Question

【題目】糖尿病已經成為危害人類健康的嚴重疾病之一，注射胰島素是目前治療糖尿病最為有效的途徑和手段，如何生產優質而不昂貴的人胰島素，是當下醫療界和制藥界急需攻克的科學難題。如圖為利用基因工程技術生產人胰島素的操作過程示意圖，請回答：

（1）在基因表達載體中，________的作用是RNA聚合酶識別和結合的部位，并驅動基因轉錄出mRNA。

（2）圖中細胞1是________細胞。過程②必需的酶是_______。過程③④⑤為_______技術擴增目的基因，此過程必需的酶是________。過程③斷開的化學鍵名稱為________，在體外進行PCR操作時，實現該過程的處理方法是___________。能否利用人的皮膚細胞來完成過程①，為什么_______________________________________________。

（3）圖中B的基本組成單位有____種；為便于重組DNA的鑒定和選擇，圖中C的組成必須有__________；將體外重組DNA導入大腸桿菌體內，并使其在細胞內維持穩定和表達的過程稱為轉化。為使過程⑧更易進行，可用_______處理大腸桿菌，目的是使大腸桿菌細胞處于能夠吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態（或使大腸桿菌處于感受態細胞狀態）。由于重組DNA分子成功導入受體細胞的頻率低，所以在轉化后通常需要進行________操作。

（4）若過程⑨發生了變異，則此變異為__________。過程⑩得到的人胰島素需要體外加工才具有生物活性，原因是大腸桿菌_______________________________________。

（5）目的基因在受體細胞中是否能轉錄出mRNA，可用_________技術來檢測。

Answer 1

【答案】 啟動子 胰島B 逆轉錄酶 PCR Taq酶（或熱穩定DNA聚合酶） 氫鍵 加熱變性 不能，皮膚細胞中的胰島素基因未表達，不能形成胰島素mRNA 4 標記基因 Ca2+（CaCl2） 篩選 基因突變 沒有內質網和高爾基體，不能對蛋白質進行加工 分子雜交

【解析】據圖分析：分析題圖，圖中①表示從胰島B細胞中獲取胰島素mRNA的過程；②為逆轉錄過程，A為胰島素基因；③④⑤表示目的基因的擴增過程；⑥表示用限制酶切割運載體形成黏性末端的過程；⑦表示基因表達載體的構建過程；⑧表示將目的基因導入受體細胞的過程；⑨表示目的基因隨著受體細胞的增殖和擴增；⑩是從培養液中獲取胰島素的過程。

（1）基因表達載體的組成包括啟動子、目的基因、終止子和標記基因等啟動子是，其中RNA聚合酶識別和結合的部位，并驅動基因轉錄出mRNA。

（2）根據以上分析已知，圖中細胞1是胰島B細胞；②為逆轉錄過程，需要逆轉錄酶的催化；過程③④⑤表示利用PCR技術擴增目的基因的過程，該過程需要特殊的熱穩定DNA聚合酶；過程③表示解旋，斷裂的是氫鍵，在PCR技術中通過加熱變性使得氫鍵斷裂；不同細胞中基因是選擇性表達的，皮膚細胞中的胰島素基因未表達，不能形成胰島素mRNA，因此不能利用人的皮膚細胞來完成過程①。

（3）圖中B是大腸桿菌的質粒，其實質是小型環狀DNA分子，因此其基本單位是4種脫氧核苷酸；C是重組質粒，其含有的標記基因的作用是便于重組DNA的鑒定和選擇；過程⑧為將重組質粒導入受體細胞，一般導入大腸桿菌前需要用鈣離子處理大腸桿菌，使之成為感受態細胞；由于重組DNA分子成功導入受體細胞的頻率低，所以在轉化后通常需要進行篩選操作。

（4）⑨表示目的基因隨著受體細胞的增殖和擴增，由于大腸桿菌沒有染色體，因此其發生的變異只能是基因突變；由于大腸桿菌沒有內質網和高爾基體，不能對蛋白質進行加工，因此其合成的胰島素沒有生物活性，需要體外加工才具有生物活性。

（5）目的基因在受體細胞中轉錄形成的mRNA可以利用分子雜交法進行檢測。