Question

【題目】糖尿病是常見病，很多糖尿病患者需要終身注射胰島素，故胰島素的醫用量極大，圖2是通過生物工程生產胰島素的兩條途徑，EcoRI、BamHI 和 Sau3AI 三種限制性內切酶的識別序列與切割位點如圖1 所示，請據圖回答相關的問題：

（1）質粒的基本組成單位是（______）。據圖分析，為了高效重組，切割目的基因和質粒分子最為理想的限制酶是（_______）。

（2）途徑 1 中涉及到的現代生物工程有____________（多選）。

A．細胞核移植B.動物細胞培養技術C.轉基因技術 D. 動物細胞融合技術E.干細胞技術

（3）途徑 2 中將胰島素基因與質粒連接產物和受體細胞混合進行導入操作，之后還需要篩選，這是因為_________________。（多選）

A. 胰島素基因和質粒連接形成重組質粒

B．胰島素基因自我連接形成環狀 DNA 分子

C．導入成功的概率很低，大部分大腸桿菌沒有導入任何質粒

D．連接之后可能產生空質粒，導入后產生含有空質粒的大腸桿菌

（4）途徑2中為了獲得含重組質粒的大腸桿菌，應采用兩步法篩選。其中用于第一步篩選的培養基成分，除了葡萄糖、氮源、無機鹽、水、生長因子之外，還應該加入的 物 質 有__________， 目的是篩選出含______________的大腸桿菌 。

（5）請根據生命科學中結構與功能相適應的觀點，闡述途徑 1 和途徑 2 獲得胰島素的差異__________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】脫氧核苷酸 EcoR I、BamH I BC CD 四環素和瓊脂 質粒（四環素抗性基因） 途徑 1 是由奶牛的乳腺細胞的核糖體合成，通過內質網轉運加工，高爾基體加工分泌，所以分泌產生的是成熟的蛋白質；而途徑 2 中的大腸桿菌是原核生物，除核糖體之外無其他細胞器，不能對合成的胰島素原物質進行加工

【解析】

1、“分子手術刀”--限制性核酸內切酶（限制酶）
（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

2、“分子縫合針”--DNA連接酶：不同DNA聚合酶。DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。

3、基因表達載體的組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因。

（1）質粒本質是DNA，所以其基本組成單位是脫氧核苷酸。為了高效重組，避免出現目的基因自身環化現象，另防止破壞四環素抗性基因，同時使用兩種酶切割目的基因和質粒，所以最為理想的限制酶是EcoR I、BamH I。

（2）途徑 1 中重組質粒的獲得需要利用轉基因技術，受精卵的早期培養需要利用動物細胞培養技術。

（3）由于同時使用兩種酶切割目的基因和質粒，所以胰島素基因與質粒連接產物會有三種：質粒-質粒、質粒-胰島素基因、胰島素基因-胰島素基因，只有質粒-胰島素基因是基因工程所需要的類型。并且導入成功的概率很低，大部分大腸桿菌沒有導入任何質粒。故選C、D。

（4）質粒上含有兩種抗生素抗性基因，但青霉素抗性基因被破壞，只能利用四環素抗性基因，并且要篩選含重組質粒的大腸桿菌，應該使用固體培養基。

（5）途徑 1 是將重組質粒導入牛的受精卵中，而途徑2 是將重組質粒導入大腸桿菌細胞內，牛是真核生物細胞內含有各種細胞器，而大腸桿菌是原核生物，細胞內僅含有核糖體。