题目内容

3．资料显示，近10年来，PCR技术（聚合酶链反应技术）成为分子生物学实验的一种常规手段．它利用DNA半保留复制的特性，在试管中进行DNA的人工复制（如图所示），在很短时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于自生物体获得．通过PCR技术可以在体外获得大量的人胰岛素基因．将人胰岛素基因“嫁接”到大肠杆菌的DNA上，可使大肠杆菌能够大量的合成人胰岛素．请分析回答：

（1）加热至94℃的目的是使样品中DNA的氢键断裂，这一过程在生物体细胞内是通过解旋酶的作用完成的．通过生化分析得到新合成的DNA分子中，A=T，G=C，这个事实说明DNA分子合成遵循碱基互补配对原则．
（2）新合成的DNA分子与模板DNA分子完全相同的原因是DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了准确的模板，通过碱基互补配对保证了复制能够准确的进行．
（3）通过PCR技术使DNA分子大量复制时，若将一个用15N标记的模板DNA分子（第一代）放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制到第五代时，含15N标记的DNA分子单链数占全部DNA总单链数的比例为$\frac{1}{32}$．
（4）合成人胰岛素大肠杆菌的培育应用了基因工程（基因拼接、DNA重组）技术，该技术与其他育种方法相比能定向地（限制酶）改变生物的遗传性状．在培育过程中，所用的基因“剪刀”是限制性核酸内切酶，基因的“针线”是DNA连接酶，基因的“运载工具”是运载体．
（5）大肠杆菌和人是差异非常大的两种生物，人的胰岛素基因能够在大肠杆菌体内表达是因为地球上几乎所有生物都共用一套遗传密码子．

分析 1、基因工程的工具：
（1）限制酶：能够识别双链DNA分子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裂．
（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键．
（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒．
2、细胞中DNA复制与PCR技术的比较：

 细胞内DNA复制体外DNA扩增（PCR）
不同点解旋在解旋酶作用下边解旋边复制80～100℃高温解旋，双链完全分开
酶DNA解旋酶、DNA聚合酶TaqDNA聚合酶
引物RNADNA、RNA
温度体内温和条件高温
相同点①需提供DNA模板
②四种脱氧核苷酸为原料
③子链延伸的方向都是从5'端到3'端

解答 解：（1）加热至94℃的目的是使样品中DNA的氢键断裂，这一过程在生物体细胞内是通过解旋酶的作用完成的．通过生化分析得到新合成的DNA分子中，A=T，G=C，这个事实说明DNA分子合成遵循碱基互补配对原则．
（2）新合成的DNA分子与模板DNA分子完全相同的原因是：DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了准确的模板；通过碱基互补配对保证了复制能够准确的进行．
（3）PCR技术的原理是DNA分子的复制，而DNA复制方式为半保留复制，若将一个用15N标记的模板DNA分子（第一代）放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制到第五代时，含15N标记的DNA分子单链数为2，占全部DNA总单链数的比例为$\frac{2}{{2}^{5}×2}=\frac{1}{32}$．
（4）合成人胰岛素大肠杆菌的培育应用了基因工程技术；基因工程技术能定向改造生物的遗传性状；基因工作中，所用的基因“剪刀”是限制酶，基因的“针线”是DNA连接酶，基因的“运载工具”是运载体．
（5）自然界中所有生物共用一条遗传密码子子，因此一种生物的基因能在另一种生物体内表达．
故答案为：
（1）解旋酶　碱基互补配对原则
（2）DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了准确的模板，通过碱基互补配对保证了复制能够准确的进行．
（3）$\frac{1}{32}$
（4）基因工程（基因拼接、DNA重组）　定向地限制性核酸内切酶（限制酶）　DNA连接酶　运载体
（5）共用一套遗传密码子

点评 本题考查DNA复制、基因工程等相关知识，要求考生识记DNA分子复制的条件、方式及准确复制的原因，能与PCR技术进行比较；识记基因工程的原理及操作工具，掌握基因工程的操作步骤，能结合所学的知识准确答题．

练习册系列答案
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