Question

φ174噬菌体的遗传物质是单链DNA，感染宿主细胞后，先形成复制型的噬菌体双链DNA分子(母链为正链，子链为负链)，转录时以负链为模板合成mRNA。下图为φ174噬菌体的部分基因序列(正链)及其所指导合成蛋白质的部分氨基酸序列(图中数字为氨基酸编号)。分析回答问题：

（1）基因D与E指导蛋白质合成过程中，mRNA上的终止密码子分别是________，翻译形成的一条肽链中分别含有________个肽键。

（2）基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中，鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%，mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%。则与mRNA对应的复制型的双链DNA分子区段中腺嘌呤所占的碱基比例为________。基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中，至少需要消耗________个游离的胞嘧啶核糖核甘酸。

（3）与宿主细胞的DNA复制的条件相比，φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程的不同之处是______________________。

（4）由于φ174噬菌体单链DNA中一个碱基发生替换，导致基因D指导合成的肽链中第59位氨基酸由缬氨酸(密码子为GUU、GUC、GUA和GUG)变成丙氨酸(密码子为GCU、GCC、GCA和GCG)，则该基因中碱基替换情况是____________________。

（5）一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠，这是长期自然选择的结果，其主要的遗传学意义是_________________________________________________________(写出一点即可)。

Answer

UAA、UGA 151、90 27% 69 模板、酶不同 T→C 可以节约碱基；有效地利用DNA遗传信息量；提高碱基利用的效率；参与对基因表达的调控

【解析】

根据题意，图中基因序列为正链，子链为负链，而转录时以负链为模板合成mRNA，扣住题中关键信息“转录时以负链DNA作为模板合成mRNA”答题。

（1）根据题图，基因D与E指导蛋白质合成过程中，基因D和基因E终止部位对应的负链分别为ATT、ACT，则负链转录形成的mRNA上的终止密码子分别是UAA、UGA，翻译形成的一条肽链中分别含有152、91个氨基酸，分别含151、90个肽键。

（2）根据题意，基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中，鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%，mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%，则mRNA中尿嘧啶占22%，腺嘌呤占32%，鸟嘌呤占21%，胞嘧啶占25%，mRNA的模板链中腺嘌呤占22%，胸腺嘧啶占32%，因此复制型的双链DNA分子区段中腺嘌呤所占的碱基比例为（32%+22%）÷2=27%。图中基因序列为正链，子链为负链，而转录时以负链为模板合成mRNA，而mRNA中尿嘧啶占22%，腺嘌呤占32%，鸟嘌呤占21%，胞嘧啶占25%，mRNA中共92╳3=276个碱基，故合成mRNA时需消耗胞嘧啶核糖核苷酸276╳25%=69个。

（3）宿主细胞的DNA复制需要解旋酶，模板链有2条，而φ174噬菌体的遗传物质是单链DNA，感染宿主细胞后，先形成复制型的噬菌体双链DNA分子，故与宿主细胞的DNA复制的条件相比，φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程的不同之处是模板、酶的不同。

（4）该基因突变是由于一个碱基发生替换引起的，基因D指导合成的肽链中第59位氨基酸由缬氨酸(密码子为GUU、GUC、GUA和GUG)变成丙氨酸(密码子为GCU、GCC、GCA和GCG)，则发生的变化是密码子第二位的U被C替换，则模板链即负链上发生的是A被G替换，即基因D中T被替换成了C。

（5）一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠，这是长期自然选择的结果，这不仅可以节约碱基，有效地利用DNA遗传信息量，提高碱基利用的效率，还能参与对基因表达的调控。