向左走还是向右走——例析转录和翻译方向的判断

郑 重 盛文龙

（浙江省余姚中学 浙江宁波 315400）

基因表达包括转录和翻译两个阶段。试题中对转录和翻译过程的考查通常会以模式图为载体进行。转录过程中RNA聚合酶的移动方向如何判断？翻译过程中核糖体的移动方向如何判断？下面以相关试题为例进行分析，旨在为高中学生深刻理解转录和翻译的方向性提供帮助。

1 转录方向的判断

1.1 产生单一转录产物时的方向判断

【例1】图1是真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列叙述正确的是 （ ）

A.图中a是编码链，b是游离的核苷酸

B.图中RNA聚合酶的移动方向是从右向左

C.转录过程不是沿着整条DNA长链进行的

D.核苷酸通过氢键聚合成RNA长链

解析：图中a为模板链，b为游离的核糖核苷酸，以a链为模板，游离的核糖核苷酸为原料合成RNA，且左边合成的RNA链已经与DNA分开，右边游离的核糖核苷酸正在一个个连接到RNA链的3′端上，故RNA聚合酶从左向右移动合成RNA。转录过程不是沿着整条DNA长链进行的，而是以DNA一条链的某个片段作为模板。核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。

参考答案：C。

1.2 产生多个转录产物时的方向判断

【例2】图2是电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象，下列叙述正确的是 （ ）

A.图中有多个RNA聚合酶，并且它们的移动方向为由右向左

B.转录而来的RNA需脱离DNA后，才能进行蛋白质合成

C.当RNA聚合酶识别到模板链上的终止密码子时，RNA合成结束

D.图示结构有利于一个基因在短时间内控制合成大量蛋白质

解析：图中一个DNA分子上结合了多个RNA聚合酶，同时合成多条RNA链，且右边RNA链的长度大于左边，故右边的RNA聚合酶结合在DNA上的时间更早、进行转录的时间更长，RNA聚合酶的移动方向为从左向右。原核生物的转录和翻译可以同时进行，正在合成的RNA链即可用于翻译。终止密码子位于mRNA上，是翻译终止的信号。

参考答案：D。

2 翻译方向的判断

2.1 单一核糖体的翻译方向判断

【例3】（2021年1月浙江省生物选考·22）：图3是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图，某些氨基酸的部分密码子（5′→3′）是：丝氨酸UCU；亮氨酸UUA、CUA；异亮氨酸AUC、AUU；精氨酸AGA。下列叙述正确的是 （ ）

A.图中①为亮氨酸

B.图中结构②从右向左移动

C.该过程中没有氢键的形成和断裂

D.该过程可发生在线粒体基质和细胞核基质中

解析：翻译过程中，核糖体沿着mRNA链的5′端向3′端移动，故可直接根据mRNA的方向判断图中核糖体从右向左移动；此外，图中左侧tRNA携带有氨基酸、右侧tRNA不携带氨基酸，据此可判断左侧的tRNA即将进入核糖体、右侧的tRNA即将离开，也可知核糖体从右向左移动。图中①处氨基酸对应的密码子（5′→3′）为AUU，①为异亮氨酸。翻译过程中涉及到mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子间的碱基互补配对，该过程会发生氢键的形成和断裂。细胞核基质中不含核糖体，不能发生翻译。

参考答案：B。

2.2 多聚核糖体的翻译方向判断

【例4】图4为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是 （ ）

A.该过程表明核糖体能沿①从左向右移动

由于对食品安全和产品品质把控严格，康师傅在2017年有幸被授予中国航天事业合作伙伴资格。此举也进一步加速了康师傅对接航天品质的进程。在未来，康师傅将进一步提升产品品质，最终让消费者能够吃到航天品质的食品，通过升级到“航天模式”，让消费者吃得好、吃得巧、吃得安心。现今康师傅已逐步摆脱了“不健康食品”的“帽子”，将方便、安全和口感进行了一次完美的结合。

B.该过程的模板是脱氧核糖核酸，原料是氨基酸

C.该过程表明细胞可以迅速合成出大量的蛋白质

D.合成①的场所主要在细胞核，而⑥一定附着在内质网上

解析：图中4个核糖体结合在同一条mRNA上，形成多聚核糖体结构，大大提高了合成蛋白质的效率。核糖体上正在合成的多肽链长度由右向左依次变长，可见核糖体⑥结合在mRNA上的时间最早，参与肽链合成的时间最长，故图中核糖体由右向左在mRNA上由5′端向3′端移动。翻译的模板是mRNA，参与翻译的核糖体可以游离在细胞质基质中，可以附着在内质网上。

参考答案：C。

3 综合判断

【例5】图5是蓝藻中某个基因的表达过程，图中字母A-E表示相关物质或结构，①-④分别代表相应箭头，下列说法正确的是 （ ）

A.图中结构D是核糖体，在图中参与完成翻译的过程，产物是B

B.图中转录进行的方向是③，翻译时核糖体移动的方向是①

D.图中E为一个转录单位，可以包含一个或几个基因

解析：图5表示蓝藻中某个基因的表达过程，故E只包含一个基因，图中4条mRNA均由E基因转录而来，其碱基序列相同。由mRNA长度从左向右逐渐加长，可知RNA聚合酶在DNA上的移动方向是①。当转录正在进行时，mRNA上结合了若干个核糖体进行翻译，由图中多肽链的长度从上到下逐渐加长可知核糖体沿着④方向移动合成多肽链。此外，转录时RNA链由5′端逐渐向3′端延伸，故图中mRNA的上端是5′端，下端是3′端，而核糖体沿着mRNA的5′端向3′端移动，据此也可判断核糖体的移动方向是④。

参考答案：A。

【例6】图6表示某原核生物DNA片段上的1个启动部位和3个基因的排列顺序及基因的表达过程，其中①②代表能与启动部位（P）结合的酶，正发生左→右移动。下列叙述错误的是 （ ）

A.图中①②均为RNA聚合酶，能催化DNA双螺旋解开

B.图中①②与启动部位结合，均可启动3个基因的转录

C.图中有3个核糖体同时在翻译，其移动方向是左→右

D.图中3条多肽合成结束后，它们的氨基酸序列相同

解析：图中的启动部位、基因1、基因2和基因3共同构成了一个转录单元。RNA聚合酶①②识别并结合到启动部位P上后，沿着DNA从左向右移动，依次对基因1、基因2和基因3进行转录，故图中的mRNA包含了全部3个基因的遗传信息，在mRNA上有3个起始密码子。随着RNA聚合酶在DNA上移动，RNA逐渐由5′端向3′端延伸，故图中mRNA的左边为5′端，右边为3′端。3个核糖体结合到mRNA不同的起始密码子上，沿着mRNA的5′端到3′端方向向右移动合成多肽，3条多肽依次是基因1、基因2和基因3的表达产物，其氨基酸序列各不相同。由于左侧核糖体结合到mRNA上的时刻最早，故左边的多肽长度最长。学生解答例6时出现常见错误在于忽视了核糖体在mRNA上的移动方向是5′端到3′端，而简单根据核糖体上多肽链长度判断核糖体由右向左移动。

参考答案：D。

4 归纳总结

4.1 注意区分真核细胞与原核细胞

原核细胞无核膜，拟核区的DNA可与周围的核糖体直接接触，在转录未完成之前翻译便开始进行。真核细胞通过核膜将核DNA与细胞质隔开，转录与翻译不能同时进行，核基因转录形成的mRNA在细胞核中加工成熟后，进入细胞质作为翻译的模板。

原核细胞一个转录单元（从启动子开始至终止子结束的DNA序列）中往往集中了一个或几个功能相关的基因。这些基因可同时被转录，从而形成多顺反子mRNA（一个mRNA分子编码多种多肽链）；真核细胞核基因一个转录单元中只有一个基因，转录后形成单顺反子mRNA（一个mRNA分子编码一种多肽链）。

4.2 注意判断核酸的方向

相关联的两条核酸链，如DNA的两条链、转录过程中的模板链与RNA链、翻译过程中的mRNA链与tRNA链等，必定是反向的；在转录过程中，RNA聚合酶沿着模板链的3′端向5′端移动，逐步打开DNA的双螺旋结构，游离的核糖核苷酸逐个加到RNA链的3′末端，使得RNA由5′端向3′端逐渐延长；在翻译过程中，核糖体结合到mRNA的5′端，向3′端移动，合成多肽链。