限制性核酸內(nèi)切酶及相關(guān)試題的歸類分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

限制性核酸內(nèi)切酶及相關(guān)試題的歸類分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：本文概述了限制性核酸內(nèi)切酶的來源與命名規(guī)則、作用特點(diǎn)與特例，對(duì)近幾年各省相關(guān)試題進(jìn)行了歸類分析與教學(xué)反思。

關(guān)鍵詞：限制酶高考試題歸類分析

基因工程涉及的限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）在近幾年的高考中出現(xiàn)頻率較高，難度也較大，特別是基因工程操作步驟中與限制酶相關(guān)的應(yīng)用技巧，已經(jīng)成為當(dāng)今某些省高考選考及模擬試題命制的熱點(diǎn)與重點(diǎn)之一。下面概述了我們?cè)趶?fù)習(xí)過程中，對(duì)限制酶的一些認(rèn)識(shí)與思考，以供各位教師參考。

1.作用與特例

基因工程中的限制酶能夠識(shí)別特定的核苷酸序列，并且能在特定位置對(duì)核酸進(jìn)行切割。限制酶所識(shí)別的序列一般為回文序列，可以形成黏性末端和平末端[3]。但并不是所有限制酶識(shí)別切割的序列都是回文序列，如限制酶BbvCⅠ識(shí)別序列為CC↓TCAGC。

1.1限制酶對(duì)特定序列的識(shí)別切割

通常一種限制酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列，但也存在特例，如限制酶HindⅡ識(shí)別的序列為GTY↓RAC（注：Y=C或T，R=A或G）（見表1）。同理，一種特定的序列可以被不同的限制酶識(shí)別并在相同位點(diǎn)進(jìn)行切割。如限制酶BamHⅠ、BstⅠ都識(shí)別切割G↓GATCC（見表1）。從表1中，還可以得出同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端不一定相同，比如限制酶BbvCⅠ識(shí)別序列為CC↓TCAGC，切割之后形成的兩個(gè)黏性末端可以堿基互補(bǔ)，但不是同一種類型。

1.2DNA連接酶對(duì)黏性末端的連接

在形成重組DNA分子的過程中，常使用同一種限制酶切割相應(yīng)的目的基因和質(zhì)粒，目的是形成具有相同序列的黏性末端，以便使用DNA連接酶進(jìn)行連接。但是，同種限制酶切割后的DNA分子會(huì)出現(xiàn)自身環(huán)化的現(xiàn)象。為了解決這一矛盾，我們可以采用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，但是各自形成的黏性末端必須能夠發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，才能形成重組DNA分子。比如表1中BamHⅠ、Sau3AⅠ兩種限制酶識(shí)別切割的序列分別是G↓GATCC和↓GATC，經(jīng)上述兩種限制酶切割后，形成的黏性末端都是—GATC，在DNA連接酶的催化作用之下可以形成重組DNA分子。另外，若黏性末端均為平末端則無此要求。

2.試題分類與解析

自新課改以來，在全國和各省高考自主命題中，出現(xiàn)了以基因工程限制酶為命題背景的各類試題，歸納起來主要有以下幾種類型的試題：

2.1有關(guān)酶切后DNA片段種類數(shù)目的推理

例1.已知某種限制酶在一線性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn)，如果在該線性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段?，F(xiàn)有多個(gè)上述線性DNA分子，若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是_________。

A.3B.4C.9D.12

分析：應(yīng)選C項(xiàng)。由題干可知，若該線性DNA分子在三個(gè)酶切位點(diǎn)切斷，可得到a、b、c、d四種片段；若在2個(gè)酶切位點(diǎn)切斷，則可得到a+b、b+c、c+d三種片段；若只有一個(gè)切點(diǎn)，則新增a+b+c、b+c+d兩種片段，故最多能產(chǎn)生片段種類4+3+2=9種。

2.2有關(guān)使用何種酶進(jìn)行酶切的推理

例2.在基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選。已知限制酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。根據(jù)下圖所示，判斷下列操作正確的是_________。

A.質(zhì)粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

B.質(zhì)粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

C.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶Ⅰ切割

D.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶Ⅱ切割

分析：應(yīng)選A項(xiàng)。由題意可知，只要被限制酶Ⅱ識(shí)別的序列就能被酶Ⅰ識(shí)別切割。所以，只有限制酶Ⅱ可以同時(shí)切斷目的基因兩側(cè)的序列，獲取目的基因。而質(zhì)粒只能采用酶Ⅰ去切割，否則會(huì)同時(shí)破壞兩種標(biāo)記基因，無法形成重組質(zhì)粒分子。

2.3有關(guān)限制酶識(shí)別與連接的方向性的推理

例3.如圖是含有某種目的基因的DNA片段，若用EcoRⅠ（能識(shí)別G↓AATTC）和SmaⅠ（能識(shí)別CCC↓GGG）識(shí)別并切割，則此DNA片段會(huì)有？搖？搖？搖？搖個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)。

分析：EcoRⅠ能識(shí)別的序列含有6個(gè)脫氧核苷酸，方向?yàn)?→3的GAATTC，不能識(shí)別3→5的GAATTC。SmaⅠ同理。所以，該目的基因的DNA片段中總共具有1個(gè)EcoRⅠ和1個(gè)SmaⅠ切點(diǎn)，故答案填為2個(gè)酶切位點(diǎn)。

當(dāng)然有關(guān)限制性核酸內(nèi)切酶的試題還可以與遺傳等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合，從而考查學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力等，本文不再一一論述。

3.教學(xué)反思

限制性核酸內(nèi)切酶既可以與克隆技術(shù)和胚胎工程知識(shí)整合，又可以與遺傳與變異的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系，體現(xiàn)理解能力與信息處理能力的綜合考查。為了更好地把握與理解限制酶相關(guān)知識(shí)，在高考選考復(fù)習(xí)過程中要做到：（1）回歸課本知識(shí)，適當(dāng)拓展延伸。（2）加強(qiáng)學(xué)法指導(dǎo)，引導(dǎo)歸納分析。與限制酶相關(guān)