高中生物第1节 重组DNA技术的基本工具第1课时课时训练

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第1课时 重组DNA技术的基本工具
基础过关练
题组一 限制性内切核酸酶

1.下列关于限制性内切核酸酶(限制酶)的叙述,正确的是( 易错 )
A.均来源于原核生物
B.识别序列均由6个核苷酸组成
C.特异性表现在识别和切割两个方面
D.也可识别RNA分子的特定核苷酸序列
2.如图表示限制酶切割某DNA分子的过程,从图中可知,该限制酶能识别的碱基序列及切割位点是( )
A.5'-CTTAAG-3',切点在C和T之间
B.5'-CTTAAG-3',切点在G和A之间
C.5'-GAATTC-3',切点在G和A之间
D.5'-CTTAAC-3',切点在C和T之间
3.下表为几种限制酶的切割位点,相关叙述错误的是( )
A.限制酶能够水解DNA上的磷酸二酯键
B.BamHⅠ切割的序列能被BclⅠ切割
C.BclⅠ切割的序列能被Sau3AⅠ切割
D.限制酶具有特异性和专一性
4.(2020四川绵阳南山中学高二期中)对如图所示DNA片段的说法错误的是( )
A.甲、乙、丙的黏性末端是由两种限制酶催化产生的
B.甲、乙之间可形成重组DNA分子,但甲、丙之间不能
C.DNA连接酶催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
5.(2021陕西咸阳高二期末)用X酶切割DNA分子后,得到黏性末端①,用Y酶切割DNA分子后,得到黏性末端②,如图所示,以下说法不正确的是( )
A.X与Y通常是不同的限制酶
B.限制酶与DNA水解酶破坏的化学键相同
C.限制酶将一个DNA分子片段切成两个片段需消耗两个水分子
D.具有①②的两个DNA片段可连接成重组分子,重组后还可以被X或Y切割
6.现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子,用EcR Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子,用EcR Ⅰ、Kpn Ⅰ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
A
B
C
D
题组二 DNA连接酶
7.对DNA连接酶的功能描述正确的是( )
A.将碱基、脱氧核糖和磷酸之间的化学键连接起来
B.在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端
C.用于DNA复制时母链与子链间形成氢键
D.与DNA聚合酶作用的部位相同,作用对象不同
8.(2021安徽宿州高二期中)根据如图判断,下列有关工具酶功能的叙述,错误的是( )
A.DNA连接酶可以连接c处
B.DNA聚合酶可以连接a处
C.解旋酶可以使b处解开
D.限制酶可以切断a处
9.(2020黑龙江哈尔滨六中高二期末)有关E.cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶作用的叙述正确的是( 易错 )
A.T4 DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来
DNA连接酶只能将双链DNA片段的平末端连接起来
C.T4 DNA连接酶既可以“缝合”黏性末端,又可以“缝合”平末端
DNA连接酶连接平末端的效率比较低
10.图1和图2分别表示的是限制酶EcRⅠ和SmaⅠ的作用示意图。请下列回答问题:
(1)限制酶EcRⅠ和SmaⅠ的化学本质是 ,其单体是 。
(2)限制酶EcR Ⅰ识别的碱基序列是 ,限制酶EcR Ⅰ和Sma Ⅰ的识别序列不同,说明限制酶具有 性。
(3)由图2可知,当限制酶在它识别序列的 切开时,产生的末端是平末端;要将图1中的末端再连接起来,需要用 酶。
(4)1970年,阿尔伯等人在细菌中发现了第一个限制酶,但在该细菌中没有此限制酶的识别序列,推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是 。
题组三 基因进入受体细胞的载体
11.(2021天津蓟州高二期末)下列关于重组DNA技术基本工具的说法,正确的是( )
A.DNA连接酶与DNA聚合酶作用的底物相同
B.原核生物中的限制性内切核酸酶对自身DNA无损害作用
C.限制性内切核酸酶切割DNA后一定能产生黏性末端
D.质粒是基因工程中唯一的载体
12.(2021北京十一学校高二期中)以下关于质粒的叙述不正确的是( )
A.质粒上有复制原点,可以在宿主细胞中自我复制
B.细菌的质粒是独立于拟核之外的小型环状双链DNA分子
C.具有一个或多个限制酶切点,便于目的基因的表达
D.天然质粒需经过改造后才能应用于基因工程的操作
13.作为基因的运输工具——载体,必须具备的条件之一及理由是( )
A.能够复制,以便目的基因插入其中
B.对受体细胞无害,以便重组DNA的鉴定和选择
C.具有某些标记基因,以便重组DNA分子的筛选
D.必须是环状DNA分子,以便更容易进入受体细胞
14.下列关于基因工程的叙述,正确的是( 易错 )
A.“分子缝合针”是限制性内切核酸酶
B.DNA连接酶和载体是构建重组质粒必需的工具酶
C.限制酶和DNA连接酶的作用都与磷酸二酯键有关
D.“转基因烟草”操作过程中常用烟草花叶病毒作为载体
15.基因工程中,需要使用限制酶切割目的基因和质粒。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是 ↓—GGATCC—,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是 ↓—GATC—。
(1)根据已知条件和图回答下列问题:
①上述质粒用限制酶 切割,目的基因用限制酶 切割。
②若将目的基因和质粒连接起来需用到 。
③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由: 。
(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是 。
能力提升练
题组一 综合应用限制酶
1.(2021山东青岛高三期末,)下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点,由此推断以下说法中,错误的是( )
(注:Y=C或T,R=A或G)
A.HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端
B.限制酶Sau3AⅠ的切割位点在识别序列的外部
C.BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
2.(不定项)(2021山东聊城高二期中,)限制酶能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使特定部位的磷酸二酯键断开。修饰酶能对DNA或RNA的碱基进行修饰,防止DNA或RNA被限制酶破坏。某些噬菌体能寄生在特定大肠杆菌体内进行繁殖。下列叙述正确的是( )
A.不能被噬菌体侵染的大肠杆菌,细胞膜上可能没有噬菌体可识别的特异性受体
B.能被噬菌体侵染的大肠杆菌,体内无核糖体,不能合成破坏外源DNA的限制酶
C.能寄生于大肠杆菌的噬菌体,DNA上一定没有大肠杆菌限制酶的识别位点
D.能寄生于大肠杆菌的噬菌体,DNA上可能也存在与大肠杆菌相同的修饰物
3.(2021湖北十堰高二期末,)如图所示三个DNA片段依次表示EcRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制酶的识别序列与切割位点。下列有关叙述错误的是( )
↓
—GAATTC—
—CTTAAG—
↑ ↓
—GGATCC—
—CCTAGG—
↑ ↓
—GATC—
—CTAG—
↑
A.三种限制酶切割产生的末端的长度大小相同
B.这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端
C.BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端不能彼此连接
D.图中的DNA片段被EcRⅠ切割后,会增加两个游离的磷酸基团
题组二 重组DNA技术基本工具的综合分析
4.()质粒是基因工程中最常用的载体,它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上的标记基因如图所示,通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上生长情况也不同,如图所示外源基因在质粒中可插入的位置有a、b、c三点。某同学根据实验现象对其插入的位点进行分析,其中分析正确的是( )
5.(2020山东德州一中月考,)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,如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:
(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黏性末端的过程图。
↓
—GGATCC—
—CCTAGG—
↑
(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”羊的染色体内,原因是 。
答案全解全析
第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
第1课时 重组DNA技术的基本工具
基础过关练
1.C 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,A错误;大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成,B错误;限制酶能识别特定的核苷酸序列,并切割特定核苷酸之间的磷酸二酯键,C正确;限制酶可识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,不能识别RNA分子的特定核苷酸序列,D错误。
易错警示
(1)限制酶主要来源于原核生物。(2)限制酶只能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,具有特异性。
2.C 两条链均按照5'→3'方向分析,由题图可知该限制酶识别的碱基序列为5'-GAATTC-3',并在G与A之间断开磷酸二酯键,故选C。
3.B 限制酶作用的部位是双链DNA分子上的磷酸二酯键,A正确;BamHⅠ切割的序列与BclⅠ切割的序列不同,所以BamHⅠ切割的序列不能被BclⅠ切割,B错误;BclⅠ识别的序列中包含Sau3AⅠ的识别序列,BclⅠ切割的序列能被Sau3AⅠ切割,C正确;限制酶具有特异性和专一性,D正确。
4.A 切割产生甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG,其切割的是鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸间的磷酸二酯键;切割产生乙的限制酶的识别序列为CAATTG∥GTTAAC,其切割的是胞嘧啶脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸间的磷酸二酯键;切割产生丙的限制酶的识别序列为CTTAAG∥GAATTC,其切割的是胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸间的磷酸二酯键,由此可见,甲、乙、丙的黏性末端是由三种限制酶切割产生的,A错误。甲、乙的黏性末端互补,因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子,但甲、丙的黏性末端不同,它们之间不能形成重组DNA分子,B正确。DNA连接酶催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键,C正确。切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG,而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为CAATTC∥GAATTG,因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子,D正确。
5.D 由题图可知,X与Y识别的核苷酸序列不同,因此X与Y是不同的限制酶,A正确;限制酶与DNA水解酶破坏的化学键相同,都是磷酸二酯键,B正确;限制性内切核酸酶将一个DNA分子片段切成两个片段,即断裂两个磷酸二酯键,因此需消耗两个水分子,C正确;具有①②的两个DNA片段可连接成重组分子,核苷酸序列发生了改变,所以重组后不能被X或Y切割,D错误。
6.D 用EcRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,由此可推知该DNA分子为环状DNA;用KpnⅠ单独酶切会得到600 bp和400 bp两种长度的DNA分子和用EcRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子,由此可推知D项符合要求。
7.D DNA连接酶连接的是磷酸二酯键,A错误;DNA连接酶在基因工程中可作用于一个切口处的两个黏性末端,B错误;DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶等,母链和子链通过碱基互补配对用氢键连接起来,C错误;DNA连接酶连接双链DNA片段的切口,即能将断开的两个DNA片段连接起来,而DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到已有的单链DNA上,D正确。
8.A DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,而c是脱氧核苷酸中磷酸与脱氧核糖之间的连接键,A错误;DNA聚合酶能将单个脱氧核苷酸连接到单链DNA上,形成磷酸二酯键,B正确;解旋酶能解开DNA分子的双螺旋结构,即使氢键(b)断裂,C正确;限制性内切核酸酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键,其中限制性内切核酸酶可以切断a处,D正确。
9.C T4 DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,A错误,C正确;E.cli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来,B错误;E.cli DNA连接酶不能连接平末端,T4 DNA连接酶连接平末端的效率相对较低,D错误。
易错警示
混淆E.cli DNA连接酶与T4 DNA连接酶
10.答案 (1)蛋白质 氨基酸 (2)GAATTC 专一 (3)中轴线 E·cli DNA连接酶或T4 DNA连接酶 (4)切割外来DNA,起到防御作用
解析 (1)限制酶EcRⅠ和SmaⅠ的化学本质是蛋白质,蛋白质是生物大分子,其单体是氨基酸。(2)分析题图1可知,限制酶EcR Ⅰ识别的碱基序列是—GAATTC—,限制酶SmaⅠ识别的碱基序列是—CCCGGG—,限制酶EcR Ⅰ和Sma Ⅰ的识别序列不同,说明限制酶具有专一性。(3)由图2可知,当限制酶在它识别序列的中轴线切开时,产生的末端是平末端;DNA连接酶可以连接两个DNA片段,要将图1中的黏性末端再连接起来,需要用E·cli DNA连接酶或T4 DNA连接酶连接。(4)在细菌中发现了限制酶,但在该细菌中没有此限制酶的识别序列,推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是切割外来DNA,起到防御作用。
11.B DNA连接酶作用于两个DNA片段,而DNA聚合酶催化单个脱氧核苷酸连接到子链DNA上,两者作用的底物不同,A错误;原核生物体内的限制酶对自身DNA无损害作用,B正确;限制酶切割DNA后能产生黏性末端或平末端,C错误;质粒是基因工程中常用的载体,噬菌体、动植物病毒也可以作为基因工程的载体,D错误。
12.C 质粒作为载体必须具备的条件之一是能大量复制,故质粒上有复制原点,可以在宿主细胞中自我复制,A正确;质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子,B正确;质粒DNA分子上有一个或多个限制酶切割位点,以便于目的基因插入,C错误;天然质粒往往需经过改造才能作为基因工程中的载体,D正确。
13.C 作为载体必须具备的条件之一是能够在宿主细胞中稳定存在并大量复制,以便提供大量的目的基因,A错误;携带外源DNA片段的载体(质粒)进入受体细胞后,能在细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制,因此载体需对受体细胞无害,以便受体细胞正常生长、增殖,使重组DNA稳定存在,B错误;作为载体必须具备的条件之一是具有某些标记基因,以便重组DNA分子的筛选,C正确;质粒是环状双链DNA分子,但噬菌体和动植物病毒不是环状DNA分子,D错误。
14.C “分子缝合针”指的是DNA连接酶,A错误;载体不属于工具酶,B错误;限制酶催化磷酸二酯键的水解,DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成,它们的作用都与磷酸二酯键有关,C正确;烟草花叶病毒能感染烟草,因此“转基因烟草”操作过程中常用质粒作为载体,D错误。
易错警示
误认为重组DNA技术需要三种工具酶
重组DNA技术中需用三种工具,但工具酶只有两种,即限制性内切核酸酶和DNA连接酶。
15.答案 (1)①Ⅰ Ⅱ ②DNA连接酶 ③便于重组DNA分子的筛选 (2)DNA结构基本相同(其他合理答案亦可)
解析 (1)①要形成重组质粒,质粒只能出现一个切口,并且至少保留一个标记基因,序列在GeneⅡ上,因此用限制酶Ⅰ切割质粒,保留GeneⅠ标记基因;目的基因必须切割两次,切割后产生的黏性末端能与质粒的黏性末端互补,序列中有限制酶Ⅱ的识别序列和切点,因此用限制酶Ⅱ切割目的基因。②DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。③质粒中的标记基因用于重组DNA分子的筛选。(2)DNA由四种脱氧核苷酸组成,含有2条链且为双螺旋结构,因此不同生物的基因可以拼接。
能力提升练
1.D Hind Ⅱ、SmaⅠ两种限制酶沿着中轴线处切开,切割后形成平末端,A正确;限制酶Sau3AⅠ识别—GATC—序列,切割位点在识别序列的外部,B正确;限制酶BamHⅠ识别—GGATCC—序列,限制酶Sau3AⅠ识别—GATC—序列,切割后形成相同的黏性末端—GATC—,C正确;一种限制酶可以识别两种核苷酸序列,如Sau3A Ⅰ能识别—GATC—序列,也能识别—GGATCC—序列,D错误。
2.AD 不能被噬菌体侵染的大肠杆菌,细胞膜上可能没有噬菌体可识别的特异性受体,使得噬菌体不能对其识别并侵染,A正确;大肠杆菌为原核生物,体内有核糖体,B错误;如果噬菌体的DNA上有修饰酶的识别位点,修饰酶能对DNA的碱基进行修饰,防止DNA被限制酶破坏,即使其DNA上有大肠杆菌限制酶的识别位点,其DNA也能在大肠杆菌内复制和表达,使得噬菌体能寄生于大肠杆菌,C错误;能寄生于大肠杆菌的噬菌体,DNA上可能也存在与大肠杆菌相同的修饰物,防止其被大肠杆菌内的限制酶识别并破坏,D正确。
3.C 根据题图并结合三种限制酶的切割位点可知,这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端,且长度大小相同,A、B正确;用BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA会形成相同的黏性末端,故BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端能按照碱基互补配对彼此连接,C错误;图中的DNA片段被EcRⅠ切割后,会断裂两个磷酸二酯键,从而增加两个游离的磷酸基团,D正确。
4.B 根据题意和图示分析可知:a点位置在四环素抗性基因上,如果外源基因插入a点,会破坏此基因的结构,导致细菌在含有四环素的培养基上不能生长;b点位置在氨苄青霉素抗性基因上,如果外源基因插入b点,会破坏此基因的结构,导致细菌在含有氨苄青霉素的培养基上不能生长,由此可知B正确。
5.答案 (1)限制酶 DNA连接酶
(2)如图
↓
—GGATCC—
—CCTAGG—
↑ —G
—CCTAG GATCC—
G—(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
解析 (1)限制酶可以识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并使特定部位的两个核苷酸间的磷酸二酯键断开,可用于从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因。DNA连接酶可将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子,则人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中是用DNA连接酶“缝合”的。(2)图示的限制酶识别的序列为—GGATCC—,并且在G与G之间切开,因此形成的黏性末端见答案。(3)羊的染色体的主要成分是DNA和蛋白质,其中DNA上的基因与人体蛋白质基因的物质组成和空间结构是相同的,因此人体蛋白质基因能“插入”羊的染色体内。
限制酶
BamHⅠ
BclⅠ
Sau3AⅠ
识别序列及
切割位点
↓
—GGATCC—
—CCTAGG—
↑
↓
—TGATCA—
—ACTAGT—
↑
↓
—GATC—
—CTAG—
↑
限制酶名称
识别序列和切割位点
限制酶名称
识别序列和切割位点
BamHⅠ
—G↓GATCC—
KpnⅠ
—GGTAC↓C—
EcRⅠ
—G↓AATTC—
Sau3AⅠ
—↓GATC—
HindⅡ
—GTY↓RAC—
SmaⅠ
—CCC↓GGG—
选
项
实验现象
实验推论
在含氨苄青霉素培
养基上的生长情况
在含四环素培养
基上的生长情况
目的基因
插入的位置
A
能生长
能生长
a
B
不能生长
能生长
b
C
能生长
不能生长
c
D
不能生长
不能生长
c
1.C
2.C
3.B
4.A
5.D
6.D
7.D
8.A
9.C
11.B
12.C
13.C
14.C
项目
E.cli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
来源
大肠杆菌
T4噬菌体
作用特点
只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来
连接互补的黏性末端和平末端,但连接平末端的效率相对较低
功能
都能将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键
1.D
2.AD
3.C
4.B