8第八章 基因工程与基因体外表达
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4.4基因工程的基本内容
是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复
制、转录、翻译表达的操作,产生出人类所需要的基因产物或创建新的生物类型。
在分子水平上对基因进行操作的复杂技术,属于基因重组。
定向改造生物的性状。
基因工程
基本工作用 限制
性核酸能识别特定脱氧核糖核苷酸序列 从特定部位的两个核苷酸之间切开 原理 催化磷酸二酯键断裂 结果 形成黏性末端、平末端 用途 切割目的基因和运载体(基因工程) 保护自身细胞原有的遗传信息 D N
A
连
作用 原理 结果 用途 催化磷酸二酯键形成 连接DNA 片段 获得重组DNA 分子 构建基因表达载体(基因工程)
基因修复(原核微生物细胞) BamH I EcoR I Hae III
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质粒 DNA 连接酶酶 目的基因 DNA
获取DNA
获取质粒 细菌 质粒
DNA 用同一种限制性内切酶切割 重组质粒
细胞 目的基因 将目的基因导入受体细胞 DNA 重组质粒 细胞增殖 目的基因产物
将目的基因导入受体细胞 目的基因与运载体结合 提取目的基因 目的基因的检测和表达 基本步骤
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第十三章基因工程与基因体外表达第一节基因克隆一.限制性核酸内切酶二.基因克隆中具有不同功能的工具酶第二节基因克隆中特定的DNA载体一.常用克隆载体(质粒和病毒)二.表达载体将外源基因带入宿主并进行表达第三节基因克隆的过程一.获取目的基因二.选择和准备载体三.DNA片段的连接四.重组DNA导入宿主细胞进行扩增五.筛选与鉴定第四节真核细胞基因转染一.真核细胞转染的方法与原理二.转染细胞利用抗性标记进行筛选第五节利用重组DNA技术对基因进行改造一.对特定基因的定点诱变二.利用基因定点诱变技术改变基因工程蛋白的特性第六节克隆基因在适当的宿主细胞表达一.大肠杆菌表达系统二.哺乳动物细胞外源基因的表达三.其他宿主细胞中也表达制备真核蛋白第七节电子克隆本章重点:掌握:DNA克隆概念,限制性内切酶的定义及其特点,基因载体的种类。
重组DNA技术的基本过程,目的基因获取的方法,外源基因与载体的连接方式,重组DNA分子导入受体菌的方式,重组体筛选的方法。
熟悉:基因组DNA文库和cDNA文库的概念,目的基因表达体系的种类及其特点了解:自然界基因转移的方式:接合作用、转化及转导作用、转座;重组有两种类型,即位点特异性的重组和同源重组本章难点两种类型基因重组的机理;限制性内切酶的作用特点,基因载体的种类;重组DNA技术的基本环节中,目的基因的获取方法,外源基因与载体连接的方法,重组DNA导入受体菌的方法,重组体的筛选方法,以及原核和真核表达体系的优缺点比较核心词:DNA重组基因克隆载体宿主细胞基本概念:DNA重组(DNA recombination):不同来源DNA分子通过共价连接(磷酸二酯键)而组合成新的DNA分子的过程。
基因克隆(gene cloning):主要是进行制备DNA片段,并通过载体将其导入受体细胞,在受体细胞中复制,扩增,以获得单一DNA分子的大量拷贝的过程。
基因工程(genetic engineering):基因克隆后,利用克隆基因表达,制备特定的蛋白质或多肽产物,或定向改造基因结构所用的方法及相关的工作统称为基因工程。
分子生物学总结第二章基因与基因组基因:合成有功能的蛋白质或RNA所必须的全部DNA(除部分RNA病毒外),即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列,还应包括为保证转录所必须的调控序列。
基因组:细胞或生物体中一套完整单倍体的遗传物质的总和。
真核基因结构:分散排布,基因间被一些不含编码信息的序列分开。
原核基因组:1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。
2.基因组中只有一个复制起点,具有操纵子结构。
3.编码序列一般不会重叠。
4.编码区非编码区约各占一半。
5.基因组中重复序列很少。
6.具有编码同工酶的同基因。
7.细菌基因组中存在着可以动的DNA序列,包括插入序列和转座子。
8.在DNA分子中具有多种功能的识别区域(如复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区等)。
质粒:独立于许多细菌及某些真核细胞(酵母等)染色体外共价闭合环状分子,是能独立复制的最小遗传单位。
质粒的特性:(1)能在细胞内自主复制。
但不同质粒对宿主细胞的复制系统利用程度不同。
(2)质粒的不相容性。
具有相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内。
(3)质粒的转移性。
有些质粒可以通过细菌接合作用在细菌细胞间传递。
转座因子:能够在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段。
(1)插入序列(2)转座子(3)可转座噬菌体等真核基因组:1.有一定的染色体数目。
2.远大于原核基因组,结构复杂,基因数庞大。
3.转录产物多为单顺反子。
4.存在大量重复序列。
5.非编码序列远多于编码序列。
6.大部分基因不连续。
7.功能相关的基因串联在一起,构成基因家族。
基因家族:核苷酸序列或编码产物的结构上具有一定程度同源性的一组基因。
(1)各基因核苷酸序列相同;(2)各核苷酸序列高度同源;(3)各基因编码的蛋白质高度同源。
病毒基因组:1.不同病毒基因组大小相差较大。
2.可以由DNA组成,也可以由RNA组成。
3.除逆转录病毒外,通常为单倍体基因组。
4.有的病毒基因组是连续的,有的分节段。
(工程建筑套表)八章基因工程与体外表达中南大学生物科学和技术学院分子生物学研究中心教案授课科目:医学分子生物学授课内容:基因工程和体外表达授课对象:医学七年制、八年制授课时数:6学时授课教师:曾海涛授课地点:授课时间:授课教材:医学分子生物学(21世纪高等院校教材)胡维新主编,北京:科学出版社,2007,第壹版第八章基因工程和体外表达壹、目的要求:掌握:常用克隆载体;基因克隆的基本过程;外源基因在大肠杆菌和哺乳动物细胞中表达的原理和方法。
熟悉:限制性核酸内切酶和其他常用工具酶的概念和特点;定点诱变技术原理。
了解:昆虫表达系统;酵母表达系统。
二、讲授重点:基因克隆的基本过程。
三、讲授难点:α-互补筛选;阳性转染细胞的筛选;定点诱变技术原理。
四、教学方法:多媒体教学五、教具:多媒体课件六、讲授内容:第壹节基因工程中的工具酶壹、限制性核酸内切酶(restrictionenzyme)限制性核酸内切酶是基因克隆中最重要的工具酶,主要从原核细胞中提取。
它是壹种核酸内切酶,能从双链DNA内部特异位点识别且且裂解磷酸二酯键。
1.限制性核酸内切酶的分类Ⅰ型酶具有限制和DNA修饰作用。
这种酶在非特异性位点,通常在识别位点下游100到1000bp处切割DNA。
Ⅱ型酶能在DNA分子内部的特异位点,识别和切割双链DNA,其切割位点的序列可知、固定。
Ⅲ型酶和Ⅰ型酶壹样,具有限制和修饰活性,能在识别位点附近切割DNA,切割位点很难预测。
2.限制性内切酶的命名EcoRⅠE代表Escherichia属co代表coli种R代表RY13株3.限制性内切酶的识别和切割位点通常是4~6个碱基对、具有回文序列(palindrom)的DNA片段,大多数酶是错位切割双链DNA,产生5ˊ或3ˊ粘性末端(stickyend)。
如EcoRⅠ切割后产生5ˊ粘性末端.PstⅠ切割后产生3ˊ粘性末端.有壹些酶沿对称轴切断DNA,产生平端或钝端(Bluntend),如SmaⅠ.二、其他常用的工具酶1.DNA聚合酶Ⅰ(DNApolymeraseI)有聚合酶活性,3ˊ→5ˊ核酸外切酶活性,5ˊ→3ˊ核酸外切酶活性。