阅读下列材料,并回答问题:
纤维素酶的分子改造
纤维素酶的分子改造先后经历了以下3个阶段:以定点突变为基础的“定点理性设计”;以易错PCR等技术主导的“定向迹化”;以数据驱动设计或结构生物信息学指导的“构理性设计”。
20世纪80年代,随着定点突变技术的快速发展,纤维素酶理性改变策略应运而生。该技术的基本思路是:先研究分析纤维素酶的三维结构信息,再基于对其结构与功能关系的理解,选定特定的氨基酸进行改造,找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。常用的定点突变技术是重叠延伸PCR(过程如图1),可对目的基因特定碱基进行定点替提、缺失或者插入,实现对目的蛋白的改造。
然而,目前仅获得了纤维素酶家族的少数成员三维结构,通过定点突变为代的理性设计进行纤维素酶分子的改造在短期内仍难以获得广泛的成效。因此,采用“非理性”设计就成为一种重要的研究手段。所谓“非理性”设计,即定向进化,就是在对蛋白质的三维结构及催化机制不是很清楚的条件下,模拟自然进化过程,利用易错PCR等技术对基因进行随机突变,提高基因突变频率和基因突变的多样性,并与定向筛选策略结合,最终获得具有某些优良特性的酶分子(过程如图2)。

尽管定向进化技术在对纤维素酶进行改造时可能会得到意想不到的“有益收获”,但由于对要改造的蛋白质分子结构信息并不清楚,因此操作起来具有明显的“盲目性”。
近十年随着计算机运算能力大幅提升以及先进算法不断涌现,计算机辅助蛋白质设计改造得到了较大的重视和发展,形成了“构理性设计”的新策略。这一策略借助蛋白质保守位点及蛋白质的三维结构分析,通过非随机的方式选取若干个氨基酸位点作为改造点,并结合有效密码子的理性选用。构建“小而精”的突变体文库。与定向进化相比,“结构理性设计”可提供明确的改造方案,大幅降低建立、筛选突变体文库所需的工搾量,增大理性设计成功的概率。
(1)纤维素酶的分子改造过程属于蛋白质蛋白质工程。
(2)根据图1所示的叠延伸PCR过程,回答下列问题。
①PCR扩增DNA的过程中,引物a、b、c、d中,PCR1应选择引物a和ba和b,PCR2应选择引物c和dc和d,重叠延伸时应选择引物a和da和d。
②重叠延伸PCR通过在引物b和c上引入突变在引物b和c上引入突变实现定点突变,引物b和c上的突变位点的碱基应互补配对互补配对。PCR1和PCR2需要分别进行的原因是引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效。
(3)请据图2写出用定向进化策略改造纤维素酶的操作过程:利用易错PCR等技术对纤维素基因进行随机突变→将突变纤维素酶基因与载体相连,构建基因表达载体→将突变纤维素酶基因(重组表达载体)导入大肠杆菌(受体细胞)→具有某些优良特性的酶的筛选与鉴定利用易错PCR等技术对纤维素基因进行随机突变→将突变纤维素酶基因与载体相连,构建基因表达载体→将突变纤维素酶基因(重组表达载体)导入大肠杆菌(受体细胞)→具有某些优良特性的酶的筛选与鉴定。
(4)用定向进化策略改造纤维素酶,下列哪些说法正确ACDEACDE。
A.定向进化策略可以使纤维素酶朝着人们需要的方向进化
B.定向进化策略获得的纤维素酶的基因序列在筛选前是已知的
C.定向进化策略的实质是达尔文进化论在分子水平上的延伸和应用
D.与定点诱变相比,定向进化策略不需解析酶的结构和功能,更接近自然进化过程
E.基因工程技术是定向进化策略改造纤维素的基础
(5)有人认为,以数据驱动设计或结构生物信息学指导的“结构理性设计”必将成为纤维素酶的分子改造的主流方向,该说法是否正确,请结合本文作出判断,并撰写一段文字,向公众进行科学解释。
【考点】DNA片段的扩增与电泳鉴定.
【答案】蛋白质;a和b;c和d;a和d;在引物b和c上引入突变;互补配对;引物b和引物c可以互补配对,导致引物失效;利用易错PCR等技术对纤维素基因进行随机突变→将突变纤维素酶基因与载体相连,构建基因表达载体→将突变纤维素酶基因(重组表达载体)导入大肠杆菌(受体细胞)→具有某些优良特性的酶的筛选与鉴定;ACDE
【解答】
【点评】
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