清单03 中心法则和基因工程中有关5’-3’ 问题-备战2025年高考生物二轮热点背练清单（新高考通用）

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（一）、DNA 复制过程：
1.模板识别与解旋：DNA 的两条链是反向平行的，在复制时，解旋酶从 DNA 分子的特定位置开始解开双链，形成复制叉。解旋方向是从 DNA 的 5' 端向 3' 端进行，这样就暴露出了两条单链作为复制的模板。解旋后的单链模板为后续的子链合成提供了基础，并且解旋过程是持续进行的，以保证复制叉不断向前移动，使复制能够持续进行。
2.引物合成：引发体在滞后链上沿 5'→3' 方向移动，合成 RNA 引物。引物酶将与模板链互补的 RNA 引物加到 DNA 链上，为 DNA 聚合酶提供起始的 3'-OH 末端。这是因为 DNA 聚合酶只能在已有的 3'-OH 末端上添加脱氧核苷酸，无法从头开始合成 DNA 链，所以引物的合成是 DNA 复制起始的关键步骤。
3.子链延伸：DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸加到引物或正在延伸的 DNA 链的 3'-OH 末端，按照碱基互补配对原则，使新合成的子链沿着 5' - 3' 方向不断延伸。在以 3'→5' 方向的母链为模板时，DNA 沿 5'→3' 方向连续复制，形成前导链；
（二）、转录过程：
1.模板识别与结合：RNA 聚合酶识别 DNA 模板上的特定序列（启动子），并与之结合。结合的方向是从 DNA 的 3' 端向 5' 端靠近启动子区域，然后在启动子的作用下，RNA 聚合酶开始催化 RNA 的合成。结合完成后，DNA 双链局部解开，形成转录泡，其中一条 DNA 链作为模板链。
2.RNA 合成：RNA 聚合酶以 DNA 模板链为依据，按照碱基互补配对原则，将核糖核苷酸连接起来，合成 RNA 链。核糖核苷酸是按照 5' - 3' 方向逐个添加到正在延长的 RNA 链的 3'-OH 末端，使 RNA 链不断延伸。合成的 RNA 链与 DNA 模板链的 3'→5' 方向互补，因此 RNA 链的合成方向也是 5' - 3'。
3.终止：当 RNA 聚合酶遇到 DNA 模板上的终止子序列时，转录终止。终止子序列会使 RNA 聚合酶停止添加核糖核苷酸，并且从 DNA 模板上释放出来，完成转录过程。
5' - 3' 方向在翻译中具有极其重要的作用机制，主要体现在以下几个方面：
（三）、翻译过程：
1.模板识别与核糖体结合：
起始密码子识别：在翻译起始阶段，核糖体的小亚基首先识别 mRNA 的 5' 端帽子结构（真核生物）或 Shine-Dalgarn 序列（原核生物），然后沿着 mRNA 从 5' 向 3' 方向进行扫描。当遇到起始密码子（AUG）时，核糖体小亚基与携带起始氨基酸（原核生物为甲酰甲硫氨酸，真核生物为甲硫氨酸）的起始 tRNA 结合，形成起始复合物。这一步确定了翻译的起始位置，保证了翻译的正确启动。
2.密码子阅读与氨基酸添加：
顺序阅读：核糖体沿着 mRNA 以 5' - 3' 方向移动，依次读取 mRNA 上的密码子。每一个密码子都对应着特定的氨基酸，tRNA 上的反密码子通过碱基互补配对原则与 mRNA 上的密码子相互识别。例如，当核糖体读取到某一个 AUG 密码子时，对应的携带甲硫氨酸的 tRNA 就会通过其反密码子与该密码子结合，将甲硫氨酸带到正在合成的多肽链上。
肽链延伸：在肽链延伸过程中，核糖体不断地沿着 mRNA 的 5' - 3' 方向移动，每移动一个密码子的位置，就会有一个新的携带相应氨基酸的 tRNA 与核糖体结合，将氨基酸添加到正在延长的多肽链上。通过这种方式，按照 mRNA 上密码子的顺序，从 N 端（氨基端）向 C 端（羧基端）逐步合成多肽链。
3.翻译的方向性与终止：
持续进行：由于核糖体沿着 mRNA 的 5' - 3' 方向移动，翻译过程具有明确的方向性，一直持续进行直到遇到终止密码子。终止密码子（UAA、UAG、UGA）位于 mRNA 的 3' 端附近，当核糖体移动到终止密码子处时，翻译终止。
释放产物：终止密码子被释放因子识别后，释放因子与核糖体的 A 位点结合，水解肽链与 tRNA 之间的酯键，使新生的肽链和 tRNA 从核糖体上释放，核糖体大小亚基解体，完成翻译过程。
（四）、基因工程相关
1.核酸合成方向：
DNA 合成：DNA 聚合酶催化 DNA 合成的方向是从子链 5' 端向 3' 端添加脱氧核糖核苷酸。这是基因工程中 DNA 复制、PCR 扩增等过程的基础。例如，在 PCR 反应中，引物与模板 DNA 结合后，DNA 聚合酶沿着模板从 5' 端向 3' 端延伸，合成新的 DNA 链。如果不遵循这个方向，DNA 合成将无法正常进行，导致基因工程的相关实验失败。
RNA 合成：RNA 聚合酶在转录过程中也是按照 5' - 3' 的方向合成 RNA。以 DNA 模板链的 3' - 5' 链为模板，按照碱基互补配对原则，合成 5' - 3' 的 RNA 链。这对于将 DNA 中的遗传信息转录到 RNA 中，进而进行后续的蛋白质翻译等过程至关重要。
2.酶切位点与方向：
限制性内切核酸酶切割：限制性内切核酸酶识别特定的 DNA 序列，并在该序列内或附近切割 DNA 双链。切割的位置和方向与 DNA 链的 5' - 3' 方向相关。例如，某些限制性内切酶在识别序列后，从 5' 端开始切割 DNA 链，产生特定的粘性末端或平末端。在基因工程中，利用限制性内切酶切割目的基因和载体 DNA，必须考虑酶切位点的位置和方向，以确保目的基因能够正确地插入到载体中。
核酸外切酶作用：核酸外切酶可以从 DNA 或 RNA 链的 5' 端或 3' 端开始水解核苷酸。在基因工程中，有时会利用核酸外切酶来处理 DNA 片段，例如去除 5' 端的磷酸基团或降解不需要的 DNA 片段。了解核酸外切酶的作用方向，对于控制基因工程中的核酸处理过程非常重要。
3.连接反应的方向要求：
DNA 连接酶连接：DNA 连接酶用于将两个 DNA 片段连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。在连接反应中，连接酶需要识别 DNA 片段的 5' 端磷酸基团和 3' 端羟基，将它们连接在一起。因此，在进行基因工程的连接反应时，必须确保 DNA 片段的 5' 端和 3' 端正确配对，以便连接酶能够发挥作用。如果 DNA 片段的方向颠倒，连接反应将无法进行。
接头连接的方向：在基因工程中，有时会使用接头（linker）或适配体（adapter）来连接不同的 DNA 片段。接头通常具有特定的序列和结构，其连接方向也需要与 DNA 片段的 5' - 3' 方向相匹配，以确保连接的正确性和有效性。
4.基因表达调控中的方向问题：
启动子与基因的方向关系：启动子是位于基因上游的一段 DNA 序列，能够启动基因的转录。启动子的方向与基因的 5' - 3' 方向必须正确匹配，才能有效地启动基因的表达。如果启动子的方向与基因相反，将无法启动基因的转录，导致基因无法表达。
转录终止信号的方向：转录终止信号位于基因的下游，能够终止 RNA 聚合酶的转录作用。转录终止信号的方向也与基因的 5' - 3' 方向相关，必须在正确的位置和方向上才能有效地终止转录。如果转录终止信号的位置或方向不正确，可能会导致 RNA 链的过度延长或不完整，影响基因的表达。
1.基础概念考查：
直接提问：明确问 5’-3’的含义，比如 “DNA 复制、转录过程中 5’-3’的具体方向是怎样的？” 这种题目主要考查学生对 5’-3’这一基本概念的理解和记忆。
2.与中心法则结合考查：
过程分析：给出一段 DNA 序列或具体的中心法则相关情境，让学生分析在该过程中 5’-3’方向的体现。
比较不同过程中的 5’-3’：将 DNA 复制、转录、翻译等过程放在一起比较，问在这些过程中 5’-3’方向的异同点。这种题目考查学生对中心法则各过程的理解深度以及对 5’-3’方向在不同过程中作用的把握。
3.在基因工程中的应用考查：
载体构建：在基因工程中，构建表达载体时会涉及到目的基因的插入方向等问题，可能会以此为背景命题。比如 “在构建基因表达载体时，为什么要保证目的基因以正确的 5’-3’方向插入载体？如果插入方向错误会有什么后果？” 这考查学生对基因工程操作原理的理解以及 5’-3’方向在实际应用中的重要性的认识。
基因表达：问在基因工程中如何利用 5’-3’方向来确保目的基因的正确表达。这种题目要求学生将 5’-3’的知识与基因工程中的基因表达过程相联系，综合分析问题。
最近的23年的辽宁卷、24年山东卷、24年安徽卷、24年江苏卷、24年陕西模拟卷等都有涉及相关内容考查。
例1．（考查翻译过程）若细胞质中tRNA1（反密码子为3'AUG5'）可转运氨基酸a，tRNA2（反密码子为3'ACG5'）可转运氨基酸b，tRNA3（反密码子为3'CAU5'）可转运氨基酸c，tRNA4（反密码子为3'GCA5'）可转运氨基酸d，tRNA5（反密码子为3'UAC5'）可转运氨基酸e，tRNA6（反密码子为3'GUA5'）可转运氨基酸f。现以DNA中一条链5'-ACGTACATG-3'为模板，指导合成蛋白质。该蛋白质中氨基酸的排列（从左往右为肽链延伸的方向）可能是（ ）
A．f-c-dB．a-b-c
C．e-b-aD．b-e-a
【答案】A
【详解】以DNA中一条链5´-ACGTACATG-3´为模板转录出的mRNA的碱基序列是3´-UGCAUGUAC-5´，翻译时核糖体从mRNA的5´端向3´端移动，依次读取的密码子是5´CAU3´，5´GUA3´、5´CGU3´，tRNA上的反密码于依次为3´GUA5´、3´CAU5´、3´GCA5´基酸的排列顺序为f—c—d，A正确，BCD错误。
故选A。
例2．（情境题考查DNA复制过程）DNA复制时，一条新子链按5'→3'方向进行连续复制，而另一条链也按5'→3'方向合成新链片段——冈崎片段（如图所示）。已知DNA聚合酶不能直接起始DNA新链或冈崎片段的合成，需先借助引物酶以DNA为模板合成RNA引物，DNA聚合酶再在引物的3'—OH上聚合脱氧核苷酸。当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物去掉，换上相应的DNA片段。下列相关说法正确的是（ ）
A．引物酶属于RNA聚合酶，与DNA聚合酶一样能够催化氢键断裂
B．DNA的一条新子链按3’→5’方向进行连续复制时不需要RNA引物
C．DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂
D．RNA引物合成时与冈崎片段合成时的碱基互补配对方式完全相同
【答案】C
【详解】A、引物酶以DNA为模板合成RNA引物，引物酶属于RNA聚合酶，能够催化氢键断裂，而DNA聚合酶不能催化氢键断裂，能催化磷酸二酯键的形成，从而形成脱氧核苷酸链，A错误；
B、DNA的一条新子链按3’→5’方向进行连续复制时需要RNA引物 ，B错误；
C、引物酶以DNA为模板合成RNA引物，DNA聚合酶再在引物的3′一OH上聚合脱氧核苷酸，当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物去掉，DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂，C正确；
D、RNA引物合成时的碱基互补配对原则是A―U、T―A、G―C、C―G配对，而冈崎片段合成时的碱基互补配对原则是A―T、T―A、G―C、C―G配对，两者不完全相同，D错误。
故选C。
例3．（考查翻译过程）如图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图，序号表示物质或结构。部分密码子（5'-3'）是：异亮氨酸AUC、AUU；天冬酰胺AAC、AAU；亮氨酸UUA；终止密码子UAA。下列叙述错误的是（ ）

A．该过程有氢键的形成和断裂
B．图中①所示的氨基酸为异亮氨酸
C．参与该过程的核酸是mRNA和tRNA
D．图中②沿模板移动的方向是由右向左
【答案】C
【详解】A、互补配对的碱基之间通过氢键连接，图示过程中，tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对时有氢键的形成，tRNA离开核糖体时有氢键的断裂，A正确；
B、已知密码子的方向为5'→3'，由图示可知，携带①的tRNA上的反密码子为UAA，与其互补配对的mRNA上的密码子为AUU，因此氨基酸①为异亮氨酸，B正确；
C、参与该过程的核酸是mRNA(作为翻译的模板)、tRNA(运载氨基酸)、rRNA(组成核糖体的重要成分)，C错误；
D、由图示可知，tRNA的移动方向是由左向右，则结构②核糖体移动并读取密码子的方向为从右向左，D正确。
故选C。
例4．（2024·山东·高考真题）研究发现基因L能够通过脱落酸信号途径调控大豆的逆境响应。利用基因工程技术编辑基因L，可培育耐盐碱大豆品系。在载体上的限制酶BsaI切点处插入大豆基因L的向导DNA序列，将载体导入大豆细胞后，其转录产物可引导核酸酶特异性结合基因组上的目标序列并发挥作用。载体信息、目标基因L部分序列及相关结果等如图所示。
(1)用PCR技术从大豆基因组DNA中扩增目标基因L时，所用的引物越短，引物特异性越 （填“高”或“低”）。限制酶在切开DNA双链时，形成的单链突出末端为黏性末端，若用BsaI酶切大豆基因组DNA，理论上可产生的黏性末端最多有 种。载体信息如图甲所示，经BsaI酶切后，载体上保留的黏性末端序列应为5'- -3'和5'- -3'。
【答案】(1) 低 256 5'-CAAT-3' 5'-GTTT-3'
【详解】（1）引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，用于PCR的引物长度通常为20~30个核苷酸。由此可知，在利用PCR技术从大豆基因组DNA中扩增目的基因时，所用的引物越短，则引物的特异性就越低。根据题意可知，限制酶在切开DNA双链时，形成的单链突出末端为黏性末端，若用BsaI酶切大豆基因组DNA，图中给出的只是载体信息，大豆基因组无法从图中看出。只能根据理论来推测，BsaI切割产生的黏性末端是NNNN，四个碱基最多可能有256种排列顺序，故答案应为 256。
根据图中画的红色圈可以看出来 红色部分为切割掉的部分，剩下的为载体保留部分可以得出结论。
例5．（2024·江苏·高考真题）为了高效纯化超氧化物歧化酶（SOD），科研人员将ELP50片段插入pET-SOD构建重组质粒pET-SOD-ELP50，以融合表达SOD-ELP50蛋白，过程如图1。其中，ELP50是由人工合成的DNA片段，序列为：限制酶a识别序列-（GTTCCTGGTGTTGGC）50-限制酶b识别序列，50为重复次数。请回答下列问题：

(1)步骤①双酶切时，需使用的限制酶a和限制酶b分别是 。
(2)步骤②转化时，科研人员常用 处理大肠杆菌，使细胞处于感受态；转化后的大肠杆菌采用含有 的培养基进行筛选。用PCR技术筛选成功导入pET-SOD-ELP50的大肠杆菌，应选用的一对引物是 。
【答案】(1)EcR I、Hind Ⅲ
(2) CaCl2 卡那霉素 S-F和E-R
【详解】（1）目的基因应插入启动子和终止子之间，结合题意可知，ELP50应插入pET-SOD之后，由图可知，限制酶a和限制酶b分别是EcR I、Hind Ⅲ。
（2）将目的基因导入细菌时常用CaCl2处理细菌，是其处于感受态。由图可知，重组DNA含有标记基因卡那霉素抗性基因，所以转化后的大肠杆菌采用含有卡那霉素的培养基进行筛选。成功导入pET-SOD-ELP50同时含有pET-SOD和ELP50，结合图示可知，选引物S-F和E-R可特异性对pET-SOD-ELP50进行扩增。
例6．抗性淀粉在体内消化较慢，对糖尿病患者来说具有降低血糖水平、增加饱腹感的作用。SBE基因是影响抗性淀粉含量的重要基因，为了培育出高抗性淀粉水稻，科学家利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对水稻细胞基因组中的“靶点”进行精准修改，获得了能提高抗性淀粉含量的SBE基因突变体。下图表示利用改造过的Ti质粒构建重组表达载体并获得高抗性淀粉水稻的过程示意图，Hygr、Kanr分别表示潮霉素抗性基因和卡那霉素抗性基因，质粒中含限制酶BclⅠ、BamHⅠ和HindⅢ的酶切位点。回答下列有关问题：
(1)CRISPR/Cas9系统由sgRNA和核酸酶Cas9组成，其中sgRNA是一段含靶序列的短链RNA，能与靶序列结合，并引导核酸酶Cas9在基因特定位点切割 键，使目标基因的双链断裂。若sgRNA中靶序列设计过短，则容易发生“脱靶效应”，以致不能精准切割目标基因，原因是 。
(2)过程①构建重组表达载体时通常需要用两种不同的限制酶对Ti质粒进行酶切处理，与单酶切相比双酶切优势有 （答出两点即可）。
(3)若a链为有义链（转录时的非模板链），则为了确保将编码sgRNA的DNA片段插入到Ti质粒并能正确表达，在PCR扩增DNA片段时需在引物1和引物2的5＇端分别添加碱基序列5＇- -3＇和5＇- -3＇。
(4)过程③利用 法将重组表达载体导入水稻细胞，要获得高抗性淀粉水稻突变体还需要使用抗生素 初步筛选。
【答案】(1) 磷酸二酯键 sgRNA中靶序列设计过短，容易与非目标基因片段碱基互补配对，进而被Cas9切割出非目标片段
(2)可以避免Ti质粒和目的基因自身环化；可以保证编码sgRNA的DNA片段正向插入Ti质粒；可以防止目的基因与Ti质粒反向连接。
(3) 5'-AAGCTT-3' 5'-GGATCC-3'
(4) 农杆菌转化 潮霉素和卡那霉素
【详解】（1）核酸酶Cas9相当于基因工程中限制酶，其在特定位点切割磷酸二酯键。sgRNA中靶序列设计过短，则容易与非目标基因片段发生碱基互补配对，进而切割非目标基因片段，产生“脱靶效应”。
（2）在表达载体构建过程中，与单酶切相比，双酶切可以避免Ti质粒和目的基因自身环化，可以保证编码sgRNA的DNA片段正向插入Ti质粒，可以防止目的基因与Ti质粒反向连接等。
（3）b链为模板链，则转录的方向是从右向左，根据Ti质粒启动子到终止子方向以及中间的三种限制酶，其中BclⅠ限制酶与BamHⅠ切割后会露出相同的粘性末端，应只选其中一种，且BclⅠ限制酶会破坏潮霉素抗性基因，应排除，则应选择限制酶HindⅢ和BamHⅠ，根据翻译的方向，引物2对应限制酶BamHⅠ，引物1对应限制酶HindⅢ，因此在PCR扩增DNA片段时需在引物1的5＇端添加5'-AAGCTT-3'，在引物2的5＇端添加5'-GGATCC-3'。
（4）过程③利用农杆菌转化法将重组表达载体导入水稻细胞，要获得高抗性淀粉水稻突变体还需要使用抗生素潮霉素和卡那霉素进行初步筛选。
例7．萝卜硫素具有抗炎、抗癌等生理功能，由黑芥子酶（Myr）水解前体物质形成。编码黑芥子酶的基因序列如图（起始密码子为AUG、GUG，终止密码子为UAG、UAA、UGA，碱基序列中间的“……”含246个核苷酸）。请回答下列问题：
(1)在多肽合成过程中，tRNA“搬运”氨基酸到核糖体上，氨基酸结合部位在tRNA的 端。据图推测，Myr基因编码的多肽最多含 个氨基酸。由图可知模板链的 （填“左”或“右”）为3′端。
(2)若Myr基因的编码链（模板链的互补链）一段序列为5′–ATG–3′，则该序列所对应的tRNA上的反密码子是 。根据下表，这种tRNA搬运的氨基酸是 。
(3)一种tRNA可以携带 种氨基酸。一个mRNA分子翻译出的多肽中，氨基酸的数目最多是mRNA碱基数目的 。为满足机体快速合成大量相关蛋白的需求，细胞的应对策略是 。
【答案】(1) 3' 83 右
(2) 5'-CAU-3' 甲硫氨酸
(3) 多 1/3 一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链
【详解】（1）翻译过程中，氨基酸结合部位在tRNA的3′端；起始密码子AUC、CUG对应的DNA序列分别为TAC、CAC，终止密码子UAA、UAG和UGA对应的DNA序列分别为ATT、ATC、ACT；终止密码子不编码氨基酸，根据Myr基因的模板链序列可知，该基因最多编码（9+246+12）÷3=89个氨基酸；由图可知，转录方向为从左到右，而子链从5′端向3′端延伸，因此模板链的左侧为3′端。
（2）若编码链的一段序列为5′-ATG-3′，则模板链对应序列为3′-TAC-5′，mRNA碱基序列为5′-AUG-3′，该序列所对应的反密码子是5′-CAU-3′，AUG所对应的氨基酸为甲硫氨酸。
（3）一种tRNA可以携带一种氨基酸，一种氨基酸可由多种tRNA携带；翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸，若不考虑终止密码子，一个mRNA分子翻译出的多肽中，氨基酸的数目是mRNA碱基数目的1/3；为满足机体快速合成大量相关蛋白的需求，细胞的应对策略是一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，从而提高了翻译的效率。
例8．图甲是人体胰岛素基因控制合成胰岛素的过程示意图，图乙是图甲中②过程的局部放大图，回答下列问题。

(1)图甲①过程发生的场所是 ，该过程中需要 酶的参与。图甲②过程所需的原料是 。
(2)图甲②过程中核糖体在mRNA上的移动方向是 （选填“从左向右”、“从右向左”或“随意的”）；图甲中1个mRNA上结合了3个核糖体的意义是 ，这3个核糖体上最终合成的肽链结构 （填“相同”或“不同”）。
(3)图乙中mRNA分子的碱基序列是5′—UGGACUACAGGG—3′，则合成该mRNA分子的模板连的碱基序列是5′— —3′，图乙中苏氨酸对应的密码子是 。
【答案】(1) 胰岛B细胞的细胞核 RNA聚合 氨基酸
(2) 从左向右 少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质 相同
(3) CCCTGTAGTCCA ACU
【详解】（1） 图甲中过程①以DNA为模板，产物是mRNA，故该过程是胰岛素基因的转录过程，发生场所是胰岛B细胞的细胞核，该过程需要RNA聚合酶的参与。过程②表示翻译，以mRNA为模板，合成蛋白质的过程，所需的原料是氨基酸。
（2） 图甲中mRNA有三个核糖体，根据核糖体上多肽链的长短，判断图甲中核糖体在mRNA上的移动方向是从左到右。一条mRNA上同时结合了多个核糖体，其生物学意义是少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质，提高翻译效率。这3个核糖体结合的模板mRNA是相同的，因此最终合成的肽链结构相同。
（3） 转录时，DNA模板链与形成的mRNA链方向相反，两条链的碱基遵循碱基互补配对，图乙中mRNA分子的碱基序列是5′—UGGACUACAGGG—3′，则合成该mRNA分子的模板连的碱基序列是5′—CCCTGTAGTCCA—3′。根据图乙中tRNA携带氨基酸的情况可知图乙核糖体移动方向为由左往右，已知携带苏氨酸的tRNA上的反密码子为UGA，由于密码子和反密码子能碱基互补配对，故苏氨酸的密码子是ACU。
氨基酸
甲硫氨酸
甘氨酸
苏氨酸
脯氨酸
密码子
AUG
GGU
GGA
GGG
GGC
ACU
ACA
ACG
ACC
CCU
CCA
CCG
CCC