限制性核酸内切酶及相关试题的归类分析

黄象栋+姜海瑞

摘 要： 本文概述了限制性核酸内切酶的来源与命名规则、作用特点与特例，对近几年各省相关试题进行了归类分析与教学反思。

关键词： 限制酶 高考试题 归类分析

基因工程涉及的限制性核酸内切酶（简称限制酶）在近几年的高考中出现频率较高，难度也较大，特别是基因工程操作步骤中与限制酶相关的应用技巧，已经成为当今某些省高考选考及模拟试题命制的热点与重点之一。下面概述了我们在复习过程中，对限制酶的一些认识与思考，以供各位教师参考。

1.作用与特例

基因工程中的限制酶能够识别特定的核苷酸序列，并且能在特定位置对核酸进行切割。限制酶所识别的序列一般为回文序列，可以形成黏性末端和平末端[3]。但并不是所有限制酶识别切割的序列都是回文序列，如限制酶BbvCⅠ识别序列为CC↓TCAGC。

1.1限制酶对特定序列的识别切割

通常一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，但也存在特例，如限制酶HindⅡ识别的序列为GTY↓RAC（注：Y=C或T，R=A或G）（见表1）。同理，一种特定的序列可以被不同的限制酶识别并在相同位点进行切割。如限制酶BamHⅠ、BstⅠ都识别切割G↓GATCC（见表1）。从表1中，还可以得出同种限制酶切割产生的黏性末端不一定相同，比如限制酶BbvCⅠ识别序列为CC↓TCAGC，切割之后形成的两个黏性末端可以碱基互补，但不是同一种类型。

1.2DNA连接酶对黏性末端的连接

在形成重组DNA分子的过程中，常使用同一种限制酶切割相应的目的基因和质粒，目的是形成具有相同序列的黏性末端，以便使用DNA连接酶进行连接。但是，同种限制酶切割后的DNA分子会出现自身环化的现象。为了解决这一矛盾，我们可以采用不同的限制酶切割目的基因和质粒，但是各自形成的黏性末端必须能够发生碱基互补配对，才能形成重组DNA分子。比如表1中BamHⅠ、Sau3AⅠ两种限制酶识别切割的序列分别是G↓GATCC和↓GATC，经上述两种限制酶切割后，形成的黏性末端都是—GATC，在DNA连接酶的催化作用之下可以形成重组DNA分子。另外，若黏性末端均为平末端则无此要求。

2.试题分类与解析

自新课改以来，在全国和各省高考自主命题中，出现了以基因工程限制酶为命题背景的各类试题，归纳起来主要有以下几种类型的试题：

2.1有关酶切后DNA片段种类数目的推理

例1.已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如果在该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的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

分析：应选C项。由题干可知，若该线性DNA分子在三个酶切位点切断，可得到a、b、c、d四种片段；若在2个酶切位点切断，则可得到a+b、b+c、c+d三种片段；若只有一个切点，则新增a+b+c、b+c+d两种片段，故最多能产生片段种类4+3+2=9种。

2.2有关使用何种酶进行酶切的推理

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—。根据下图所示，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

分析：应选A项。由题意可知，只要被限制酶Ⅱ识别的序列就能被酶Ⅰ识别切割。所以，只有限制酶Ⅱ可以同时切断目的基因两侧的序列，获取目的基因。而质粒只能采用酶Ⅰ去切割，否则会同时破坏两种标记基因，无法形成重组质粒分子。

2.3有关限制酶识别与连接的方向性的推理

例3.如图是含有某种目的基因的DNA片段，若用EcoRⅠ（能识别G↓AATTC）和SmaⅠ（能识别CCC↓GGG）识别并切割，则此DNA片段会有？摇？摇？摇 ？摇个限制性核酸内切酶切点。

分析：EcoRⅠ能识别的序列含有6个脱氧核苷酸，方向为5→3的GAATTC，不能识别3→5的GAATTC。SmaⅠ同理。所以，该目的基因的DNA片段中总共具有1个EcoRⅠ和1个SmaⅠ切点，故答案填为2个酶切位点。

当然有关限制性核酸内切酶的试题还可以与遗传等相关知识进行整合，从而考查学生综合运用知识的能力等，本文不再一一论述。

3.教学反思

限制性核酸内切酶既可以与克隆技术和胚胎工程知识整合，又可以与遗传与变异的相关知识联系，体现理解能力与信息处理能力的综合考查。为了更好地把握与理解限制酶相关知识，在高考选考复习过程中要做到：（1）回归课本知识，适当拓展延伸。（2）加强学法指导，引导归纳分析。与限制酶相关的试题灵活多变，错综复杂，学生容易出现思维定势，会造成不必要的失分。因此，在教学实践中，需要对学生的学习方法进行有效指导，鼓励学生收集同一专题的错题，并按照试题类型进行合理归纳，找出错处，分析错因，总结方法，提高能力。

参考文献：

[1]朱玉贤，李毅.现代分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]肖业臣，魏剑波.基因工程中常用术语的命名规则[J].生物学通报，2002，37（10）：11.

[3]普通高中课程标准实验教科书，生物选修3.现代生物科技专题[M].北京：人民教育出版社，2007.