Question

【題目】凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關(guān)鍵性酶，直接利用動、植物生產(chǎn)凝乳酶受多種因素限制，培育高酶活力凝乳酶微生物菌種是目前最有前途的發(fā)展方向。用紫外線照射芽孢桿菌，分離、培養(yǎng)，并檢測各菌株所產(chǎn)生的凝乳酶活力，操作過程如圖所示。請分析回答：

（1）圖所示紫外線照射的原理是________，接種用的平板培養(yǎng)基________（是、不是）選擇培養(yǎng)基。

（2）在一定溫度下（35℃），一定時間內(nèi)（通常為40分鐘），凝固1mL10％脫脂奶粉的酶量為一個酶活力單位（U），凝乳酶活力檢測結(jié)果如圖2所示。

①據(jù)圖所示，酶催化能力最強(qiáng)的是________組。

②A2、A5組酶活力單位與A0組芽孢桿菌相同，兩位同學(xué)對此做出了推測。

同學(xué)甲：A2、A5組芽孢桿菌未發(fā)生基因突變，因為基因突變具有________的特點。

同學(xué)乙：A2、A5組芽孢桿菌發(fā)生基因突變，但凝乳酶蛋白未改變，其依據(jù)的理由是________________。為了驗證上述2位同學(xué)的假設(shè)，可采用________________技術(shù)檢測凝乳酶基因是否發(fā)生了突變。

（3）從牛胃液中分離到的凝乳酶以催化能力強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用，研究人員運用基因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細(xì)胞中。

①從牛胃細(xì)胞中提取________________，再反轉(zhuǎn)錄形成cDNA。以此cDNA為模板PCR擴(kuò)增目的基因，有時需要在引物的起始端設(shè)計________（限制酶、DNA連接酶、RNA聚合酶）識別序列，以便構(gòu)建重組DNA分子。

②構(gòu)建重組DNA分子（如圖所示）最好選用________________限制酶（填酶的名稱），理由是________________。

③工業(yè)化生產(chǎn)過程中，最初多采用重組大腸桿菌或芽孢桿菌生產(chǎn)凝乳酶，現(xiàn)多采用重組毛霉生產(chǎn)，毛霉作為受體細(xì)胞的優(yōu)勢是___________________________________________________________________。

④研究發(fā)現(xiàn)，如果將該凝乳酶20位和24位氨基酸改變?yōu)榘腚装彼�，其催化能力將提�?/span>2倍。通過蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)高效凝乳酶，所需步驟依次有________。

a．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

b．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能分析

c．蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的定向改造

d．凝乳酶基因的定向改造

e．將改造后的凝乳酶基因?qū)�入受體細(xì)胞

f．將定向改造的凝乳酶導(dǎo)入受體細(xì)胞

Answer 1

【答案】基因突變 不是 A6 低頻率性（稀有性） 一種氨基酸可能對應(yīng)多種密碼子（基因突變發(fā)生在非編碼區(qū)或密碼子有簡并性） DNA分子雜交（DNA測序） mRNA 限制酶 BamHⅠ和PstⅠ 提高重組DNA分子的比例（防止自身的黏性末端連接，防止目的基因與載體反向連接） 含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，可對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工和修飾 b、a、d、e

【解析】

本題結(jié)合圖示主要考查基因工程的原理及技術(shù)、基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程等。據(jù)圖第一個圖所示的b過程為菌落的稀釋，培養(yǎng)基中含有多種酶活力不同的突變芽孢桿菌；第二個圖中，凝固1mL10%脫脂奶粉的酶量最少的是6組；分析第三個圖可知，質(zhì)粒和外源DNA中共同含有且不會破壞目的基因的限制酶是BamHI和PstI。

（1）圖所示紫外線照射使細(xì)胞中的基因發(fā)生改變，其原理是基因突變；接種用的平板培養(yǎng)基為不管突變與否的芽孢桿菌提供營養(yǎng)物質(zhì)的，不用于篩選，故不是選擇培養(yǎng)基。

（2）①據(jù)圖2所示，凝固1mL10%脫脂奶粉的酶量最少的是A6組，故酶催化能力最強(qiáng)的是A6組。②同學(xué)甲：基因突變有低頻性的特點，故很可能使A2、A5組的細(xì)菌均未發(fā)生基因突變。同學(xué)乙：如果A2、A5組芽孢桿菌發(fā)生基因突變，但凝乳酶蛋白未改變，這可能是因為一種氨基酸可能對應(yīng)多種密碼子，隨基因發(fā)生突變，但不會改變翻譯出來的氨基酸；也可能是因為發(fā)生基因突變的區(qū)段為非編碼區(qū)。為了驗證上述2位同學(xué)的假設(shè)，可采用DNA分子雜交技術(shù)檢測凝乳酶基因是否發(fā)生了突變。

（3）①牛胃細(xì)胞中含有能翻譯出凝乳酶的mRNA，可逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA．構(gòu)建重組DNA分子時，需用同種限制性內(nèi)切酶處理目的基因和載體，故需要在引物的5’端設(shè)計限制酶識別序列，以便構(gòu)建重組DNA分子。
②由圖3可知，質(zhì)粒和外源DNA中共同含有且不會破壞目的基因的限制酶是BamHI和PstI，因此構(gòu)建重組DNA分子最好選用BamHI和PstI限制酶，這樣可以防止自身的黏性末端連接，防止目的基因與載體反向連接。
③毛霉較重組大腸桿菌或芽孢桿菌作為受體細(xì)胞的優(yōu)勢是毛霉為真核微生物，含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體可對蛋白進(jìn)行加工和修飾。

④通過分析想要的蛋白質(zhì)的功能，預(yù)測蛋白質(zhì)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)逆向推測控制該蛋白質(zhì)合成的基因的堿基組成及排列順序．最后就是將改造后的目的基因?qū)�入受體細(xì)胞，從而轉(zhuǎn)錄翻譯得出目的蛋白，故順序為b、a、d、e。