1、高考资源网（） 您身边的高考专家第一节工具酶的发现和基因工程的诞生1说出基因工程的含义并指出基因工程的主要内容。2.掌握限制性核酸内切酶的含义及作用特点。(重点)3说出DNA连接酶的作用。(重点)4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用。(难点)一、基因工程概述1含义：基因工程是狭义的遗传工程，广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质移到另一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。2核心：构建重组DNA分子。二、基因工程的诞生1理论基础(1)DNA是生物遗传物质的发现。(2)DNA双螺旋结构的确立。(3)遗传信息传递方式的认定。2技术上的保障限制性核酸内切酶、DN
2、A连接酶和质粒的发现与应用。三、限制性核酸内切酶1功能：识别和切割DNA分子内一小段特殊核苷酸序列。2结果：把DNA分子切割成许多不同的片段。1用限制性核酸内切酶酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？提示：两个。四、DNA连接酶作用：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子。五、质粒1实质：是能够自主复制的双链环状DNA分子，是一种特殊的遗传物质。2存在方式：在细菌中独立于染色体之外。3作用：作为基因工程的载体。4最常用的质粒：大肠杆菌的质粒。2基因工程的载体只有质粒一种吗？提示：不是。质粒是最常用的载体。限制性核酸内切酶1产物：互补的粘性末端或平末端。当限制性核酸内切
3、酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是粘性末端，当在识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。2特点：具有专一性，表现在两个方面。如图：(1)识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。(2)切割特定序列中的特定位点。3切割键：断开的是DNA分子中相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，而不是连接两条链之间的氢键。如下图：双链DNA结构和磷酸二酯键的位置限制性核酸内切酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制性核酸内切酶BamH ，EcoR ，Hind 以及Bgl 的识别序列。箭头表示每一种限制性核酸内切酶的特定切割部位，其中哪两种限制性核酸内切酶所切割出来的DN
4、A片段末端可以互补粘合？其正确的末端互补序列是()BamH EcoR Hind Bgl ABamH 和EcoR ；末端互补序列AATTBBamH 和Hind ；末端互补序列GATCCEcoR 和Hind ；末端互补序列AATTDBamH 和Bgl ；末端互补序列GATC解析答案D(1)限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶。(2)限制性核酸内切酶不是一般的DNA水解酶，限制性核酸内切酶只对DNA中特定的核苷酸序列识别和切割。(3)限制性核酸内切酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4、5、8个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。 下面是3种限制性核酸内切
5、酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点，切出的断面为粘性末端)。下列叙述错误的是()A不同的限制性核酸内切酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性B限制性核酸内切酶2和3识别的序列都包含6个碱基对C限制性核酸内切酶1和酶3剪出的粘性末端相同D能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制性核酸内切酶2解析：选D。不同的限制性核酸内切酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶具有专一性；限制性核酸内切酶2和3识别的序列分别是CCGCGG和GGATCC，均为6个碱基对；限制性核酸内切酶1和3剪出的粘性末端相同，均为GATC；三种限制性核酸内切酶均不能识别和切割RNA中核糖核苷
6、酸序列。DNA连接酶1DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较2DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶与DNA聚合酶都能催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键，但两者之间存在差异，表现如下：DNA连接酶DNA聚合酶连接DNA链双链单链连接部位在两DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸加到已存在的脱氧核糖核苷酸链上，形成磷酸二酯键下列关于DNA连接酶的作用，叙述正确的是()ADNA连接酶的基本组成单位是脱氧核苷酸B将单个核苷酸加到DNA片段的骨架上连接起来，重新形成磷酸二酯键C连接DNA链上碱基之间的氢键D将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键解析(1)DNA聚合酶只能将单个
7、的脱氧核苷酸添加到已有的脱氧核苷酸链上，形成磷酸二酯键，而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。(2)DNA聚合酶是以一条DNA链为模板将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将两个缺口同时连接起来，选项B是DNA聚合酶的作用；DNA连接酶的基本组成单位是氨基酸。答案D思维升华(1)DNA连接酶和限制性核酸内切酶的作用部位都具有特异性吗？提示：DNA连接酶的作用部位不具特异性。(2)DNA连接酶和DNA聚合酶催化形成的化学键相同吗？提示：相同。DNA连接酶无识别的特异性，对于相同或互补的粘性末端以及平末端都能连接。所以，限制性核酸内切酶种类多
8、，DNA连接酶种类少。 下图为DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()ADNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶B限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶C解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶D限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶解析：选C。使碱基对内氢键断裂的是解旋酶，限制性核酸内切酶将特定部位的相邻的两脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开；连接DNA片段间磷酸二酯键的是DNA连接酶。基因进入受体细胞的载体1载体的作用：一是作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。二是利用载体在受体细胞内的增殖，对外源基因进行大量复制。2作为载体必须具备的条件(1)能够在宿主细胞
9、中复制并稳定地保存。(2)载体DNA必须有一个或多个限制性核酸内切酶切点，以便目的基因插入到载体上去。(3)具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物有颜色反应的基因等。(4)载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。3类型(1)细菌的质粒，是能够自主复制的双链环状DNA分子，它在细菌中以独立于拟核之外的方式存在。(2)噬菌体或某些动植物病毒。(1)一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据自己的目的和需要，对某些天然载体进行人工改造。(2)供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要的基因之外，这样才不至于
10、因目的基因的插入而使其失活。质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()A质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子B在所有的质粒上总能找到一个或多个限制性核酸内切酶切割位点C携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制D质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择解析质粒不只分布于原核生物中，在真核生物酵母菌细胞内也有分布，A项错误；并不是所有的质粒都能找到限制性核酸内切酶的切割位点而成为合适的运载目的基因的工具，B项错误；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制，C项错误；质粒上抗性基
11、因常作为标记基因，D项正确。答案D易误表现错解归因正确观点基因载体的本质为病毒据教材所述错误的理解所致载体的化学本质为DNA，噬菌体、动植物病毒作载体时实质上是它们内部的DNA充当载体载体属于工具酶不理解工具酶的内涵，片面根据“工具”二字错误的推理所致载体属于基因工程的基本工具，不属于工具酶，限制性核酸内切酶和DNA连接酶才属于工具酶 右图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制性核酸内切酶的酶切位点，现用该种限制性核酸内切酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是()答案：C 随堂检测1下列有关
12、基因工程诞生的说法，不正确的是()A基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D基因工程与科学发现无多大关系解析：选D。基因工程的诞生是许多科学家不断探索和研究的结果，其中DNA是遗传物质的发现及其双螺旋结构的确定和遗传信息传递方式的确定为基因工程的诞生打下了理论基础；基因工程工具的发现和应用为其提供技术保障。2下列关于限制性核酸内切酶的说法，正确的是()A限制性核酸内切酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列C它能任意切割DNA
13、，从而产生大量的DNA片段D限制性核酸内切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键解析：选B。限制性核酸内切酶主要是从原核生物中分离纯化出来，并不是广泛存在于各种生物中；一种限制性核酸内切酶能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。3下图中所示粘性末端属于由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是() ABCD解析：选B。限制性核酸内切酶的主要特点是能够识别特定的核苷酸序列，并且有唯一的切点。由于DNA双链上的碱基互补配对，一条链上的碱基序列与另一条链上的碱基序列反向排列，因此一种限制性核酸内切酶所识别的一条链上的碱基序列与另一条链上反向序列相同，并且
14、有唯一的切点，这个切点在两条链上也是相同的。从图中可以看出，的一条链上未配对的碱基序列是TTAA，另一条链上与之对应的应该是AATT，这样的碱基序列符合要求；如果将与配对起来，则可看出上下两条链之间的切点都在G与A之间。4DNA连接酶的重要功能是()ADNA复制时使母链与子链之间形成氢键B粘性末端碱基之间形成氢键C将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来D以上都不正确解析：选C。DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的“缝合”，即恢复被限制性核酸内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，不能催化氢键形成，也不能使已有的DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键。5下列不是基因工程中载体的特点是()A
15、能进行自我复制B有适宜的限制性核酸内切酶酶切位点C具有抗性标记基因等D组成的基本单位是核糖核苷酸解析：选D。目前常用的载体是质粒，为细菌中环状的DNA，则其基本单位为脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。6啤酒酵母菌是啤酒生产上常用的典型的发酵酵母菌。除用于酿造啤酒及其他的饮料酒外，还可发酵面包。菌体维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用和饲料。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：(1)该技术定向改变了啤酒酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。(2)为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是_。(3)
16、要使载体与LTP1基因连接，首先应使用_进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端有_(多选)，其中跟是同一种限制性核酸内切酶切割的是_。(4)有C进入的啤酒酵母菌分别在含有青霉素、四环素的两种选择培养基上的生长情况是_。解析：(1)由图可知该技术属于基因工程，该变异属于基因重组。(2)据图可以看出，载体来自大肠杆菌，一定是质粒。(3)跟具有相同粘性末端的是A、B、C，它们能相互连接，但来自同一种限制性核酸内切酶切割的是A。(4)由于质粒上抗四环素基因被破坏，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活。答案：(1)
17、基因重组(2)(大肠杆菌的)质粒(3)限制性核酸内切酶A、B、CA(4)在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活课时作业一、选择题1科学家经过多年的努力，创立了一种新型生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A定向提取生物体的DNA分子B定向的对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向改造生物的遗传性状解析：选D。基因工程的定义就是在生物体外通过对DNA分子进行人工切割和拼接，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入生物细胞内进行表达产生人类所需要的基因产物，也就定向改造了生物的遗传性状。2下列关于基因工程的叙述，正确的是()ADNA连接酶、限
18、制性核酸内切酶及载体是构建重组质粒必需的工具酶B基因工程技术是唯一能冲破远缘杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法C标记基因的作用是筛选含有目的基因的受体细胞D基因工程经常以抗生素的抗性基因为目的基因解析：选C。载体不是工具酶，是基因工程操作的工具；冲破远缘杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法除了基因工程，还有植物体细胞杂交等；抗生素抗性基因通常作为基因工程操作中的标记基因，而不作为目的基因。3质粒是基因工程中最常用的载体。下列有关叙述正确的是()A质粒的存在与否，对宿主细胞的生存起决定性作用B有的细菌细胞中含有多个质粒C具有一个限制性核酸内切酶切点和一个标志基因D它只存在于细菌细胞中解析：选B。质
19、粒是基因工程中最常用的载体，质粒进入宿主细胞能友好借居，对宿主细胞的生存没有决定作用，一般具有一个或多个限制性核酸内切酶切点和标记基因，质粒不仅存在于细菌细胞中，其他细胞中也可能存在，如酵母菌。4如图两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下列变化，则X酶是() ADNA连接酶BRNA连接酶CDNA聚合酶D限制性核酸内切酶解析：选A。DNA连接酶是将两粘性末端的磷酸与脱氧核糖连接在一起；RNA聚合酶是在RNA复制与转录过程中把核糖核苷酸连接在一起；DNA聚合酶是在DNA复制过程中催化脱氧核苷酸的聚合反应；限制性核酸内切酶是识别与切割特定的碱基序列。5下列有关限制性核酸内切酶和DNA连接
20、酶的叙述，正确的是()A用限制性核酸内切酶剪切获得一个目的基因时得到两个切口，有2个磷酸二酯键被断开B限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大C序列CATG和GGATCC被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数不同DT4DNA连接酶和Ecoli DNA连接酶都能催化平末端和粘性末端的连接解析：选B。用限制性核酸内切酶剪切获得一个目的基因时得到两个切口，有4个磷酸二酯键被断开，A错误；限制性核酸内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大，B正确；序列CATG和GGATCC被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数相同，都是4个，C错误；T4DNA连接酶和Ecoli
21、DNA连接酶都能催化粘性末端的连接，其中只有T4DNA连接酶可以连接平末端，D错误。6据下图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是()A限制性核酸内切酶可以切断a处，DNA连接酶可以连接a处BDNA聚合酶可以连接a处C解旋酶可以使b处解开D连接c处的酶为RNA聚合酶解析：选D。题图为双链DNA的平面图。a处为磷酸二酯键，为限制性核酸内切酶的切口和DNA连接酶的缝合处，也是DNA复制过程中DNA聚合酶的作用部位。b处氢键自然状态下被解旋酶打开。RNA聚合酶在转录合成RNA的过程中起作用。7下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如图，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有Bam
22、H 或EcoR 或Pst 的酶切位点。现用上述三种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是()限制性核酸内切酶BamH EcoR Pst 识别序列和切割位点 GGATCCCCTAGG GAATTCCTTAAG CTGCAGGACGTCA.1为BamH ，2为EcoR ，3为BamH ，4为Pst B1为EcoR ，2为BamH ，3为BamH ，4为Pst C1为Pst ，2为EcoR ，3为EcoR ，4为BamH D1为BamH ，2为EcoR ，3为EcoR ，4为Pst 解析：选A。
23、由题知三种酶识别的序列和切割的位点各不相同，因此，要防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状，该DNA分子在图示的4个位置被切开后，在位置2和3处应不能产生相同的粘性末端，由题可知：在位置2和3处不能为同一种酶，故答案选A。8图甲、乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切位点，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Ner表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是()A图甲中的质粒用BamH切割后，含有4个游离的磷酸基团B在构建重组质粒时，可用Pst和BamH切割质粒和外源DNAC用Pst和Hind 酶切，加入DNA连接酶后可得到1种符合要求的重组质粒D导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养
24、基中生长解析：选C。环状质粒被限制酶切割后会出现2个游离的磷酸基团；如果用BamH切割外源DNA后，会破坏目的基因，导入目的基因的大肠杆菌能否在含氨苄青霉素的培养基中生长，关键看限制酶的切割部位在哪里，如果用Pst切割，由于Ampr基因被破坏，所以不能在含氨苄青霉素的培养基中生长。二、非选择题9如图为DNA分子的切割和连接过程。据图回答下列问题：(1)EcoR 是一种_酶，其识别序列是_，切割位点是_与_之间的_键。(2)不同来源的DNA片段结合需要的酶应是_，此酶是在_与_之间形成_键而起“缝合”作用的，从而将不同来源的DNA片段连接在一起，构成_。(3)如果该DNA分子在G处发生基因突变，
25、可能发生的情况是_。解析：限制性核酸内切酶能识别特定的脱氧核苷酸序列并在特定部位切割形成粘性末端。而DNA连接酶则能连接粘性末端的相邻核苷酸形成磷酸二酯键构成重组DNA分子。要注意分清不同酶的特点及作用。如果DNA分子在G处发生基因突变，则使碱基序列发生变化，而不能被该种限制性核酸内切酶识别，更不能被切割下来。答案：(1)限制性核酸内切GAATTC鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯(2)DNA连接酶鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯重组DNA分子(3)限制性核酸内切酶不能识别该切割位点10通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，
26、下图表示这一技术的基本过程。在该工程中所用的基因“分子手术刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答下列问题：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。(2)请在图中画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”羊的染色体内，是因为_。解析：在基因工程中用到的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶。在对载体和目的基因进行切割时，一定要用同一种限制性核酸内切酶，才能切出相同的粘性末端。当插入目的基因时，常用DNA连接酶使二者之间形成磷酸二酯键而连接起来。答案：(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)(
27、3)人的遗传物质(基因)与羊的遗传物质都为DNA，其物质组成和空间结构相同11如图为大肠杆菌及载体质粒结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是_，二者还具有其他共同点，如：_，_(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子被切割后的粘性末端为，则与之连接的目的基因粘性末端应为_ ；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上被称为_，其作用是_。(4)下列常在基因工程中用做载体的是()A苏云金芽孢杆菌抗虫基因B土壤农杆菌环状RNA分子C大肠杆菌的质粒D动物细胞的染色体解析：(1)拟核是指原核生物中DNA集中的区域，质粒通常是指细菌细胞
28、拟核区以外的环状脱氧核糖核酸(DNA)分子，质粒与拟核都能够自主复制，都具有遗传效应等。(2)能用DNA连接酶连接在一起的两个DNA片段，其连接端碱基应能互补配对，所以能与配对的粘性末端碱基应为。(3)质粒DNA分子上应有特殊的遗传标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。(4)苏云金芽孢杆菌抗虫基因常用做目的基因；而动物细胞的染色体所含基因较多，会对受体细胞产生较大的影响，一般不做基因工程的载体；土壤农杆菌环状RNA分子虽然结构简单，但不能进行自主复制，也不适合作基因的载体。答案：(1)DNA能够自主复制具有遗传效应(2)DNA连接酶(3)标记基因供重组DNA的鉴定和选择(4)C12根据下列所给材
29、料回答问题：材料1：把人的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的质粒上，然后导入大肠杆菌体内，产生出人的胰岛素。材料2：把萤火虫的荧光基因转入烟草体内，培育出发荧光的烟草。材料3：有人把蜘蛛产生丝腺蛋白的基因转入羊的细胞中，在羊分泌的乳汁中加入某种物质后，可抽出细丝，这种细丝可望用作手术的缝合线。(1)上述生物新品种的产生运用了_技术。(2)上述技术所用的工具酶有_。(3)材料3中所用缝合线与普通缝合线相比有何优点_。(4)可遗传的变异分为三种：_、_、_，而基因工程改变一个物种的基因属于_。(5)上述所给的材料，不能得出哪一结论()A动植物之间可以相互转基因B真核生物与原核生物之间可以转基因C基因工程可以定向改变生物的遗传性状D转基因生物的出现对生物的进化是有利的解析：基因工程技术中所用的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶。材料3中所用缝合线是通过基因工程技术从羊分泌的乳汁中抽取的，可以被分解吸收。基因工程改变一个物种的基因属于基因重组。转基因生物对生物进化的影响是多方面的。答案：(1)基因工程(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶(3)可以被分解吸收(4)基因重组基因突变染色体畸变基因重组(5)D高考资源网版权所有，侵权必究！
