- 蛋白质工程的崛起
- 共126题
红火蚁原分布于南美洲,现已成为世界性的外来危害物种。2011年华南地区也陆续出现蚁情。
(1)入侵华南某地后,红火蚁种群数量迅速增长,其外因是________。由于地理隔离,多年后该种群与原分布地种群的_______会出现差异,最终可能导致生殖隔离。
(2)辛硫磷是一种有机磷杀虫剂,测定其对不同品级红火蚁的致死剂量,及红火蚁乙酰胆碱酯酶的活性,结果如下。
①.实验中每一品级的红火蚁个数不能低于3头,原因是_________。
②.有同学认为,乙酰胆碱酯酶活性越高的红火蚁,需要施加的辛硫磷剂量越大,这个 实验结论是否正确?请说明理由。__________________。
③.乙酰胆碱是由突触小体内的________释放的神经递质,能引起肌细胞收缩,随后乙酰胆碱酯酶很快将其水解。喷洒辛硫磷后,红火蚁因肌肉持续收缩而死亡,推测辛硫磷可能的杀虫机理是:_________。
(3)有机磷农药会带来环境污染。若要从土壤中分离、纯化出能分解辛硫磷的微生物,接种的样品应取自_________。从分离到的微生物中提取分解辛硫磷的关键酶,通过改变某些位点上的氨基酸,可显著提高该酶的活性,此技术属于________工程。
正确答案
(1)缺少天敌、食物充足、气候适宜(答出两点即可);基因库
(2)①.偶然因素会导致实验结果出现误差(或个体差异会干扰实验结果)
②.不正确。因为有翅雄蚁的乙酰胆碱酶活性最低,但其致死剂量却很高。
③.突触小泡;抑制乙酰胆碱酯酶活性,使乙酰胆碱难以被分解
(3)受辛硫磷污染的土壤;蛋白质
下图是从酵母菌获取某植物需要的某种酶基因的流程图,结合所学知识及相关信息回答下列问题:
(1)图中cDNA文库__________基因组文库(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(2)①过程提取的DNA需要___________的切割,B过程是__________。
(3)为在短时间内获得大量目的基因,可用__________扩增的方法,其原理是__________。
(4)目的基因获取之后,需要进行___________,其组成必须有__________以及标记基因等。此步骤是基因工程的核心。
(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞,常采用的方法是__________,其能否在此植物体内稳定遗传的关键是____________,可以用__________技术进行检测。
(6)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性,需要对现有蛋白质进行改造,这要通过基因工程的延伸——蛋白质工程。首先要设计预期的_________,再推测应有的氨基酸序列,找到相对应的________。
(7)除植物基因工程硕果累累之外,人们在动物基因工程、基因工程药物和基因治疗等方面也取得了显著成果,请列举出至少两方面的应用:_____________。
正确答案
(1)小于
(2)限制酶 反转录
(3)PCR技术 DNA复制
(4)基因表达载体的构建 启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)
(5)农杆菌转化法 目的基因是否整合到植物细胞的染色体上 DNA分子杂交
(6)蛋白质结构 脱氧核苷酸序列
(7)乳腺生物反应器、体外基因治疗复合型免疫缺陷综合症
(附加题)请分析回答下列与现代生物科技有关的问题:
(1) 糖尿病在现代社会中的发病率越来越高,主要是因为患者胰岛B细胞受损,胰岛素分泌不足。对此,某同学根据所学知识提出了用转基因动物生产胰岛素的治疗方法。
基本程序:①获取目的基因→②基因表达载体的构建→③将目的基因导入受体细胞→④目的基因的检测与鉴定。其中①和②的操作中需要相同的工具酶是______________,该酶的作用是______________。利用PCR技术扩增目的基因的过程中,目的基因受热形成单链并与引物结合,在________酶的作用下延伸形成DNA。
(2) 蛋白质工程的基本途径是:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的________序列。
(3) 科学家采用体细胞杂交方法获得“番茄—马铃薯”超级杂种植株,该过程中可诱导原生质体融合的试剂是_________,获得的杂种细胞还需经________技术培养获得杂种植株。但是该植株并没有像人们想像的那样——地上结番茄,地下结马铃薯。为什么?________。
(4) 单克隆抗体的制备过程中,骨髓瘤细胞和产生免疫反应的动物的脾脏细胞中的B淋巴细胞融合。由于可能产生多种融合细胞,因此还需对融合细胞进行___________。
正确答案
(1)限制性核酸内切酶(或限制酶) 识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂 DNA聚合
(2)脱氧核苷酸
(3)聚乙二醇(PEG) 植物组织培养 基因的表达不是孤立的,它们之间是相互调控相互影响的(杂种植株中两种生物的基因不能像杂交前一样有序表达)
(4)筛选和检测
降钙素是一种多肽类激素,临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低,半衰期较短。某科研机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素,从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,并人工合成了两条72个核苷酸的DNA 单链,两条链通过18 个碱基对形成部分双链DNA片段,再利用Klenow酶补平,获得双链DNA,过程如图。
在此过程中发现,合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象。分析回答下列问题:
(1)Klenow酶是一种________ 酶,合成的双链DNA 有________ 个碱基对。
(2) 获得的双链DNA 经EcoR Ⅰ(识别序列和切割位点-G↓AATTC-)和HⅠ(识别序列和切割位点-G↓GATCC-)双酶切后插入到大肠杆菌质粒中,筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA测序验证。
①.大肠杆菌是理想的受体细胞,这是因为它______________________。
②.将该目的基因导入大肠杆菌常用的方法是______________________。
③.设计EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切的目的是_________________________。
④.要进行重组质粒的鉴定和选择,需要大肠杆菌质粒中含有______________。
⑤.在进行DNA测序时采用的方法是______________。经DNA测序表明,最初获得的多个重组质粒,均未发现完全正确的基因序列,最可能的原因是__________________。
(3)上述制备该新型降钙素,运用的现代生物工程技术是_______________。
正确答案
(1)DNA聚合 126
(2)①.繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 ②.Ca+ ③.保证目的基因和载体的定向连接(或防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接) ④.标记基因 ⑤.DNA分子杂交技术 合成的核苷酸单链仍较长,产生缺失碱基的现象
(3)蛋白质工程
农业科技工作者在烟草中找到了一种抗病基因,现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花,培育抗病棉花品系。请回答下列问题。
(1)要获得该抗病基因,可采用_______、_______等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中,常用的载体是____________。
(2)要使载体与该抗病基因连接,首先应使用_________进行切割。假如载体被切割后,得到的分子末端序列为则能与该载体连接的抗病基因分子末端是______。
(3)切割完成后,采用_______酶将载体与该抗病基因连接,连接后得到的DNA分子称为__________。
(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌,然后用该农杆菌去_____棉花细胞,利用植物细胞具有的____性进行组织培养,从培养出的植株中_______出抗病的棉花。
(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是______。
A.淀粉 B.脂类 C.蛋白质 D.核酸
(6)转基因棉花获得的________是由该表达产物来体现的。
(7)被誉为第二代基因工程的_________工程,已经向人们展示诱人的前景。它的基本途径是:从预期的蛋白质功能出发→___________→推测应有的氨基酸序列→___________。
正确答案
(1)从细胞中分离 化学方法人工合成 质粒
(2)限制性内切酶(限制酶) A
(3)DNA连接 重组质粒
(4)感染 全能 筛选(选择)
(5)C
(6)抗病性状
(7)蛋白质 设计预期的蛋白质结构 找到相对应的脱氧核苷酸序列
天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类,用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转入酿酒酵母菌,获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题:
(1)将淀粉酶基因切割下来所用的工具是________,用_______将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子,此表达载体除目的基因外,必须含有______、_______和标记基因。
(2)若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌,可采用的检测方法是_______________,该项方法要用____________作探针进行检测;若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶,可采用_____方法检测。
(3)采用PCR技术可对目的基因进行体外扩增。该反应体系的主要成分应包含:扩增缓冲液(含Mg2+)、水、4种dNTP、模板DNA、引物和____________。其中引物有_________种,实质是_______,假如引物都用3H标记,从理论上计算循环4次,所得DNA分子中含有3H标记的占____。
(4)已知BarnHⅠ与BglⅡ的识别序列及切割位点如下图所示,用这两种酶和DNA连接酶对一段含有数个BarnHⅠ和BglⅡ识别序列的DNA分子进行反复的切割、连接操作,若干循环后_______序列明显增多。
(5)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质,__________却能生产自然界不存在的新的蛋白质,但最终还须通过改造基因来实现,原因是__________。
正确答案
(1)限制性核酸内切酶;DNA连接酶;启动子;终止子
(2)DNA分子杂交技术;用放射性同位素进行标记了的含目的基因的DNA片断;抗原—抗体杂交法(或淀粉酶活性)
(3)Taq酶(耐高温的或热稳定的DNA聚合酶);2;DNA;100%
(4)
(5)蛋白质工程;①基因控制蛋白质的合成,改造基因即改造了蛋白质;②改造的基因可以遗传,直接改造的蛋白质不能遗传;③目前对大多数蛋白质复杂的高级结构还不清楚,所以改造基因比直接改造蛋白质容易(答对其中一点即可)
(选做题)请回答有关图示问题:
(1)图甲中①一③所示的生物工程为_______。该工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过对__________的修饰或合成,对现有的_______进行改造,或制造出新的一种蛋白质,以满足人类的生产生活的需求。
(2)图甲中序号④所示过程叫做___________,该过程遵循的碱基互补原则中不同于翻译过程的碱基对是___________。(请将模板碱基写在前)
(3)如下图乙,一个基因表达载体的组成,除了目的基因外,在基因尾端还必须有[2]_____;图中[3]_________的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
(4)若预期蛋白质欲通过乳腺生物反应器生产,则构建基因表达载体时,图乙中序号[1]代表的是________;且在图甲中⑨过程之前,要对精子进行筛选、保留含性染色体____的精子。
(5)为获得较多的受精卵进行研究,图甲中⑥过程一般用激素对供体做_______处理,为提高培育成功率,进行⑩过程之前,要对供、受体动物做______处理。若甲图中的卵母细胞来自从屠宰场收集的卵巢,则其在⑧之前须进行体外培养到 _________期方能受精。
(6)用_______技术处理发育到______期或囊胚期的早期胚胎,可获得同卵双胎或多胎。若是对囊胚进行处理,要注意将__________均等分割。
正确答案
(1)蛋白质工程基因 蛋白质
(2)反转录 A—T
(3)终止子 标记基因
(4)乳腺蛋白基因的启动子 X
(5)超数排卵 同期发情 减数第二次分裂中期
(6)胚胎分割 桑椹胚 内细胞团
降钙素是一种多肽类激素,临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低,半衰期较短。某科学机构为了研究一种活性高、半衰期长的新型降钙素,从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,并人工合成了两条72个碱基的DNA单链,两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段,再利用Klenow酶补平,获得双链DNA,过程如下图。在此过程中发现,合成较长的核苷酸单链易产生缺失碱基的现象。分析回答下列问题:
(1)Klenow酶是一种__________酶,合成的双链DNA有___________个碱基对。
(2)获得的双链DNA经EcoR(识别序列和切割位点-G↓AATTC-)和BamH(识别序列和切割位点-G↓GATCC-)双酶切后插入到大肠杆菌质粒中,筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA测序验证。
①.大肠杆菌是理想的受体细胞,这是因为它____________。
②.设计EcoR和BamHⅠ双酶切的目的是____________。
③.要进行重组质粒的鉴定和选择,需要大肠杆菌质粒中含有___________。
(3)经DNA测序表明,最初获得的多个重组质粒,均未发现完全正确的基因序列,最可能的原因是_____。
(4)上述制备该新型降钙素,运用的现代生物工程技术是___________。
正确答案
(1) DNA聚合 126
(2)①.繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少
②.保证目的基因和载体定向连接(或防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接)
③.标记基因
(3)合成的核苷酸单链仍较长,产生缺失碱基的现象
(4)蛋白质工程
香蕉原产于热带地区,是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响,对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒(BBTV,单链环状DNA病毒)引起的香蕉束顶病,对香蕉产生的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体,由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式,缺少遗传变异性,因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平,具有重要意义。请根据上述材料,回答下列问题。
(1)简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。_____________________________。
(2)脱毒香蕉苗的获得,可采用__________的方法,此方法的依据是___________和___________。
(3)建立可靠的BBTV检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量,请问可用哪些方法检测病毒的存在?_________________(列举两种方法)。
(4)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值,该基因可以从这些鱼的DNA中扩增得到。试述在提取和纯化DNA时影响提纯效果的因素及其依据。___________________(列举两点)。
(5)如何利用afp基因,通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株?在运用转基因香蕉的过程中,在生态安全方面可能会出现什么问题?________________(列举两点)。
(6)从细胞工程的角度出发,简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。__________________。另外,抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期,请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。__________________。
正确答案
(1)选取香蕉外植体,通过诱导脱分化产生愈伤组织,然后通过调整植物激素比例,使其再分化形成芽和根,获得大量试管苗(或通过诱导形成大量胚状体,制成人工种子,适宜条件下萌发长成幼苗)。
(2)茎尖(分生组织)组织培养 茎尖不带病毒(或病毒在植物体内分布不均匀) 植物细胞全能性
(3)①.BBTV病毒基因的检测(DNA分子杂交技术);
②.BBTV病毒蛋白的检测(获得抗血清,利用抗原一抗体的杂交反应,判断病毒是否存在)。
(4)(答出两点即可)
①.选择NaCl溶液的合适浓度,利用DNA和其他杂质在不同NaCl溶液中溶解度不同的特性,达到分离目的;
②.加入一定量酒精,使部分蛋白质杂质溶解于酒精,与DNA分离;
③.加入蛋白酶,除去蛋白质杂质的干扰;
④.控制DNA提取的温度,使大多数蛋白质杂质变性。
(5)(答出两点即可)
将afp基因插入土壤农杆菌的质粒,构建表达载体,通过农杆菌的转化导入香蕉受体细胞,成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株。生态安全问题包括:
①.外源基因扩散到其他物种(外源基因漂移);
②.转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能;
③.转基因植株扩散对生物多样性的影响;
④.转基因植物残体或分泌物对环境的影响。
(6)体细胞杂交育种,其依据是将不同品种的香蕉体细胞利用细胞融合技术融合成杂种细胞后培育出抗寒香蕉品种(或体细胞诱变育种,其依据是利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变,然后筛选培育出抗寒品种)。
蛋白质工程方法的步骤为:
①.果胶裂解酶蛋白的功能分析;
②.果胶裂解酶蛋白的结构预测和设计;
③.果胶裂解酶基因的改造。
蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。下面是蛋白质工程的基本途径,试回答下列有关问题:
(1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的_______,后者位于_______分子上,其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸之间存在着_______关系。
(2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因,要使这一序列能够表达、发挥作用,还必须在序列上、下游加上_______和_______,在这个过程中需要_______酶的参与。
(3)完成④过程需要涉及________技术。
正确答案
(1)密码子 mRNA 碱基互补配对
(2)启动子 终止子 DNA连接
(3)基因工程
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