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文档简介
陆丰市林启恩纪念中学第18讲
基因的表达课标要求素养目标1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现。2.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象通过基因表达控制生物性状的过程,渗透生命的物质观。结合表观遗传的实质,渗透生物体结构与功能相适应的观点。运用中心法则,建立不同生物体或细胞中遗传信息流动的模型。结合实例分析基因表达异常情况,形成关注社会、关注人体健康的理念(生命观念、科学思维、社会责任)考点要求考题统计考情分析遗传信息的转录和翻译2023,山东,湖南、全国海南、浙江2题(选择)2023,广东(2)2022,浙江、广东,(选择)2022,重庆,填空本专题知识难度较低、较高的两级分化,要求基础要扎实。考查学生对基因与性状的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目,考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。中心法则基因与性状的关系2023,海南,(选择)2022,天津,重庆、辽宁、河北、湖南,(选择)2022,北京(4)填空遗传信息的转录和翻译中心法则考点一RNA的结构、种类和功能目录CONTENTS考点二考点三重温高考真题演练基因的选择性表达与细胞分化表观遗传考点四基因表达产物与性状的关系考点五考点六自学课本P64-65,回答下面的问题,限时4min,画出答案,圈出重点,标出疑惑1.思考细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成?2.如何设计一个实验说明RNA可能就是基因与蛋白质之间的信使?3.RNA的元素组成,基本单位,种类及功能4.DNA和RNA在化学组成上的区别5.遗传信息的转录场所,条件6.转录的过程基因控制生物性状体现蛋白质?主要在细胞核在细胞质进行
基因是怎样指导蛋白质的合成呢?DNA核糖体基因指导蛋白质合成的过程,叫基因的表达DNA能否直接从细胞核进入细胞质中指导蛋白质合成?RNA作为DNA的信使传递信息思考:RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢?①RNA也是由核苷酸组成,含氮碱基有A、G、C、U,具备准确传递遗传信息的可能。②RNA一般是单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中。③RNA与DNA的关系中,也遵循“碱基互补配对原则”;因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。④RNA为单链结构,不稳定,易降解,使得完成使命的RNA能迅速分解,保证生命活动的有序进行。一、RNA的结构与功能1.元素组成:
C、H、O、N、P核糖核苷酸蛋白质密码子核糖体遗传物质2.DNA与RNA在化学组成的异同3.如何设计一个实验说明RNA可能就是基因与蛋白质之间的信使?①加入RNA酶降解细胞中的RNA,观察蛋白质合成情况②再加入从细胞提取的RNA,观察蛋白质的合成情况加入RNA酶降解细胞中的RNA后,蛋白质合成停止,再加入细胞中提取的RNA后,细胞又可重新合成蛋白质。提出问题实验思路减法原则自身对照预期结果实验证据①1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验;若加入RNA酶降解细胞中的RNA,则蛋白质合成就停止,若再加入从酵母中提取的RNA,则又可以重新合成一些蛋白质。②1955Goldstein和Plaut用放射性同位素标记变形虫RNA的原料,发现放射性都在核内,然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现放射性已在细胞质中。缩合核糖核苷酸蛋白质氨基酸密码子核糖体遗传物质tRNAmRNArRNA信使RNA转运RNA核糖体RNA二考点一RNA的结构与功能完成大本P180的知识点梳理主要在细胞质中,三叶草形,有碱基互补配对;一端携带氨基酸,另一端的反密码子与mRNA上的密码子配对主要在细胞质中;翻译时作为模板与蛋白质共同组成核糖体二、(一)遗传信息的转录(1)概念:以
为模板,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。(2)场所:主要是
,在
、
中也能发生转录过程。(3)过程(4)产物:
。DNA的一条链细胞核叶绿体线粒体游离的4种核糖核苷酸信使RNA、核糖体RNA、转运RNA★注意:细胞中不是所有基因都会转录,转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。RNA与模板链是互补的mRNA非模板链模板链RNA聚合酶①特点:转录时DNA是完全解开的吗?边解旋,边转录②条件:模板、原料、酶、能量等转录方向③方向:以3’端→5’端方向阅读模板,合成方向5‘端→3’端④RNA聚合酶
的作用将DNA双链解开,碱基暴露出来催化RNA的合成,催化形成磷酸二酯键教材隐性知识(1)必修2P65“图4-4”:①遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程
(填“需要”或“不需要”)解旋酶。②一个基因转录时以基因的
条链为模板,一个DNA分子上的所有基因的模板链
(填“一定”或“不一定”)相同。③转录方向的判定方法:
为转录的起始方向。(2)必修2P64~65“正文”:RNA适合做信使的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。不需要一不一定已合成的mRNA释放的一端(5′-端)RNA由核糖核苷酸连接而成,可以携带遗传信息;一般是单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中;RNA与DNA的关系中,也遵循“碱基互补配对原则”DNA复制与DNA转录比较项目DNA复制DNA转录模板原料碱基互补配对原则酶产物DNARNADNA的两条链DNA的一条链四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸A-T;G-CA-U;T-A;G-C解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶模板链mRNA携带的遗传信息如何翻译成蛋白质?自学课本P66-68,回答下面的问题,限时4min,画出答案,圈出重点,标出疑惑1.翻译过程场所,模板,条件,原则,实质,产物2.密码子的定义,种类,特点3.翻译的过程2.翻译的过程1.概念:二、(二)遗传信息的翻译
游离在细胞质中的各种氨基酸,以
为模板合成____________________________的过程。mRNA具有一定氨基酸顺序的蛋白质mRNA上的碱基怎样决定氨基酸的排列顺序?
个碱基决定一个氨基酸?密码子(共64个)种类起始密码子普通密码子终止密码子3种,UAA、UGA、UAG,不编码氨基酸2种,AUG、GUG,也编码氨基酸59种,只编码氨基酸①正常情况下UGA是不编码氨基酸,特殊情况下编码硒代半胱氨酸。②真核生物用AUG作为起始密码子,原核生物还可用GUG作为起始密码子,此时编码甲硫氨酸.能决定氨基酸的密码子,正常情况下有
种,特殊情况下有_____种。6162密码子氨基酸的对应关系:一种密码子决定一种氨基酸;
一种氨基酸可以由一种或多种不同的密码子决定。2.密码子:mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。一种氨基酸可以由一种或多种不同的密码子决定.1)密码子简并性几乎所有的生物都共用一套密码子.2)密码子通用性说明当今生物可能有着共同的起源。说明生命在本质上是统一的。密码子的特点密码子简并性的意义(P67思考与讨论3)①增强容错性,当基因突变导致密码子中有一个碱基改变时,可能不会导致对应氨基酸的改变,从而维持生物性状的稳定②一种氨基酸可由多种密码子编码,即一种氨基酸可由多种tRNA转运,保证了翻译过程的高效性。3.反密码子:
与mRNA上的密码子互补配对的tRNA上的3个碱基②.一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运①.tRNA具有特异性,即一种tRNA只能识别一种密码子、转运一种氨基酸。tRNA是局部双链的结构,含有氢键;反密码子读取碱基顺序从长臂端即携带氨基酸的一侧开始读一端为氨基酸结合的部位,另一端为反密码子,能与密码子碱基互补配对。tRNA的特点易混淆的遗传信息、密码子与反密码子
①概念辨析比较项目实质联系遗传信息______________________________
遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序。通过转录,使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上;密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子可识别密码子密码子_________________________________________反密码子______________________________________________________________DNA中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基位于tRNA上的能与mRNA上对应密码子互补配对的三个相邻碱基4.过程mRNAtRNAmRNAtRNA终止密码脱离核糖体核糖体核糖体UAUCGUCUGGGAUACGGCAAUACAGUCACCGGAUmRNAUACCGUGGACUG多肽链核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。翻译的过程(1)源于必修2P67“图4-6”:tRNA
(填“含有”或“不含有”)氢键,一个tRNA分子中
(填“是”或“不是”)只有三个碱基。(2)源于必修2P68~P69图片:翻译过程的三种模型图解读不是含有a.模型甲中一个核糖体与mRNA的结合位点形成
个tRNA结合位点,核糖体沿着mRNA移动的方向是
。2由左往右教材隐性知识b.模型乙反映出mRNA与核糖体存在的数量关系是___________________________________________________。图中核糖体移动的方向是
;多聚核糖体形成的意义是_________________________________________________。一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体由右向左少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质c.模型丙是原核细胞内发生的
过程,特点是
,与真核细胞不同的原因是
,原核细胞的基因中无内含子,转录形成的mRNA不需要加工即可作为翻译的模板。转录和翻译边转录边翻译原核细胞无以核膜为界限的细胞核总结:1.真核细胞和原核细胞基因表达过程的判断方法(1)rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成(
)(2)RNA有传递遗传信息、催化反应和转运物质等功能(
)(3)mRNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸(
)(4)转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式(
)(5)一个DNA只能控制合成一种蛋白质(
)(6)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率(
)(7)DNA复制和转录时,其模板都是DNA的一整条链(
)
诊断常考语句,澄清易错易混
×√√××××总结2:DNA复制、转录和翻译的区别DNA复制转录翻译蛋白质时间场所模板原料条件原则特点产物信息传递细胞分裂间期主要是细胞核DNA的两条链4种脱氧核苷酸解旋酶,DNA聚合酶等A-T、T-A、C-G、G-C半保留复制、边解旋边复制2个子代DNA分子生长发育过程主要是细胞核基因的一条链4种核糖核苷酸RNA聚合酶等边解旋边转录RNA生长发育过程细胞质mRNA21种氨基酸tRNA、酶等多核糖体翻译蛋白质DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质A-U、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、C-G、G-C1.(2022·广东模拟)基因的转录终止位点(富含AT碱基对)上游存在富含GC碱基且对称的区域,以该区域为模板转录出的部分序列容易形成发夹结构,阻止RNA聚合酶移动,其过程如下图所示。下列叙述正确的是(
)A.链①和链③中的G代表的是同一种核苷酸B.发夹结构中,互补配对的碱基通过氢键结合C.转录时,链①为模板链,RNA聚合酶从右向左移动D.转录时,tRNA携带游离的核糖核苷酸连接成mRNAB2.(2022·广东惠州)下列关于如图所示生理过程的叙述,正确的是(
)A.物质①上的三个相邻碱基叫作反密码子B.该过程需要mRNA、tRNA、rRNA参与C.多个结构①共同完成一条物质②合成D.结构①读取到AUG时,物质②合成终止B3.(2022·广州二模)遗传物质为单链DNA的某种噬菌体,其DNA进入宿主细胞后,先形成双链DNA,再以此为模板,控制合成病毒单链DNA和蛋白质,组装成子代噬菌体。下图示该病毒DNA片段中D基因和E基因的部分碱基序列及其编码氨基酸的情况(Met、Glu等表示不同的氨基酸)。下列叙述正确的是(
)A.两种基因的终止密码子有所不同,这体现了密码子具有简并性B.该噬菌体蛋白质的翻译过程需要宿主细胞的DNA聚合酶的参与C.该DNA序列的一个碱基发生变化,可能引起两种病毒蛋白质结构发生改变D.子代噬菌体的蛋白质中可能含有宿主细胞内不存在的氨基酸C4.(2022·四川泸县二中)在体外用14C标记半胱氨酸tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys),得到
CystRNACys,再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala),得到
AlatRNACys(如图,tRNA不变)。如果该
AlatRNACys参与翻译过程,那么下列说法正确的是(
)A.一个mRNA分子上不能同时合成多条被14C标记的肽链B.新合成的肽链中,原来Cys的位置会被替换为14C标记的AlaC.反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定D.合成肽链过程中存在A与T、C与G碱基互补配对方式B实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因:A.基因中的内含子转录后被剪切。B.在基因中,有的片段(非编码区)起调控作用,不转录。C.合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。D.转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不编码氨基酸。关注计算中“最多”和“最少”问题基因指导蛋白质的合成5.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽链,则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为(
)A.33、11、66
B.36、12、72C.12、36、72 D.11、36、66B转录DNARNA翻译蛋白质复制克里克:中心法则(揭示了遗传信息传递的一般规律)资料1:1957年,克里克提出在DNA与蛋白质之间,RNA可能是中间体资料2:1961年,雅可布等人证明在DNA与蛋白质之间的中间体是RNA中心法则及其发展三、中心法则资料3:1965年,科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶,像DNA复制酶能对DNA进行复制一样,RNA复制酶也能对RNA进行复制。资料4:1970年,坦明和水谷哲在RNA肿瘤病毒(RSV)中发现逆转录酶,它能以RNA为模板合成DNA。与此同时,巴梯摩尔独立地用小白鼠败血病病毒为材料,也发现了同样的现象。复制转录翻译蛋白质DNA复制RNA逆转录中心法则图解(虚线表示少数生物的遗传信息的流向)修正后的中心法则:(1)能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递:
。(2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息的传递
。(3)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)遗传信息的传递
。(4)高度分化的细胞遗传信息的传递
。各种生物遗传信息的传递途径亲代传递给子代的也是信息:DNA上的遗传信息;亲代传递给子代的是物质:染色体、DNA;遗传信息作为生命的“设计手册”,通过转录和翻译来支配对应的蛋白质合成,进而控制生物的性状;受精卵
综上所述:生命是
、
和信息的统一体(1)DNA、RNA是
的载体。(2)蛋白质是信息的
。(3)
为信息的流动提供能量。信息表达产物ATP物质能量人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则(下图),判断下列相关叙述:
诊断常考语句,澄清易错易混
(1)合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过d、b、c环节(
)(2)通过d形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上(
)(3)d和e过程需要的原料分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸(
)(4)HIV侵染细胞时,病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞(
)HIV-1感染的第一步是病毒粒子与宿主细胞表面受体结合并穿透细胞膜,在靶细胞的细胞质中脱去蛋白质外壳,释放出基因RNA和逆转录酶(5)HIV的遗传信息传递中只有A—U的配对,不存在A—T的配对(
)×√√√×任务:阅读P71-72,从基因的角度解释以下现象:1.豌豆的圆粒和皱粒
2.人的白化症
3.囊性纤维病
四、基因表达与性状的关系
实例1:“豌豆的圆粒和皱粒”的现代解释编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶正常合成DNA中插入了一段外来的DNA序列蔗糖合成淀粉,淀粉含量升高有效保留水分,豌豆显得圆鼓鼓(性状:圆粒)淀粉分支酶不能正常合成蔗糖不能合成淀粉,蔗糖含量升高豌豆由于失水而显得皱缩(性状:皱粒)酶代谢过程基因性状结论:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。实例2:白化病控制酪氨酸酶的
异常
不能正常合成表现为控制酪氨酸酶的
正常
正常合成表现为基因酪氨酸酶基因
酪氨酸酶酪氨酸能转化为黑色素酪氨酸不能转化为黑色素基因酶代谢过程性状正常白化病结论:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。实例3:囊性纤维病编码跨膜蛋白(CFTR)的基因缺失了3个碱基对导致CFTR蛋白缺少苯丙氨酸,影响了CFTR蛋白结构使CFTR转运氯离子的功能异常,患者支气管内黏液增多黏液增多,支气管管腔受阻,细菌大量繁殖,肺部功能严重受损蛋白质结构基因性状结论:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。细胞代谢控制控制控制基因酶蛋白结构性状间接控制直接控制总结:基因对性状的控制途径五、基因的选择性表达与细胞分化(2)细胞分化的本质:
。(3)细胞分化的结果由于基因的选择性表达,导致来自同一个体的体细胞中
和______不完全相同,从而导致细胞具有不同的形态和功能。(4)细胞分化的本质就是
。基因的选择性表达mRNA蛋白质基因的选择性表达AvyAvyaa黄色伪黄色F1小鼠基因型理应都是Avya,为何会出现不同毛色?提出问题:首先,F1小鼠均处于相同的培养条件下,目的是排除环境因素对性状的影响;再者,测序结果显示不同F1小鼠的Avy基因完全一致,目的是排除了基因突变发生;分析出现该现象可能的原因:六、表观遗传第三,早在20世纪80年代,已经证实,哺乳动物细胞中的DNA甲基化水平会影响基因的转录水平,且两者呈负相关。推测:
F1的表型与Avy基因的甲
基化水平有关。说明:白色:未甲基化
,
黑色:甲基化F1小鼠(Avya)实验验证:基因测序结论:
Avy基因的甲基化影响小鼠
的毛色。追根溯源DNA的甲基化Avy基因甲基化如何影响表达?F1小鼠(Avya)Avy基因表达正常Avy基因表达受到抑制Avy基因甲基化程度逐渐增大新问题:Avy基因甲基化可以遗传吗?实验证据:♀
Avya×aa♂分析实验现象,你能得出什么结论?Avy基因甲基化可以遗传注:子代只展示了基因型为Avya的小鼠事例2:柳穿鱼性状改变的原因植株A植株BLcyc基因表达不表达Lcyc基因高度甲基化×F1代花和A相似F2绝大部分植株的花与植株A相似,少部分植株的花与植株B相似甲基化的Lcyc的基因可遗传,并控制生物的性状生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象叫做表观遗传(1)概念:DNA甲基化组蛋白修饰某些小RNA转录转录翻译①可遗传:基因表达和表型可以遗传给后代。②不变性:基因的碱基序列保持不变。③可逆性:DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可能发生去甲基化。六、表观遗传(2)特点:(3)理解表观遗传应注意的三个问题①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。③表观遗传一般是影响到基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。(4)机制:DNA的
;
的甲基化和乙酰化等。(5)意义:表观遗传可以使生物打破DNA变化缓慢的限制,生物体对环境变化能做出“及时”的应对,提高了生物对环境的适应性,为生物进化提供了原材料,对于种群的繁衍和生存可能有利。(5)实例:a.柳穿鱼花形的遗传;b.某种小鼠毛色的遗传;c.蜂王和工蜂。甲基化组蛋白影响基因与性状之间关系的因素
思考:1、基因与性状之间是否是线性(一一对应)关系?2、性状完全由基因决定的吗?结论1:多个基因控制同一性状资料1:某植物花的色素由非同源染色体上的A和B基因编码的酶催化合成(其对应的等位基因a和b编码无功能蛋白),如下图所示。资料2:水稻的矮生性基因常有多效现象,它除表现矮化外,还常有提高分蘖力、增加叶绿素含量和增大栅栏细胞等效应。结论2:同一基因影响多种性状。资料3:一种常见的性状遗传性秃发,是由单基因控制的。但该基因的表达以及秃发的程度还受特定的雄性和雌性激素的影响,说明细胞内的某些物质对基因的表达是有影响。结论3:有些性状受基因与基因产物相互作用。资料4:同一株水毛茛,裸露在空气中的叶是扁平的叶片,而浸在水中的叶片深裂成丝状。结论4:生物性状由基因决定,受环境影响。1.一对基因控制一种性状(多数性状受单基因控制)2.一对基因控制多种性状(如基因间相互作用)3.多对基因控制一种性状(如身高、体重等)4.基因与基因产物之间相互作用(如秃顶)5.生物的性状是_____和_____共同作用的结果。基因型相同,表现型可能不同;基因型不同,表现型也可能相同。
总结:基因与性状的关系基因
环境1.(2022·安徽淮北)某蔬菜萌发的种子经诱变,编码淀粉分支酶的基因转录出的mRNA上提前出现了终止密码子,使细胞内淀粉合成不足,引起叶的形态显著改变而成为新品种。下列叙述错误的是(
)A.新品种的mRNA翻译所得肽链比原品种的短B.新品种与原品种在合成蛋白质时共用一套密码子C.该实例说明基因通过控制酶的结构直接控制性状D.基因指导mRNA合成的过程需要RNA聚合酶参与C2.(2022·山东烟台)下图为皱粒豌豆形成的原因和囊性纤维化的病因图解。下列叙述正确的是(
)A.淀粉分支酶基因与外来DNA序列发生了基因重组B.图中CFTR基因和淀粉分支酶基因都发生了基因突变C.淀粉分支酶基因发生的结构变化可以用显微镜观察D.CFTR基因结构异常后无法进行转录和翻译B3.(2022·安徽六校联考)DNA甲基化是指在转移酶的作用下,甲基基团转移到DNA某些碱基上,结果如下图所示,DNA甲基化会影响基因的表达,使生物体的性状发生改变。下列相关叙述正确的是(
)A.DNA甲基化导致生物体的性状发生改变的原因是DNA的碱基序列发生了改变B.DNA甲基化可能导致DNA聚合酶不能结合到DNA双链上,引起转录异常C.DNA甲基化转移酶催化甲基基团与碱基结合时表现出专一性D.在DNA复制过程中,甲基化的碱基仍可与子链互补碱基形成磷酸二酯键C高考真题体验1.(2022·广东卷)拟南芥HPR1蛋白定位于细胞核孔结构,功能是协助mRNA转移。与野生型相比,推测该蛋白功能缺失的突变型细胞中,有更多mRNA分布于(
)A.细胞核
B.细胞质C.高尔基体 D.细胞膜A2.(2021·海南卷)终止密码子为UGA、UAA和UAG。图中①为大肠杆菌的一段mRNA序列,②~④为该mRNA序列发生碱基缺失的不同情况(“_”表示一个碱基缺失)。下列有关叙述正确的是(
)A.①编码的氨基酸序列长度为7个氨基酸B.②和③编码的氨基酸序列长度不同C.②~④
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