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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b
a和b
,PCR2应选择引物
c和d
c和d
,重叠延伸时应选择引物
a和d
a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
ACDE
ACDE

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。

【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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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:41引用:1难度:0.6
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    发布:2024/12/30 23:30:2组卷:7引用:2难度:0.6
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    (1)PCR定点突变技术属于
     
    (填“基因工程”或“蛋白质工程”)。可利用定点突变的DNA构建基因表达载体,常用
     
    将基因表达载体导入植物细胞,还需用到植物细胞工程中的
     
    技术,才能最终获得转基因植物。
    (2)PCR过程所依据的原理是
     
    。利用PCR技术扩增,若将一个目的基因复制10次,则需要在缓冲液中至少加入
     
    个引物。
    (3)目的基因进入受体细胞内,并在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为
     
    。科研人员通过实验研究发现培育的该转基因植株的光合作用速率并未明显增大,可能的原因是
     

    (4)另有一些科学家利用生物技术将人的生长激素基因导入小鼠受精卵的细胞核中,经培育获得一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。有关叙述错误的是
     

    A.选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为这种细胞的全能性最容易表达
    B.采用DNA分子杂交技术可检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达
    C.人的生长激素基因能在小鼠细胞表达,说明遗传密码在不同种生物中可以通用
    D.将转基因小鼠体细胞进行核移植(克隆),可以获得多个具有外源基因的后代

    发布:2025/1/16 8:0:1组卷:14引用:2难度:0.6
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    发布:2024/12/30 23:30:2组卷:3引用:3难度:0.7
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