精析核心考點 突破基因工程

譚家學

基因工程的工具

例1 下列關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結合，催化遺傳信息的轉錄

C.一種限制性核酸內切酶能識別多種核苷酸序列，切割出多種目的基因

D.DNA聚合酶能將單個的脫氧核苷酸連接成DNA的一條鏈

解析 限制性核酸內切酶具有特異性，一種限制酶只能識別一種核苷酸序列，并在特定的位點切割。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，后者作用的是單個的脫氧核苷酸；RNA聚合酶是將單個的核糖核苷酸連接成長鏈，與基因的特定位點結合進行轉錄。

答案 C

點撥 限制性核酸內切酶、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切酶、DNA連接酶無關。在基因工程中氫鍵的斷裂是通過升高溫度來實現的，氫鍵的重新合成是通過降低溫度來實現的。

[—A—G—C—A—T—A—

—T—C— G—T—A—T—][②][①]

作為載體的條件：能自我復制、有一個至多個限制酶切割位點、具有特殊的標記基因。常用的有質粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒等。

基因工程的基本操作程序及應用

例2 許多大腸桿菌的質粒上含有lacZ基因，其編碼的產物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在下，可以產生藍色沉淀，使菌落呈現藍色，否則菌落呈現白色。基因工程中常利用該原理從導入質粒的受體細胞中篩選出真正導入重組質粒的細胞，過程如圖所示。請據圖回答：

（1）基因工程中，構建基因表達載體的目的是 。

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

（3）轉化過程中，大腸桿菌應先用 處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態。

（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，可采用的檢測辦法是 。

解析 （1）基因工程中，構建基因表達載體的目的是使目的基因在受體細胞中穩定存在，能遺傳給后代，并表達和發揮作用。（2）根據限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的識別序列、切割位點和圖解判斷，圖中目的基因被切割下來和質粒連接之前，需在目的基因的右側連接相應的末端，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）轉化過程中，大腸桿菌應先用Ca2+處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態。（4）由于lacZ標記基因區插入外源基因后被破壞，不能表達出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菌落③中的目的基因是否表達。

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

點撥 基因工程的基本操作程序如下：

目的基因的獲取。①從基因文庫中獲取；②利用PCR技術擴增；③人工合成。

基因表達載體的構建。基因表達載體的組成包括啟動子、終止子、標記基因、目的基因。使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳給下一代，且目的基因能夠表達和發揮作用。

蛋白質工程

例3 蛋白質工程被稱為第二代基因工程，目前已成為研究蛋白質結構和功能的重要手段。如圖為蛋白工程的流程圖（自右向左），請據圖回答以下問題：

[轉錄][①][②][翻譯][折疊][蛋白質工程流程圖][預期功能][生物功能][氨基酸序

列多肽鏈][蛋白質三

維結構][基因

DNA][mRNA]

（1）與基因工程相比較，蛋白質工程產物具備的特點是 。

（2）圖中的步驟①和②分別為 、分子設計。

（3）由圖可知，要改造蛋白質結構，最終是通過改造基因來實現的。原因是 。

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

解析 （1）蛋白質工程可以生產出自然界中不存在的新蛋白質。（2）①處應是DNA合成。（3）因為改造基因操作更容易，且改造后可以遺傳。（4）蛋白質工程是以基因工程為基礎延伸出來的第二代基因工程，包含多學科的綜合科技工程領域。

答案 （1）可生產出自然界不存在的蛋白質 （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

點撥 蛋白質工程最終還是回到基因工程上來，因為蛋白質的合成由基因控制，所以說蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出的第二代基因工程。兩者的操作核心都是基因，但是一個操作起點是目的基因，一個操作起點是預期蛋白質功能。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品；蛋白質工程通過定向改造生物的遺傳特性來生產人類需要的蛋白質（基因的異體表達）。

[練習]

普通番茄細胞中含多聚半乳糖醛酸酶基因（用A表示），控制細胞產生多聚半乳糖醛酸酶，該酶能破壞細胞壁，使番茄易軟化，不耐儲藏。抗多聚半乳糖醛酸酶基因可以使番茄不再產生多聚半乳糖醛酸酶，從而使番茄長時間抗軟化，容易儲存和運輸。下圖是通過基因工程培育抗軟化耐儲藏番茄的過程及原理。請分析回答下列問題：

（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、耐儲存的番茄。

（2）利用基因工程將目的基因導入植物細胞，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導入番茄細胞所需要的工具酶有 。

（4）圖1中獲得導入抗多聚半乳糖醛酸酶基因的番茄細胞，需要經過 技術獲得轉基因番茄，這個過程需要在 條件下進行，細胞先經脫分化形成 ，再形成叢芽和根。

（5）根據圖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基因分別轉錄出的mRNA ，從而阻斷了 過程。