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胰岛素的应用是糖尿病治疗历史上的一个里程碑。胰岛素自1922年用于临床以来,就成为治疗糖尿病的特效药物。目前全世界糖尿病患者已超过四亿,为临床提供充足、质量可靠的胰岛素制剂是现代生物制药领域的一项重要工程。
人胰岛素由胰岛 β 细胞合成,核糖体上最初形成的是前胰岛素原单链多肽,进入内质网腔后,信号肽被切除,形成胰岛素原。高尔基体内的特异性肽酶将胰岛素原的 C 肽区域切除,A 链和 B 链通过二硫键形成共价交联的活性胰岛素(如图)。
最初用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏中提取的。猪、牛胰岛素与人胰岛素生理功能相似,但氨基酸序列有微小差异。接受动物胰岛素治疗的患者有5%~10%出现不同程度的过敏反应,抗动物胰岛素抗体还可能对患者的胰岛 β 细胞功能产生负面影响。
随着基因工程技术的发展,重组人胰岛素逐渐取代动物胰岛素。早期的重组人胰岛素生产,采用A、B链分别表达法。后来该方法被胰岛素原表达法取代,即由大肠杆菌合成胰岛素原,然后经细胞外酶切获得胰岛素。1987年用酵母菌生产重组人胰岛素的方法出现。重组人胰岛素的结构与人体自身分泌的胰岛素结构完全相同,但无法完全模拟生理胰岛素曲线,容易导致血糖波动,甚至导致低血糖发生。
上世纪90年代,科学家通过改变胰岛素的氨基酸序列和结构,研制出能更好模拟生理胰岛素分泌特点的胰岛素类似物,包括速效胰岛素和长效胰岛素类似物。例如,将人胰岛素 B 链第28位的脯氨酸替换为天门冬氨酸,可有效抑制胰岛素单体的聚合,皮下注射这种速效胰岛素类似物后,起效快(10-20分钟起效)、血药浓度峰值高、药效消失快,已经在临床上广泛应用。
(1)用猪胰岛素进行治疗,易诱导入体产生抗猪胰岛素抗体,原因是_____ 。
(2)人胰岛素基因有 2 个内含子。利用大肠杆菌通过胰岛素原法生产重组人胰岛素,获取目的基因时,不宜采用的方法是_____
a.直接从细胞内总 DNA 中分离目的基因
b.用化学方法直接人工合成目的基因
c.以 mRNA 为模板逆转录合成目的基因
d.利用 PCR 扩增人胰岛素原基因的编码序列
(3)与大肠杆菌相比,利用酵母菌生产胰岛素的优势有_____ 。
(4)重组人胰岛素工程菌构建完成后,还需要通过_____ 工程技术进行胰岛素的生产。
(5)正常人胰岛素的生理性分泌,可分为基础胰岛素分泌(24小时持续脉冲式分泌微量胰岛素,维持空腹状态下血糖稳定)和进餐后的胰岛素分泌。能更好地模拟餐时生理胰岛素曲线的是_____ (选填速效或长效)胰岛素类似物。
(6)请写出通过蛋白质工程,构建胰岛素类似物工程菌的基本过程_______________________ 。
胰岛素的应用是糖尿病治疗历史上的一个里程碑。胰岛素自1922年用于临床以来,就成为治疗糖尿病的特效药物。目前全世界糖尿病患者已超过四亿,为临床提供充足、质量可靠的胰岛素制剂是现代生物制药领域的一项重要工程。
人胰岛素由胰岛 β 细胞合成,核糖体上最初形成的是前胰岛素原单链多肽,进入内质网腔后,信号肽被切除,形成胰岛素原。高尔基体内的特异性肽酶将胰岛素原的 C 肽区域切除,A 链和 B 链通过二硫键形成共价交联的活性胰岛素(如图)。
最初用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏中提取的。猪、牛胰岛素与人胰岛素生理功能相似,但氨基酸序列有微小差异。接受动物胰岛素治疗的患者有5%~10%出现不同程度的过敏反应,抗动物胰岛素抗体还可能对患者的胰岛 β 细胞功能产生负面影响。
随着基因工程技术的发展,重组人胰岛素逐渐取代动物胰岛素。早期的重组人胰岛素生产,采用A、B链分别表达法。后来该方法被胰岛素原表达法取代,即由大肠杆菌合成胰岛素原,然后经细胞外酶切获得胰岛素。1987年用酵母菌生产重组人胰岛素的方法出现。重组人胰岛素的结构与人体自身分泌的胰岛素结构完全相同,但无法完全模拟生理胰岛素曲线,容易导致血糖波动,甚至导致低血糖发生。
上世纪90年代,科学家通过改变胰岛素的氨基酸序列和结构,研制出能更好模拟生理胰岛素分泌特点的胰岛素类似物,包括速效胰岛素和长效胰岛素类似物。例如,将人胰岛素 B 链第28位的脯氨酸替换为天门冬氨酸,可有效抑制胰岛素单体的聚合,皮下注射这种速效胰岛素类似物后,起效快(10-20分钟起效)、血药浓度峰值高、药效消失快,已经在临床上广泛应用。
(1)用猪胰岛素进行治疗,易诱导入体产生抗猪胰岛素抗体,原因是
(2)人胰岛素基因有 2 个内含子。利用大肠杆菌通过胰岛素原法生产重组人胰岛素,获取目的基因时,不宜采用的方法是
a.直接从细胞内总 DNA 中分离目的基因
b.用化学方法直接人工合成目的基因
c.以 mRNA 为模板逆转录合成目的基因
d.利用 PCR 扩增人胰岛素原基因的编码序列
(3)与大肠杆菌相比,利用酵母菌生产胰岛素的优势有
(4)重组人胰岛素工程菌构建完成后,还需要通过
(5)正常人胰岛素的生理性分泌,可分为基础胰岛素分泌(24小时持续脉冲式分泌微量胰岛素,维持空腹状态下血糖稳定)和进餐后的胰岛素分泌。能更好地模拟餐时生理胰岛素曲线的是
(6)请写出通过蛋白质工程,构建胰岛素类似物工程菌的基本过程
更新时间:2020-07-12 13:22:59
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解题方法
【推荐1】南宋诗人陆游泛舟镜湖之畔,称其景为“镜湖俯仰两青天,万顷玻璃一叶船。”镜湖水资源曾经受到严重污染而出现水华现象,经过治理后又恢复了诗中的景观。如图是常见的几种单细胞生物。回答下列问题:
(1)图中的4种生物中,除B外,A也属于自养生物,原因是其细胞内含有___ ,故可以进行___ 。
(2)D中的核酸有___ ,其中的遗传物质主要分布于___ 处,有同学认为B与植物和动物都有类似之处,你认为他的判断依据是___ (从结构特征上分析)。
(3)镜湖水华的出现是图中___ (填序号)类生物大量繁殖导致的。
(4)如图是光学显微镜的一组镜头,物镜标有10×和40×字样,目镜标有5×和15×字样。某同学为了尽可能清晰地观察C的形态特征,应选择的放大倍数组合是___ (填图中数字),此时视野较___ (亮/暗),可调节___ 使其明暗适宜。如果在放大倍数最低的视野中观察到一行24个细胞,则换为最大放大倍数后可以观察到约___ 个细胞。
(1)图中的4种生物中,除B外,A也属于自养生物,原因是其细胞内含有
(2)D中的核酸有
(3)镜湖水华的出现是图中
(4)如图是光学显微镜的一组镜头,物镜标有10×和40×字样,目镜标有5×和15×字样。某同学为了尽可能清晰地观察C的形态特征,应选择的放大倍数组合是
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【推荐2】我国热带植物研究所在西双版纳发现一个具有分泌功能的高等植物新种,该植物细胞的亚显微结构的局部如下图所示。请据图回答下列问题。
(1)结构A能实现核质之间频繁的物质交换和信息交流,则结构A为_______ 。该植物相邻细胞之间可通过F进行信息交流,则F代表________________ 。
(2)若要从绿色叶片的H中提取色素进行分离,需要使用_________________ (填试剂名),其中含量最多的色素是___________________ 。
(3)该细胞中脂质的合成场所是________________ (填中文名称)。
(4)经检验该植物细胞的分泌物含有一种蛋白质,请写出该蛋白质在细胞中从合成至分泌出细胞的“轨迹”:___________________________________ (用“→”和字母表示)。
(5)与蓝藻相比,该植物细胞在结构上的最大特点是_________________________________ ;与动物细胞相比,该植物细胞缺少的细胞器是_____________________________ 。
(6)叶绿体和线粒体都能显著增大自身膜面积,试分别写出二者增大膜面积的方式__________
(1)结构A能实现核质之间频繁的物质交换和信息交流,则结构A为
(2)若要从绿色叶片的H中提取色素进行分离,需要使用
(3)该细胞中脂质的合成场所是
(4)经检验该植物细胞的分泌物含有一种蛋白质,请写出该蛋白质在细胞中从合成至分泌出细胞的“轨迹”:
(5)与蓝藻相比,该植物细胞在结构上的最大特点是
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【推荐3】谷氨酸棒状杆菌可用于中间产物微生物发酵工程生产谷氨酸,从而制取谷氨酸钠(味精)。下图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径,通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题:
(1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是_________ ;谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等,从物理性质看,该培养基属于_____ 培养基。
(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和________ ,前者计数的结果比后者计数的结果值更______________ (填“大”或“小”),原因是___________ 。
(3)由图可知,谷氨酸棒状杆菌细胞内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微生物这种对自身代谢速率的调节方式是____________ 。
(1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是
(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和
(3)由图可知,谷氨酸棒状杆菌细胞内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微生物这种对自身代谢速率的调节方式是
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【推荐1】为了探究某种复方草药对某种细菌性乳腺炎的疗效是否与机体免疫功能增强有关。某研究小组将细菌性乳腺炎模型小鼠随机分为实验组(草药灌胃)、空白对照组(蒸馏水灌胃)和阳性对照组(免疫增强剂A灌胃),并检测免疫指标。
回答下列问题:
(1)研究发现:实验组小鼠吞噬细胞的吞噬能力显著高于阳性对照组,极显著高于空白对照组。这一结果至少可说明该草药增强了小鼠的非特异性免疫功能。非特异性免疫的特点是_____ 。
(2)研究还发现:实验组小鼠的T细胞含量显著高于空白对照组,与阳性对照组相近。这一结果说明:该草药可能通过提高小鼠的T细胞含量来增强其特异性免疫功能。在针对病原体的细胞免疫过程中,效应T细胞的作用是_____ 。
(3)将甲、乙、丙三组小鼠不同的免疫器官破坏,其中甲组仅有体液免疫功能,乙组和丙组丧失了特异性免疫功能。现给三组小鼠分别输入造血干细胞,发现仅有乙组恢复了细胞免疫功能,出现这些现象的原因是甲组_____ 被破坏;乙组_____ 被破坏;丙组_____ 被破坏。
(4)恶性肿瘤的发生主要是由于免疫系统的_____ 功能缺(丧)失。_____ 的应用,大大提高了器官移植的成活率,给患者带来了福音。
回答下列问题:
(1)研究发现:实验组小鼠吞噬细胞的吞噬能力显著高于阳性对照组,极显著高于空白对照组。这一结果至少可说明该草药增强了小鼠的非特异性免疫功能。非特异性免疫的特点是
(2)研究还发现:实验组小鼠的T细胞含量显著高于空白对照组,与阳性对照组相近。这一结果说明:该草药可能通过提高小鼠的T细胞含量来增强其特异性免疫功能。在针对病原体的细胞免疫过程中,效应T细胞的作用是
(3)将甲、乙、丙三组小鼠不同的免疫器官破坏,其中甲组仅有体液免疫功能,乙组和丙组丧失了特异性免疫功能。现给三组小鼠分别输入造血干细胞,发现仅有乙组恢复了细胞免疫功能,出现这些现象的原因是甲组
(4)恶性肿瘤的发生主要是由于免疫系统的
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【推荐2】如图1和图2是人体免疫调节的模式图,请据图回答:
(1)图1中进行增殖分化的细胞是________ ,能够特异性识别抗原的细胞有________ 。
(2)人体患天花、伤寒等疾病后,终生不再感染。当天花病毒再次入侵时,人体消灭病原体的主要过程是________________ (用箭头和图中的文字表示)。
(3)细胞G的名称是________ ,其作用是______________________ 。外来移植器官的排斥主要与________ (填“图1”或“图2”)过程有关。
(4)使细胞C增殖分化有两种信号刺激,一种信号是____________ ,另一种信号是____________ 。
(1)图1中进行增殖分化的细胞是
(2)人体患天花、伤寒等疾病后,终生不再感染。当天花病毒再次入侵时,人体消灭病原体的主要过程是
(3)细胞G的名称是
(4)使细胞C增殖分化有两种信号刺激,一种信号是
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【推荐3】图甲是新型冠状病毒进入人体后人体免疫反应简化模式图,图中数字表示生理过程,大写字母表示相关细胞,小写字母表示有关物质或结构。图乙是某志愿者接种新冠疫苗后两周内血液中抗体浓度的变化曲线。请回答问题:
(1)人体呼吸道黏膜在一定程度上能抵御病毒对人体的攻击,这是人体的第__________________ 道防线,属于__________________ 免疫。
(2)图甲中A细胞是__________________ ,F细胞是__________________ 。新型冠状病毒侵入机体后,抗体浓度会引起免疫应答,机体产生的免疫活性物质主要是B细胞产生的物质d和E细胞产生的物质e,则d和e分别是__________________ 、__________________ 。
(3)如果该志愿者在注射疫苗后的第15天感染了新冠病毒,请在乙图中画出其体内抗体浓度的变化曲线__________________ 。
(4)有人在成功接种了新冠疫苗后不久,又患了该病,请给出一种合理的解释__________________ 。(提示:可以从病毒或机体自身免疫力的角度分析)。
(1)人体呼吸道黏膜在一定程度上能抵御病毒对人体的攻击,这是人体的第
(2)图甲中A细胞是
(3)如果该志愿者在注射疫苗后的第15天感染了新冠病毒,请在乙图中画出其体内抗体浓度的变化曲线
(4)有人在成功接种了新冠疫苗后不久,又患了该病,请给出一种合理的解释
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【推荐1】紫花苜蓿是一种豆科双子叶植物,可作为优良的饲料与牧草。为获得耐盐性的紫花苜蓿,提高紫花苜蓿的适应性,并达到改良土壤的目的,可将来源于拟南芥的At基因导入紫花苜蓿中,经检测鉴定后获得了耐盐性的紫花苜蓿品系。请回答下列问题:
(1)获得目的基因后,可用PCR技术扩增,PCR的全称是______ ,该技术中起关键作用的酶是______ 。
(2)紫花苜蓿是双子叶植物,可用______ 法将目的基因导入受体细胞,Ti质粒上的______ 可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上。
(3)基因表达载体中除含有复制原点、启动子、目的基因外,还要有______ 。为检测目的基因是否成功导入受体细胞,可采用______ 技术,在______ 的DNA片段上用放射性同位素作标记,以此作为探针。
(4)耐盐性的紫花苜蓿是否培育成功,还要进行____________ 水平的鉴定,将转基因紫花苜蓿和野生型紫花苜蓿进行耐盐性试验,观察两组植物的生长状况。
(1)获得目的基因后,可用PCR技术扩增,PCR的全称是
(2)紫花苜蓿是双子叶植物,可用
(3)基因表达载体中除含有复制原点、启动子、目的基因外,还要有
(4)耐盐性的紫花苜蓿是否培育成功,还要进行
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【推荐2】某动物肝脏合成的P蛋白具有抑制癌细胞增殖的作用,为建立在大肠杆菌中高效表达的工程菌,研究者从基因数据库中获取了相关信息即该蛋白的基因编码序列(简称P基因),大小为1.5kb,请补充完善以下实验思路:
(1)为获取P基因,提取该动物______ (癌细胞、肝细胞)的_______ ,再经逆转录酶催化得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增P基因。
(2)图甲为所选用的载体示意图,其中限制酶的识别序列及切割位点见表。为了实现目的基因和运载体的_______ ,选择_______ 限制酶的识别序列来切割。已知P基因序列内部和两端不含图甲中限制酶的识别序列,在PCR扩增的P基因,两种引物的________ 端分别引入上述两种限制酶的识别序列。再将这两种限制酶切割的P基因和载体进行连接时,可选用________ (E。coliDNA连接酶、T4DNA连接酶),在目的基因和运载体片段间形成_________ 。
表:相关限制酶的识别序列及切割位点
(注:箭头表示切割位点)
(3)转化前需用________ 处理大肠杆菌细胞,以提高转化效率。基因工程的受体细胞若是植物细胞常采用_________ 。
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含_________ 的培养基上进行培养,随机挑取菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用构建基因表达载体时所选用的限制酶进行酶切,彻底酶切产物需通过______ 分离,结果如图乙,_________ 号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。
(1)为获取P基因,提取该动物
(2)图甲为所选用的载体示意图,其中限制酶的识别序列及切割位点见表。为了实现目的基因和运载体的
表:相关限制酶的识别序列及切割位点
名称 | 识别序列及切割位点 | 名称 | 识别序列及切割位点 |
HindⅢ | ↓AAGCTT TTCGAA↑ | EcoRⅠ | ↓GAATTC CTTAAG↑ |
PvitⅡ | ↓CAGCTG GTCGAC↑ | PstⅠ | ↓CTGCAG GACGTC↑ |
KpnⅠ | ↓GGTACC CCATGG↑ | BamHⅠ | ↓GGATCC CCTAGG↑ |
(3)转化前需用
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含
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【推荐3】下列是基因工程的有关问题,请回答:
(1)限制性核酸内切酶可以识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列,并可以使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的__________ (填化学键名称)断裂,形成的末端总体可分为两种类型,分别是________ 。
(2)如图表示的是构建表达载体时的某种质粒与目的基因。已知限制酶①的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制酶②的识别序列和切点是—↓GATC—。
分析可知,最好选择限制酶_______ (①、②)切割目的基因所在的DNA,不能用限制酶_________ (①、②)切割质粒。
(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有________ 和__________ 。
(4)如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中①②③④依次表示____________ 、 ________ 、____________ 、________ 的作用。
(1)限制性核酸内切酶可以识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列,并可以使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的
(2)如图表示的是构建表达载体时的某种质粒与目的基因。已知限制酶①的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制酶②的识别序列和切点是—↓GATC—。
分析可知,最好选择限制酶
(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有
(4)如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中①②③④依次表示
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【推荐1】Barnase基因是一种活性很强的核糖核酸酶基因,可利用该基因在肿瘤细胞中特异性表达,造成肿瘤细胞的坏死。后来,植物学家利用该基因获得了转基因雄性不育烟草。
(1)为保证Barnase基因在花粉时期特异性表达,可将烟草花药特异性TA29序列置于基因的首端,构建雄性不育基因的表达载体,TA29是该表达载体的____________________ 。表达载体除TA29和Barnase基因之外,还应包括________________________________________ 。最后可采用__________ 方法进行个体水平的检测。
(2)对Barnase基因进行扩增最简便的方法是____________________ 技术,若该过程消耗了引物30个,则进行了____________________ 轮的DNA复制。
(3)后发现TA29-Barnase嵌合基因的表达易受环境温度的影响,其雄性不育性状在高温下易恢复育性。请概述利用蛋白质工程原理获取可耐高温的核糖核酸酶的基本途径:_________________ 。
(1)为保证Barnase基因在花粉时期特异性表达,可将烟草花药特异性TA29序列置于基因的首端,构建雄性不育基因的表达载体,TA29是该表达载体的
(2)对Barnase基因进行扩增最简便的方法是
(3)后发现TA29-Barnase嵌合基因的表达易受环境温度的影响,其雄性不育性状在高温下易恢复育性。请概述利用蛋白质工程原理获取可耐高温的核糖核酸酶的基本途径:
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【推荐2】我国研制的重组新冠疫苗目前已在全世界广泛应用。重组新冠疫苗的制备流程如下图。
回答下列问题。
(1)图中的S蛋白基因_____ (有或无)启动子, 图中Ad5的作用是作________ ,它应具有的特点是________________________________ (答出3点)。
(2)基因工程中步骤④的目的是________________________________ 。
(3) 重组疫苗注入人体的作用是________________________________ ,以对抗新型冠状病毒的入侵。
(4)新冠疫苗也可能通过蛋白质工程来生产。蛋白质工程是在_______________ 的基础上发展起来的,通过______________ 制造一种新的蛋白质,或通过______________ 对现有蛋白质进行改造,以满足人类的需求。
回答下列问题。
(1)图中的S蛋白基因
(2)基因工程中步骤④的目的是
(3) 重组疫苗注入人体的作用是
(4)新冠疫苗也可能通过蛋白质工程来生产。蛋白质工程是在
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【推荐3】我国科学家应用“基因密码子拓展技术”,在病毒基因中改变了三个碱基,使其RNA中出现一个终止密码子UAG,该密码子在特定条件下可以编码非天然氨基酸(NAEK),病毒可以在含有NAEK的人造细胞系中大量增殖,用以生产疫苗。正常人体细胞中缺少NAEK,病毒具有感染活性但并不增殖,从而只充当疫苗的作用。
(1)根据以上信息,人造细胞系中还应具有与该非天然氨基酸匹配的___________ ,使其能进入核糖体中,但病毒在正常人体细胞中由于_________ 过程异常并不增殖。
(2)密码子扩展技术使非天然氨基酸引入活细胞的蛋白质中,经修饰后可以具有不同于天然蛋白质的_________ ,从而制造出满足人类生产和生活需求的新蛋白质,为开发现代药物提供了无限潜力,这属于_________ 工程的应用。
(3)已知丝氨酸、亮氨酸都有六个密码子,这种密码子的简并对生物体的生存发展的意义是:
①___________________________ ;
②___________________________ 。
(4)克里克发现在mRNA上增删1或2个碱基时,其无法产生正常的蛋白质,而增删3个碱基则所受影响不大,说明密码子的阅读具有__________________ 性。
(1)根据以上信息,人造细胞系中还应具有与该非天然氨基酸匹配的
(2)密码子扩展技术使非天然氨基酸引入活细胞的蛋白质中,经修饰后可以具有不同于天然蛋白质的
(3)已知丝氨酸、亮氨酸都有六个密码子,这种密码子的简并对生物体的生存发展的意义是:
①
②
(4)克里克发现在mRNA上增删1或2个碱基时,其无法产生正常的蛋白质,而增删3个碱基则所受影响不大,说明密码子的阅读具有
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