精析核心考點(diǎn) 突破基因工程

譚家學(xué)

基因工程的工具

例1 下列關(guān)于各種酶作用的敘述，不正確的是（ ）

A.DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接

B.RNA聚合酶能與基因的特定位點(diǎn)結(jié)合，催化遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

C.一種限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別多種核苷酸序列，切割出多種目的基因

D.DNA聚合酶能將單個(gè)的脫氧核苷酸連接成DNA的一條鏈

解析 限制性核酸內(nèi)切酶具有特異性，一種限制酶只能識(shí)別一種核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)切割。DNA連接酶和DNA聚合酶連接的都是磷酸二脂鍵，前者作用的是DNA片段，后者作用的是單個(gè)的脫氧核苷酸；RNA聚合酶是將單個(gè)的核糖核苷酸連接成長(zhǎng)鏈，與基因的特定位點(diǎn)結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。

答案 C

點(diǎn)撥 限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、DNA聚合酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位。氫鍵的斷裂和重新合成均與限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶無關(guān)。在基因工程中氫鍵的斷裂是通過升高溫度來實(shí)現(xiàn)的，氫鍵的重新合成是通過降低溫度來實(shí)現(xiàn)的。

[—A—G—C—A—T—A—

—T—C— G—T—A—T—][②][①]

作為載體的條件：能自我復(fù)制、有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)、具有特殊的標(biāo)記基因。常用的有質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒等。

基因工程的基本操作程序及應(yīng)用

例2 許多大腸桿菌的質(zhì)粒上含有l(wèi)acZ基因，其編碼的產(chǎn)物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在下，可以產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，使菌落呈現(xiàn)藍(lán)色，否則菌落呈現(xiàn)白色?；蚬こ讨谐＠迷撛韽膶?dǎo)入質(zhì)粒的受體細(xì)胞中篩選出真正導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)胞，過程如圖所示。請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）基因工程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是 。

（2）限制酶EcoRⅠ的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)是-G↓AATTC-，SmaⅠ的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)是-CCC↓GGG-。圖中目的基因被切割下來和質(zhì)粒連接之前，需在目的基因的右側(cè)連接相應(yīng)的末端，連接的末端序列是 ，連接過程中需要的基本工具是 。

（3）轉(zhuǎn)化過程中，大腸桿菌應(yīng)先用 處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態(tài)。

（4）菌落顏色為白色的是 ，原因是 。

（5）菌落③中的目的基因是否表達(dá)，可采用的檢測(cè)辦法是 。

解析 （1）基因工程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，能遺傳給后代，并表達(dá)和發(fā)揮作用。（2）根據(jù)限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的識(shí)別序列、切割位點(diǎn)和圖解判斷，圖中目的基因被切割下來和質(zhì)粒連接之前，需在目的基因的右側(cè)連接相應(yīng)的末端，連接的末端序列是-TTAA，連接過程中需要的基本工具是DNA連接酶。（3）轉(zhuǎn)化過程中，大腸桿菌應(yīng)先用Ca2+處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態(tài)。（4）由于lacZ標(biāo)記基因區(qū)插入外源基因后被破壞，不能表達(dá)出β-半乳糖苷酶，故菌落③為白色菌落。（5）可采用抗原-抗體雜交的辦法檢測(cè)菌落③中的目的基因是否表達(dá)。

答案 （1）使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，能遺傳給后代，并表達(dá)和發(fā)揮作用 （2）-TTAA DNA連接酶 （3）Ca2+ （4）菌落③ lacZ標(biāo)記基因區(qū)插入外源基因后被破壞，不能表達(dá)出β-半乳糖苷酶，故菌落為白色 （5）抗原—抗體雜交

點(diǎn)撥 基因工程的基本操作程序如下：

目的基因的獲取。①?gòu)幕蛭膸?kù)中獲取；②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增；③人工合成。

基因表達(dá)載體的構(gòu)建?；虮磉_(dá)載體的組成包括啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因。使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，且目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

蛋白質(zhì)工程

例3 蛋白質(zhì)工程被稱為第二代基因工程，目前已成為研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的重要手段。如圖為蛋白工程的流程圖（自右向左），請(qǐng)據(jù)圖回答以下問題：

[轉(zhuǎn)錄][①][②][翻譯][折疊][蛋白質(zhì)工程流程圖][預(yù)期功能][生物功能][氨基酸序

列多肽鏈][蛋白質(zhì)三

維結(jié)構(gòu)][基因

DNA][mRNA]

（1）與基因工程相比較，蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物具備的特點(diǎn)是 。

（2）圖中的步驟①和②分別為 、分子設(shè)計(jì)。

（3）由圖可知，要改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終是通過改造基因來實(shí)現(xiàn)的。原因是 。

（4）從以上流程圖可以看出，蛋白質(zhì)工程是以 為基礎(chǔ)并延伸出來的包含多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域，

解析 （1）蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)出自然界中不存在的新蛋白質(zhì)。（2）①處應(yīng)是DNA合成。（3）因?yàn)楦脑旎虿僮鞲菀?，且改造后可以遺傳。（4）蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)延伸出來的第二代基因工程，包含多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域。

答案 （1）可生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì) （2）DNA合成 （3）改造基因操作更容易，且改造后可以遺傳 （4）基因

點(diǎn)撥 蛋白質(zhì)工程最終還是回到基因工程上來，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成由基因控制，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出的第二代基因工程。兩者的操作核心都是基因，但是一個(gè)操作起點(diǎn)是目的基因，一個(gè)操作起點(diǎn)是預(yù)期蛋白質(zhì)功能。基因工程通過定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類需要的生物類型和生物產(chǎn)品；蛋白質(zhì)工程通過定向改造生物的遺傳特性來生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)（基因的異體表達(dá)）。

[練習(xí)]

普通番茄細(xì)胞中含多聚半乳糖醛酸酶基因（用A表示），控制細(xì)胞產(chǎn)生多聚半乳糖醛酸酶，該酶能破壞細(xì)胞壁，使番茄易軟化，不耐儲(chǔ)藏?？苟嗑郯肴樘侨┧崦富蚩梢允狗巡辉佼a(chǎn)生多聚半乳糖醛酸酶，從而使番茄長(zhǎng)時(shí)間抗軟化，容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。下圖是通過基因工程培育抗軟化耐儲(chǔ)藏番茄的過程及原理。請(qǐng)分析回答下列問題：

（1）普通番茄（AA）也可以通過 育種的方法，最終獲得基因型為aa（不能合成多聚半乳糖醛酸酶）的抗軟化、耐儲(chǔ)存的番茄。

（2）利用基因工程將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，目前采用最多的方法是 ，該方法中用到的目的基因載體是 ，目的基因需插入到該基因載體的 上。

（3）將抗多聚半乳糖醛酸酶基因?qū)敕鸭?xì)胞所需要的工具酶有 。

（4）圖1中獲得導(dǎo)入抗多聚半乳糖醛酸酶基因的番茄細(xì)胞，需要經(jīng)過 技術(shù)獲得轉(zhuǎn)基因番茄，這個(gè)過程需要在 條件下進(jìn)行，細(xì)胞先經(jīng)脫分化形成 ，再形成叢芽和根。

（5）根據(jù)圖2分析抗多聚半乳糖醛酸酶基因能使番茄抗軟化的原理是兩個(gè)基因分別轉(zhuǎn)錄出的mRNA ，從而阻斷了 過程。