限制性核酸內切酶及相關試題的歸類分析

黃象棟+姜海瑞

摘 要： 本文概述了限制性核酸內切酶的來源與命名規則、作用特點與特例，對近幾年各省相關試題進行了歸類分析與教學反思。

關鍵詞： 限制酶 高考試題 歸類分析

基因工程涉及的限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）在近幾年的高考中出現頻率較高，難度也較大，特別是基因工程操作步驟中與限制酶相關的應用技巧，已經成為當今某些省高考選考及模擬試題命制的熱點與重點之一。下面概述了我們在復習過程中，對限制酶的一些認識與思考，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別特定的核苷酸序列，并且能在特定位置對核酸進行切割。限制酶所識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別切割的序列都是回文序列，如限制酶BbvCⅠ識別序列為CC↓TCAGC。

1.1限制酶對特定序列的識別切割

通常一種限制酶只能識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別并在相同位點進行切割。如限制酶BamHⅠ、BstⅠ都識別切割G↓GATCC（見表1）。從表1中，還可以得出同種限制酶切割產生的黏性末端不一定相同，比如限制酶BbvCⅠ識別序列為CC↓TCAGC，切割之后形成的兩個黏性末端可以堿基互補，但不是同一種類型。

1.2DNA連接酶對黏性末端的連接

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的目的基因和質粒，目的是形成具有相同序列的黏性末端，以便使用DNA連接酶進行連接。但是，同種限制酶切割后的DNA分子會出現自身環化的現象。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粒，但是各自形成的黏性末端必須能夠發生堿基互補配對，才能形成重組DNA分子。比如表1中BamHⅠ、Sau3AⅠ兩種限制酶識別切割的序列分別是G↓GATCC和↓GATC，經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有關酶切后DNA片段種類數目的推理

例1.已知某種限制酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如果在該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產生長度不同的DNA片段種類數是_________。

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

分析：應選C項。由題干可知，若該線性DNA分子在三個酶切位點切斷，可得到a、b、c、d四種片段；若在2個酶切位點切斷，則可得到a+b、b+c、c+d三種片段；若只有一個切點，則新增a+b+c、b+c+d兩種片段，故最多能產生片段種類4+3+2=9種。

2.2有關使用何種酶進行酶切的推理

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粒，便于重組和篩選。已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。根據下圖所示，判斷下列操作正確的是_________。

A.質粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

B.質粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

C.目的基因和質粒均用限制酶Ⅰ切割

D.目的基因和質粒均用限制酶Ⅱ切割

分析：應選A項。由題意可知，只要被限制酶Ⅱ識別的序列就能被酶Ⅰ識別切割。所以，只有限制酶Ⅱ可以同時切斷目的基因兩側的序列，獲取目的基因。而質粒只能采用酶Ⅰ去切割，否則會同時破壞兩種標記基因，無法形成重組質粒分子。

2.3有關限制酶識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（能識別G↓AATTC）和SmaⅠ（能識別CCC↓GGG）識別并切割，則此DNA片段會有？搖？搖？搖 ？搖個限制性核酸內切酶切點。

分析：EcoRⅠ能識別的序列含有6個脫氧核苷酸，方向為5→3的GAATTC，不能識別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EcoRⅠ和1個SmaⅠ切點，故答案填為2個酶切位點。

當然有關限制性核酸內切酶的試題還可以與遺傳等相關知識進行整合，從而考查學生綜合運用知識的能力等，本文不再一一論述。

3.教學反思

限制性核酸內切酶既可以與克隆技術和胚胎工程知識整合，又可以與遺傳與變異的相關知識聯系，體現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知識，在高考選考復習過程中要做到：（1）回歸課本知識，適當拓展延伸。（2）加強學法指導，引導歸納分析。與限制酶相關的試題靈活多變，錯綜復雜，學生容易出現思維定勢，會造成不必要的失分。因此，在教學實踐中，需要對學生的學習方法進行有效指導，鼓勵學生收集同一專題的錯題，并按照試題類型進行合理歸納，找出錯處，分析錯因，總結方法，提高能力。

參考文獻：

[1]朱玉賢，李毅.現代分子生物學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]肖業臣，魏劍波.基因工程中常用術語的命名規則[J].生物學通報，2002，37（10）：11.

[3]普通高中課程標準實驗教科書，生物選修3.現代生物科技專題[M].北京：人民教育出版社，2007.