【全国百强校】四川省绵阳中学2020届高三生物复习素材：“限制酶”考点分析

【全国百强校】四川省绵阳中学2020届高三生物复习素材：“限制酶”考点分析

“限制酶”考点分析 “限制酶”是高考试题中命题频率较高的知识点，也是高考备考的核心知识 点。下面结合典型试题，对相关知识进行归纳和整合，希望能对广大考生的复习 备考有所裨益。 一、酶切结果的推导 限制酶作为酶类，决定其催化作用具有高效性、专一性和作用条件温和等特 点。其中专一性的具体表现为：某种限制酶只能催化 DNA 上特定序列特定位点 的磷酸二脂键水解，结果是使 DNA 分子被分割成不同的 DNA 片段。限制酶所 识别的双链 DNA 上的序列具有“回文对称”性质，即无论是奇数个碱基还是偶 数个碱基，都可以找到一条中心轴线，中心轴线两侧的双链 DNA 上的碱基是反 向对称重复排列的。当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将 DNA 的两条链分 别切开时，即错位平切，产生的是黏性末端；当限制酶在它识别序列的中心轴线 处切开时，即平切，产生平末端。错位切的限制酶在基因工程中最常使用，因为 与平末端相比较，黏性末端更有利于 DNA 片段的连接。 例 1 下面是 5 种限制性内切酶对 DNA 分子的识别序列和剪切位点图（↓表 示剪切点、切出的断面为黏性末端）：限制酶 1：——↓GATC——；限制酶 2： ——CATG↓——；限制酶 3：——G↓GATCC——；限制酶 4： ——CCGC↓GG——；限制酶 5：——↓CCAGG——。请指出下列哪组表达正 确（ ） A．限制酶 2 和 4 识别的序列都包含 4 个碱基对 B．限制酶 3 和 5 识别的序列都包含 5 个碱基对 C．限制酶 1 和 3 剪出的黏性末端相同 D．限制酶 1 和 2 剪出的黏性末端相同 解析：限制酶 2、3、4、5 识别的序列分别包括 4 个、6 个、6 个、5 个碱 基对，故 A、B 错。限制酶 1 和 2 切割产生的黏性末端不同。限制酶 1 剪出的黏 性末端是：—C T A G，限制酶 2 剪出的黏性末端是：—C A T G，限制酶 3 切 割产生的黏性末端是:—C T A G，故 D 错。 答案 C 二、酶切方法的选择 构建重组质粒，需要用限制酶分别切割含目的基因的 DNA 片段和质粒，切 割方法主要有单酶切和双酶切。单酶切是指用同一种限制酶对含目的基因的 DNA 和质粒进行切割，目的基因序列的两边必须各有一个能被该限制酶识别的 序列及切点，而质粒至少有一个识别序列及切点，这样被切割的质粒与切下的目 的基因两边形成相同的黏性末端，以实现连接而形成重组质粒，有时也可以用两 种不同的限制酶（同尾酶）切割产生相同的黏性末端。双酶切是指用两种限制酶 进行切割，含目的基因的 DNA 和质粒上都必须有能被这两种限制酶识别的序列 及切点，结果两者都会产生具有两种不同的黏性末端的 DNA 片段，两个末端分 别用 A 与 B 表示，然后混合起来，那么载体分子的 A 端与目的基因的 A 端连接， 载体分子的 B 端与目的基因的 B 端连接，形成重组 DNA 分子，这样就可以避免 DNA 连接酶催化时被切割后的质粒自连成环的现象，并能保证质粒与目的基因 的定向连接。 例 2 基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛 选。已知限制酶 I 的识别序列和切点是—G↓GATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列和 切点是－↓GATC－。根据图示,判断下列操作正确的是( ) A．质粒用 限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 B．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 C．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 D．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 解析：在切割质粒时应遵循一个原则：不能同时将两个标记基因切开，至少 保留一个，所以只能用酶Ⅰ切割，而从目的基因两侧碱基序列可知，只能用酶Ⅱ 才得到含目的基因的 DNA 片段。 答案：A 例 3 如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程 示意图，其中 PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶,SmaⅠ 的识别序列和切点是——C↓CCGGG—。下列说法错误的是( ) A．图中质粒分子经 SmaⅠ 切割前后，分别含有 0、2 个游离的磷酸基团 B．要用 PstⅠ和 EcoRⅠ这两种限制酶分别去切割含抗原基因的 DNA、质 粒 C．对图中质粒进行改造，插入的 SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越 低 D．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来 解析:因为该质粒为环状，所以在没有经过 SmaⅠ切割前，其不含游离的磷 酸基团，当被 SmaⅠ酶切割后该质粒变成以一条 DNA 分子，含有两条单链，而 在每条单链的 5′端会都含有一个游离的磷酸基团。构建过程中需要将目的基因完 整切割下来，此时要用到限制酶 PstⅠ、EcoRⅠ，质粒的切割也要用这两种限制 酶，与只使用一种限制酶相比较，其优点在于能防止质粒和含目的基因的外源 DNA 片段自身环化，同时确保构建的重组质粒只有一种。因为对该该质粒进行 改造是只插入 SmaⅠ酶切位点，相对于质粒的热稳定性而言，含有的 C-G 碱基 对越多，则所含的氢键越多，其热稳定性越高。抗卡那霉素基因是标记基因，目 的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。 答案:C 三、酶切图谱的构建 酶切图谱是指选取某一特定长度的 DNA 分子，用多种限制酶单独或联合切 割，再通过电泳技术将酶切片段进行分离，计算相对大小，以确定每一种限制酶 在 DNA 分子中的切点位置和相对距离，并据此绘制而成的物理图谱（一般以直 线或环状图式表示）。 例 4 用限制酶 EcoRⅤ、MboⅠ单独或联合切割同一种质粒，得到的 DNA 片段长度如下图(1kb 即 1000 个碱基对)，请在下图中画出质粒上 EcoRⅤ、MboⅠ 的切割位点。 解析：分析题中 图解可知，用 EcoRⅤ切割质粒只得到长度为 14 kb 的一个片段，说明该酶在质 粒上只有 1 个切点；同理可以推测 MboⅠ在质粒上有 2 个切点；由图中可以看 出同时用两种限制酶切割时得到了 3 个片段，由此可以推测限制酶 EcoRⅤ的切 点在图中 11.5 kb 的 DNA 片段中。具体切割位点见答案。 答案：见右图： 变式训练 1. 下列四条 DNA 分子，彼此间具有粘性末端的一组是（ ） A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 答案：D 2. 在 DNA 测序工作中，需要将某些限制酶的限制位点在 DNA 上定位，使其成为 DNA 分子中的物理参照点，这项工作称为“限制酶图谱的构建”。现用限制酶 Hind Ⅲ、BamHI 以及二者的混合物分别降解一个 4kb（1kb 即 1 千个碱基对）大小的 线性 DNA 分子，然后通过某种方法将获得的不同长度的 DNA 片段分开，结果如 下图所示： 据此分析，这两种限制酶在该 DNA 分子上的限制位点数目是以下哪一组（ ） A．HindⅢl 个，BamHI2 个 B．HindⅢ2 个，BamHI3 个 C．HindⅢ2 个，BamHI1 个 D．HindⅢ和 BamHI 各有 2 个 答案：A 3. 图 1 表示含有目的基因 D 的 DNA 片段长度（bp 即碱基对）和部分碱基序列，图 2 表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有 Msp I、BamH I、Mbo I、Sma I4 种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为 C↓CGG、G↓GATCC、 ↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题 （1）图 1 的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接。 （2）若用限制酶 SmaI 完全切割图 1 中 DNA 片段，产生的末端是 末端， 其产物长度为 。 （3）若图 1 中虚线方框内的碱基对被 T-A 碱基对替换，那么基因 D 就突 变为基因 d。从杂合子中分离出图 1 及其对应的 DNA 片段，用限制酶 Sma I 完 全切割，产物中共有 种不同长度的 DNA 片段。 （4）若将图 2 中质粒和目的基因 D 通过同种限制酶处理后进行连接，形成 重组质粒，那么应选用的限制酶是 。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质 粒的大肠杆菌，一般需要用添加 的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质 粒的大肠杆菌菌株中目的基因 D 不能正确表达，其最可能的原因是 。 答案:（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖（2）平 537bp、790bp、661bp （3）4 （4）BamH I 抗生素 B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因 D 与质粒反向链接