翻譯過程，但作用不同，tRNA上有很多堿基（核苷酸），并非只有3個堿基（核苷酸），只是其底環(huán)中有3個堿基（核苷酸）構(gòu)成反密碼子。

【例1】（2018年4月，浙江選考卷，第25題）miRNA是一種小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白質(zhì)（W蛋白）的合成。某真核細胞內(nèi)形成該miRNA及其發(fā)揮作用的過程示意圖如圖4，下列敘述正確的是（ ）

A. miRNA基因轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶與該基因的起始密碼相結(jié)合

圖4

B. W基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA在細胞核內(nèi)加工后，進入細胞質(zhì)用于翻譯

C. miRNA與W基因mRNA結(jié)合遵循堿基互補配對原則，即A與T、C與G配對

D. miRNA抑制W蛋白的合成是通過雙鏈結(jié)構(gòu)的miRNA直接與W基因mRNA結(jié)合所致

【解析】miRNA基因轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶與該基因前段的啟動子相結(jié)合，A項錯誤；真核細胞內(nèi)W基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA在細胞核內(nèi)加工后，進入細胞質(zhì)用于翻譯，B項正確；miRNA與W基因mRNA結(jié)合遵循堿基互補配對原則，即A—U、C—G、U—A、G—C配對，C項錯誤；miRNA抑制W蛋白的合成，是通過單鏈結(jié)構(gòu)的miRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的“miRNA蛋白質(zhì)復(fù)合物”，該復(fù)合物直接與W基因的mRNA結(jié)合所致，D項錯誤。

【答案】B

2. 關(guān)于DNA分子解旋的具體情境分析

DNA分子復(fù)制時需要解旋，此時的解旋過程需要用專門的DNA解旋酶催化。轉(zhuǎn)錄時DNA分子需要部分解旋。原核細胞的轉(zhuǎn)錄過程中，RNA聚合酶具有識別啟動子，并兼具解旋酶的作用，使被轉(zhuǎn)錄的部分DNA雙鏈解開螺旋，模板鏈得以暴露；真核細胞中轉(zhuǎn)錄更復(fù)雜一些，解旋時RNA聚合酶需要一些轉(zhuǎn)錄因子的幫助才能使被轉(zhuǎn)錄的部分DNA雙鏈解開螺旋，模板鏈得以暴露，因此轉(zhuǎn)錄時發(fā)生的解旋不應(yīng)簡單地認為是DNA解旋酶催化。

【例2】（2018年，河北省盧龍一中4月高三月考）如圖5為某生物細胞內(nèi)的某個生理過程，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是 （ ）

圖5

A.該過程涉及氫鍵的斷裂和形成、磷酸二酯鍵的形成

B.在RNA聚合酶作用下DNA分子雙螺旋解開

C.一條mRNA分子上可結(jié)合多個核糖體，共同翻譯合成一條肽鏈

D.該過程可能發(fā)生在原核細胞中

【解析】分析圖5可知，該圖所示既有轉(zhuǎn)錄過程，又有翻譯過程。DNA解旋過程涉及氫鍵的斷裂，轉(zhuǎn)錄過程RNA與模板鏈互補，涉及氫鍵的形成，以核糖核苷酸為原料合成RNA的過程中涉及磷酸二酯鍵的形成，A項正確；在RNA聚合酶作用下DNA雙螺旋解開，并以其中的一條鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄，B項正確；一條mRNA分子上可先后結(jié)合多個核糖體，翻譯可以得到多條相同的肽鏈，共同翻譯合成一條肽鏈是錯誤的，C項錯誤；該題圖顯示的肽鏈的合成過程是邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯，可以是原核細胞內(nèi)擬核DNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程，D項正確。

【答案】C

3. 關(guān)于翻譯過程中的核糖體移動方向分析

圖6中箭頭表示核糖體沿著mRNA分子移動的方向，如果圖中未標示核糖體移動方向，可根據(jù)tRNA分子判斷，tRNA攜帶氨基酸的一側(cè)為3'端（圖中左側(cè)），所以與之互補的mRNA分子方向相反，mRNA分子圖中左側(cè)為5'端，右側(cè)為3'端，核糖體沿著mRNA分子移動的方向永遠是由5'端到3'端，所以可判斷核糖體由左向右移動。

圖6

圖7

圖7表示一條mRNA分子上結(jié)合有多個核糖體，同時進行多條多肽鏈的合成，但合成的多肽鏈氨基酸排列順序是相同的，圖中的箭頭表示核糖體沿著mRNA分子移動的方向是由左向右；如果圖中未標示核糖體移動方向，則可根據(jù)已經(jīng)合成肽鏈的長短來判斷核糖體的移動方向，肽鏈合成得短的是新結(jié)合上去的，肽鏈合成得長的，是較早結(jié)合上去的，顯然核糖體沿著mRNA分子移動的方向是由左向右。那么mRNA分子的左側(cè)為5'端，右側(cè)為3'端。

【例3】（2016屆，寧夏銀川一中高三月考）圖8表示某真核細胞中遺傳信息傳遞的部分過程，圖甲過程發(fā)生在細胞核中，圖乙過程發(fā)生在細胞質(zhì)中，請據(jù)圖回答：（［ ］中填數(shù)字，_____上填名稱）

4. 關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)及RNA分子結(jié)構(gòu)模型的制作

DNA分子具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，tRNA分子具有特定的“三葉草結(jié)構(gòu)”，讓學(xué)生親自動手制作模型，在體驗中掌握知識。圖9是學(xué)生制作的DNA分子平面結(jié)構(gòu)，重點體現(xiàn)了DNA兩條鏈的互補關(guān)系及堿基對之間氫鍵的條數(shù)， 圖10是學(xué)生制作的“DNA右手螺旋”模型（注：模型中用不同顏色的線分別表示DNA的兩條鏈）；圖11是學(xué)生制作的tRNA分子結(jié)構(gòu)模型，重點體現(xiàn)了其與氨基酸的結(jié)合位點及反密碼子的特點。圖12是學(xué)生制作的翻譯過程的模型。

圖8

圖9 DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型

（1）圖甲所示為______過程，在［ ］ 催化作用下完成；圖乙所示為______過程。

（2）圖甲中的④______形成后，需通過______（填結(jié)構(gòu)）才能進入細胞質(zhì)到達細胞器⑤______。

（3）完成圖乙所示過程，還需搬運氨基酸的“搬運工”參與，這里的“搬運工”是指______，該物質(zhì)一端的三個堿基稱為______，可以與④物質(zhì)上的三個相鄰堿基互補配對。

（4）圖甲和圖乙所涉及的過程中發(fā)生方向為______，______。（用箭頭← →表示）

【解析】（1）圖甲中DNA解旋后以其中一條鏈為模板形成RNA（④上含有U堿基）的過程即轉(zhuǎn)錄，該過程需要RNA聚合酶的催化；圖乙為多聚核糖體即翻譯過程；（2）圖甲中的④為mRNA，形成后穿過核孔進入細胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合作為模板合成蛋白質(zhì)；（3）搬運氨基酸的“搬運工”是tRNA，tRNA一端有三個堿基叫反密碼子，可以與mRNA上的密碼子堿基互補配對，從而決定攜帶某種氨基酸；甲圖通過④的右側(cè)已經(jīng)從模板上脫離下來判斷，④的右側(cè)為轉(zhuǎn)錄的起始點，可以判斷轉(zhuǎn)錄方向是從右向左，圖乙中通過⑥的長短可以判斷左側(cè)的核糖體最先結(jié)合到mRNA上，右側(cè)的核糖體剛剛結(jié)合到mRNA上，因此翻譯的方向是從右向左。

【答案】（1）轉(zhuǎn)錄 ①RNA聚合酶 翻譯

（2）mRNA 核孔 核糖體

（3）tRNA 反密碼子

（4）← ←

圖10 “DNA右手螺旋”模型

圖11 tRNA分子結(jié)構(gòu)模型

圖12 翻譯過程的模型

【例4】（2016年，上海卷，第28題）在DNA分子模型的搭建實驗中，若僅用訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基連為一體并構(gòu)建一個含10對堿基（A有6個）的DNA雙鏈片段，那么使用的訂書釘個數(shù)為 （ ）

A.58 B.78 C.82 D.88

【解析】10對堿基的DNA雙鏈片段，共含有20個脫氧核苷酸，構(gòu)成一個脫氧核苷酸需要2個訂書釘，20個脫氧核苷酸總共需要40個訂書釘；一條DNA單鏈上10個脫氧核苷酸需要9個訂書釘連接成一條單鏈，兩條鏈共需要18個訂書釘；A—T之間2條氫鍵，C—G之間3條氫鍵，雙鏈間的氫鍵數(shù)共有6×2 + 4×3=24，總共需要訂書釘40 + 18 + 24=82。本題要求學(xué)生熟悉DNA的三種組成成分脫氧核糖、磷酸、含氮堿基之間的連接方式，基本組成單位脫氧核苷酸之間如何連接，雙鏈之間的連接方式如何，學(xué)生只有親自動手做過模型才會理清其中的每條信息，題目中兩條關(guān)鍵已知信息，一是“含10對堿基”，二是“A有6個”，信息轉(zhuǎn)換量較大，學(xué)生易在某一環(huán)節(jié)出錯導(dǎo)致結(jié)果錯誤。

【答案】C

5. 從“教”與“學(xué)”實踐中而來的反思

第一，從高考題和模擬題目的考查角度分析，學(xué)生的讀圖能力還需進一步訓(xùn)練，如例1，學(xué)生從圖4中可知miRNA經(jīng)過加工折疊，再與蛋白質(zhì)結(jié)合成“miRNA蛋白質(zhì)復(fù)合物”，圖中還顯示這種復(fù)合物抑制了W基因的翻譯過程是通過與W基因mRNA結(jié)合實現(xiàn)的。從以上信息提取miRNA抑制W蛋白合成原理這一關(guān)鍵信息。

第二，學(xué)生易出現(xiàn)概念上的以偏概全，認為只有mRNA是DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其實DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物還包括tRNA和rRNA。例1中，學(xué)生會因?qū)Α皢幼印迸c“起始密碼”兩個概念區(qū)分不清，造成判斷錯誤；W基因的mRNA在細胞核內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)錄形成后在細胞核內(nèi)經(jīng)過加工，需要學(xué)生根據(jù)圖示去推測。

第三，學(xué)生要學(xué)會動手制作模型，體驗DNA、RNA分子結(jié)構(gòu)模型的制作和復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程的模擬，才能達到“辨”和 “言”的融合。如例3中對相應(yīng)過程的方向判斷，例4中對有關(guān)數(shù)據(jù)的判斷和計算。