微专题突破
一、与核酸有关的各种酶的比较
名称
作用
参与生理过程应用
作用位点(如下图)
DNA连接酶
连接两个DNA片段
基因工程
a
限制性核酸内切酶
切割某种特定的脱氧核苷酸序列
a
DNA聚合酶
在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸
DNA复制
a
RNA聚合酶
在核糖核苷酸链上添加单个核糖核苷酸
转录及RNA复制
解旋酶
使碱基间氢键断裂形成单个脱氧核苷酸链
DNA复制及转录
b
逆转录酶
以RNA为模板合成DNA
逆转录、基因工程
a
1．在DNA连接酶的催化下形成的化学键和位置分别是( )
A．氢键 碱基与脱氧核糖之间
B．氢键 碱基与碱基之间
C．磷酸二酯键 磷酸与脱氧核糖之间
D．磷酸二酯键 脱氧核糖与碱基之间
【解析】 本题考查DNA连接酶的作用。DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的“缝合”，能恢复被限制酶切开了的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，不能催化氢键形成。
【答案】 C
2．下列黏性末端属于同种限制性核酸内切酶切割而成的是( )
A．①② B．①③ C．①④ D．②③
【解析】 同种限制酶切割形成的黏性末端碱基能互补配对。
【答案】 B
3．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A．①②③④ B．①②④③
C．①④②③ D．①④③②
【解析】 将DNA分子切割成含有黏性末端的两个DNA片段的是限制性核酸内切酶，即①；DNA聚合酶则可以催化DNA单链的合成，即④；DNA连接酶可以连接具有相同黏性末端或平口末端的两个DNA片段，即②；解旋酶催化DNA双螺旋氢键的断裂，使DNA分子解旋，即③。
【答案】 C
二、DNA复制、PCR技术和DNA重组技术的比较
DNA复制
PCR技术
DNA重组技术
场所
细胞核
生物体外
生物体外
酶
解旋酶、DNA聚合酶
DNA聚合酶
限制性核酸内切酶、DNA连接酶
载体
不需要
不需要
需要
遵循原则
碱基互补配对
碱基互补配对
碱基互补配对
结果
DNA分子
DNA分子片段
DNA分子
4．下列有关PCR技术的说法，不正确的是( )
A．PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术
B．PCR技术的原理是DNA双链复制
C．利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列
D．PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA
【解析】 PCR是利用DNA双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数方式增加。利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。扩增的过程是目的基因DNA受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次。
【答案】 D
5．以下为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图。据图分析，下列说法正确的是( )
A．催化①过程的酶是RNA聚合酶
B．④过程发生的变化是引物与单链DNA结合
C．催化②⑤过程的酶都是DNA聚合酶，都能耐高温
D．如果RNA单链中A与U之和占该链碱基含量的40%，则一个双链DNA中，A与U之和也占该DNA碱基含量的40%
【解析】 据图分析可知，①②③④⑤过程分别表示反转录、DNA的复制、变性、复性和延伸。①过程由反转录酶催化完成；④过程表示当温度降至55～60 ℃时，引物结合到互补DNA链上。②过程表示DNA的复制，需在常温条件下完成；⑤过程在表示Taq酶催化作用下从引物起始进行互补链的合成，需在70～75 ℃的高温条件下进行，但催化②⑤过程的酶都是DNA聚合酶；在DNA分子中有T无U。
【答案】 B
6．请回答基因工程方面的有关问题。
(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如下图所示)。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。
①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为________。
②在第________轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。
(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。
①第1组：_____________________________________________；
②第2组：____________________________________________。
(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)用限制性核酸内切酶EcoR V、Mbo Ⅰ 单独或联合切割同一种质粒，得到的DNA片段长度如下图(1 kb即1 000个碱基对)，请画出质粒上EcoR V、Mbo Ⅰ的切割位点。
【解析】 (1)①依据图解特点，第四轮循环产物中可以得到16个DNA分子，其中有14个含引物A、B的DNA分子，一个只含有引物B的DNA分子和一个只含引物A的DNA分子。②从图解原DNA与引物A、B的比例关系分析，经三次复制后开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)比较第1组引物的碱基顺序，可以发现引物Ⅰ与引物Ⅱ有两对碱基能发生互补配对，形成局部双链结构而失效；而第2组引物中，引物Ⅰ′折叠后会发生碱基互补配对而导致失效。(3)在PCR反应体系中，引物首先与模板DNA单链互补配对形成局部双链DNA片段，然后在DNA聚合酶的作用下将单个脱氧核苷酸依次连接到引物链上。(4)分析本小题中图解可知，用EcoR V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Mbo Ⅰ在质粒上有2个切点；由图中可以看出同时用两种限制性核酸内切酶切割时得到了3个片段，由此可以推测限制性核酸内切酶EcoR V的切点在5.5 kb和6 kb之间。具体切割位点见答案。
【答案】 (1)①15/16 ②三
(2)①引物Ⅰ与引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效
② 引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效
(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上
(4)见图
课件26张PPT。第一章 基本工程微专题突破Thank you for watching !章末综合测评(一)
(时间：45分钟，分值：100分)
一、选择题(共8个题，每小题5分，共40分)
1．下列有关基因工程和酶的相关叙述，正确的是( )
A．同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒，因此不具备专一性
B．载体的化学本质与载体蛋白相同
C．限制性核酸内切酶不能切割烟草花叶病毒的核酸
D．DNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键
【解析】 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割位点上切割DNA分子，因此具有专一性；载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等，成分不单一，载体蛋白的本质是蛋白质；烟草花叶病毒的核酸为RNA，而限制性核酸内切酶不能切割RNA；DNA连接酶可催化具有互补黏性末端或平口末端的DNA片段间磷酸二酯键的形成。
【答案】 C
2．下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )
A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因
B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交
C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒
D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
【解析】 基因工程是生物工程技术的核心内容，能够按照人们的意愿，定向地改造生物的遗传性状。基因治疗是把正常的基因导入有缺陷的细胞，从而使其表达，达到治疗目的。基因诊断常用基因探针来进行，其遵循的原理是DNA分子杂交，具有很强的特异性，因此一种探针只能检测水体中的一种(类)病毒。所有生物共用一套遗传密码，所以原核基因也能用来进行真核生物的遗传改良。
【答案】 B
3．下列哪项不是转基因食物潜在的安全隐患( )
A．转基因植物有可能合成对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质
B．转基因植物合成的某些新蛋白质有可能成为某些人的过敏原
C．某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分的改变
D．某些转基因生物可以合成干扰素，进入人体增强相应细胞的免疫力
【解析】 转基因生物引发的食物安全的理由主要有：对食物的安全性检测不够；担心出现滞后效应；担心出现新的过敏原；担心营养成分的改变等。D项属于转基因生物在生物制药方面的应用。
【答案】 D
4．与常规武器相比，生物武器具有( )
①传染性强 ②污染面积广，不易被发现 ③有一定的潜伏期 ④像核武器一样破坏建筑物 ⑤自然条件下的大雪、低温、干燥、日晒等不影响生物武器的杀伤力
A．①②③ B．②③④⑤
C．①②③④⑤ D．①②③④
【解析】 生物武器不会像核武器那样破坏建筑物，但与常规武器相比，生物武器具有传染性强、污染面积广，不易被发现的特点，有一定的潜伏期，并且受自然条件影响大，大雪、低温、干燥、日晒等，能加速病菌的消亡。
【答案】 A
5．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是( )
①通过对蛋白质进行结构分析获取蛋白质的结构信息 ②蛋白质的结构预测主要指根据蛋白质分子的氨基酸序列，来对其高级结构进行预测 ③结构预测的目的是构建蛋白质的立体结构模型，从而进行结构和功能的研究以及蛋白质分子设计 ④实施蛋白质工程的前提条件是基因工程 ⑤可利用基因工程的方法对蛋白质进行改造 ⑥所有蛋白质结构的改造都可以通过基因定点诱变技术来实现
A．①③④⑥ B．②③④⑤
C．①②③⑤ D．①②③④
【解析】 实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系，故④错。对蛋白质结构分析主要是获取蛋白质的结构信息，以便将蛋白质分子的结构特性同其特定的功能有效地联系起来。对结构预测的目的是在了解蛋白质的氨基酸序列的基础上来构建蛋白质的立体结构模型，从而进行结构和功能的研究以及蛋白质分子设计。定点诱变技术是创造新基因的一般方法，但通过基因的定点诱变技术并不能实现对所有蛋白质的改造，故⑥错。
【答案】 C
6．已知某种限制性核酸内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被酶切断，则会产生a，b，c，d 4种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是( )
A．3 B．4
C．9 D．12
【解析】 本题考查限制性核酸内切酶的作用与识图分析能力。若该线性DNA分子在3个酶切位点切断，得到4种长度不同的DNA片段；若在2个酶切位点切断，得到3种长度不同的DNA片段；若在1个酶切位点切断，得到2种长度不同的DNA片段。因此，最多能产生4＋3＋2＝9(种)长度不同的DNA片段。
【答案】 C
7．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—G↓GATC—。据图分析，下列有关说法正确的是( )
A．该质粒分子由四种碱基组成
B．构建该表达载体的工具酶是限制酶和耐高温的 DNA聚合酶
C．本实验应采用Gene Ⅱ作为载体的标记基因
D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割
【解析】 由两种限制酶的识别序列和切点可知，限制酶Ⅱ可以识别并切割限制酶Ⅰ的切点，但限制酶Ⅰ不能识别并切割限制酶Ⅱ的切点，故质粒只能用限制酶Ⅰ切割，以保证至少保留一个标记基因(GeneⅠ)，而目的基因应用限制酶Ⅱ切割。质粒是由四种脱氧核苷酸组成的，而非四种碱基。构建该表达载体的工具酶是限制酶和DNA连接酶。
【答案】 D
8．据下图分析，下列有关基因工程的说法不正确的是( )
A．为防止目的基因与质粒任意结合而影响基因的表达，应用限制酶Ⅰ、Ⅱ同时切割二者
B．限制酶、DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键
C．与启动子结合的应该是RNA聚合酶
D．能够检测到标记基因表达产物的受体细胞中，也一定会有目的基因的表达产物
【解析】 将质粒与目的基因进行切割、连接时，不能保证二者全部成功连接，因此，导入了原质粒的受体细胞中能检测到标记基因的表达产物，但是不会检测到目的基因的表达产物。
【答案】 D
二、非选择题(共4个题，共60分)
9．(15分)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：
______________________________________________________
______________________________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________和________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
【解析】 (1)从题中所述资料可知，将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。
(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。
中心法则的内容如下图所示：
由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。
(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→合成DNA→表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。
【答案】 (1)氨基酸序列(或结构)
(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
10．(15分)农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞采用最多的方法。下图为农杆菌转化法示意图，请据图回答问题。
(1)Ti质粒多存在于细菌中，它是能自我复制的________。
(2)获取外源基因(目的基因)需要限制酶的参与，而目的基因在重组过程中需要________酶的参与，并依据碱基________原则进行重组。
(3)Ti质粒存在于________中，其上的T－DNA具有可转移到受体细胞并整合到受体细胞的________上的特点，因此携带外源基因的DNA片段必须插入到______部位。
(4)农杆菌转化法适于将目的基因导入____________和裸子植物，而不易于感染大多数____________。
(5)若将相关的目的基因导入动物细胞和微生物细胞则常采用______________和______________。
【解析】 将目的基因导入受体细胞的方法多种多样，应根据受体细胞的类型和目的基因的特点分别采用相应的方法。农杆菌转化法适于将目的基因导入植物细胞，而显微注射技术和Ca2＋处理感受态细胞法分别适于将目的基因导入动物细胞和微生物细胞。
【答案】 (1)小型环状DNA分子
(2)DNA连接 互补配对
(3)农杆菌细胞质 染色体DNA TDNA片段(内部)
(4)双子叶植物 单子叶植物
(5)显微注射技术 Ca2＋处理感受态细胞法
11．(15分)甲型H1N1流感传染非常快，甲型H1N1流感疫苗是预防甲流的最好方法，某研究小组进行了甲型H1N1流感病毒的疫苗研制工作，下图为他们前期研究工作的简要操作流程图：
(1)实验步骤①所代表的过程是在__________作用下完成的；在步骤②之前扩增H基因常采用的方法是________。
(2)DNA在________________酶作用下获得H基因，此酶的作用是____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用的酶是____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)构建重组表达载体时，一般需要将H基因与载体结合，最常用作基因工程载体的是________；在检测受体细胞中是否已经导入目的基因时，常常要借助载体上________的表达。
(5)通过步骤④⑥后即可产生具有免疫活性的蛋白质，该步骤相当于基因工程中的________步骤。
【解析】 ①所代表的过程为RNA→DNA，是逆转录过程，目的基因的扩增常用的方法是PCR技术。DNA在限制性核酸内切酶的作用下进行特定切割，获得H基因。限制性核酸内切酶的作用是识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。基因工程中常用的载体有质粒或动植物病毒，最常用的是质粒。目的基因的检测常借助于基因表达载体中标记基因的表达。
【答案】 (1)逆转录酶 PCR(或聚合酶链式反应) (2)限制性核酸内切 识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂
(3)限制性核酸内切酶和DNA连接酶
(4)质粒 标记基因
(5)目的基因的表达
12．(15分)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示β-半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：
图1
图2
(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是__________。
(2)图1中启动子是______酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_______________________。
(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有____________。
(4)β-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_____________________________________
________________________________________________________________。
(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，β-半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_________________________________________，理由是__________________________________________________________。
【解析】 (1)基因表达载体中应具有启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点。
(2)启动子是转录过程中RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达。图中的氨苄青霉素抗性基因充当了标记基因，可用含有氨苄青霉素的培养基筛选含有重组质粒的大肠杆菌。
(3)构建基因表达载体时，需要用同种限制酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接。
(4)胰岛素肽链上具有蛋白酶的切割位点，会导致胰岛素被菌体内的蛋白酶降解，而通过融合表达将切割位点隐藏在内部可防止胰岛素的A、B链被菌体内的蛋白酶降解。
(5)根据溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，并结合β-半乳糖苷酶被切成多个肽段，获得了完整的胰岛素A链、B链这一信息，可以推测β-半乳糖苷酶中必然含有多个甲硫氨酸，胰岛素A链、B链不含甲硫氨酸。
(6)每一条肽链的两个末端分别含有一个氨基和一个羧基，某些氨基酸的R基中也含有氨基。
【答案】 (1)终止子 (2)RNA聚合 作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来
(3)限制酶和DNA连接酶 (4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解
(5)β-半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸 (6)至少2个 两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基
