生物技術基因工程阮雪芬

Sep24&25, 2002

NTUT

http://www.ntut.edu.tw/~yukijuan/lectures/biotech/Sep24&25.ppt

基因 (Gene)

如何解釋物種間的差異性 In 1859, 達爾文提出論文解釋 : 物種起源

生物特徵如何傳遞給子代 孟德爾 : 基因依著分離律及獨立分配律而傳遞到子代

基因在哪裡 1902, Sutton: 蚱蜢有 11 對染色體 , 但生殖細胞只有每對

染色體中之一個 1905, Stevens and Wilson: 性別決定於 X 及 Y 染學體 1915, Morgan: 果營的性聯遺傳

基因位於染色體上

基因 (Gene)

基因如何工作 1908,Garrd: 指出先天性代謝錯誤 1941,Beadle: 一個基因，一個酵素

遺傳物質是由什麼化學物質組成 1869, Miescher 發現細胞核中有種新的物質，稱之為核

酸，但細胞核中除了核酸外，也有很多蛋白質 當時蛋白質被認為是遺傳物質 (X)

1944, Avery 利用肺炎雙球菌的實驗證實遺傳物質為核酸 1952, Hershey 利用不同的放射線標記噬菌體的蛋白質和

核酸，只有 DNA 會進入細菌

遺傳物質為核酸

噬菌體

DNA 分子的立體結構是什麼

1953, Watson and Crick 解出 DNA 的立體結構 開啟分子遺傳學的大門

核酸 五碳糖 磷酸 鹼基

五碳糖

RNA

DNA

磷酸

鹼基

A G

C U T

基因 (Gene)---DNA

DNA chain

DNA 為雙螺旋分子

X 光繞射光譜

DNA 複製

1958, Meselson and Stahl 以 N15 作為細菌複製時的氮源，之後在以 N14 取代 N15

半保留性

如何由 DNA 分子結構解釋蛋白質合成機制

1957, Crick 提出中心教條” DNA 製造 RNA ， RNA 製造蛋白質”

中心教條大體上是對的，但也有些需要修正 有許多 RNA 病毒： RNADNARNAProtein 跳躍基因 真核細胞 RNA 需要經過剪接 不只蛋白質具酵素功能，某些 RNA 也具酵素功能 某些基因可經不同的轉錄起始點或不同的剪接方式，製

備出多種 RNA ，而轉錄成功能不同的蛋白質

真核細胞 RNA 需要經過剪接

不只蛋白質具酵素功能，某些 RNA 也具酵素功能

First identified in plant virus

基因工程

基因選殖DNA 定序基因突變聚合酵素連鎖反應DNA 晶片

基因選殖

基因選殖 1970, Smith 發現第二類核酸限

切酵素，可以很準確分割 DNA 1973, Boyer-Cohen-Chang 完

成第一基因選殖的工作

第二類核酸限切酵素

鈍端 (blunt end)黏端 (sticky end)

連接酵素 (ligase)

Agarose Gel Electrophoresis

載體 (vector)

寄主細胞 (host)

蛋白質表現系統主要有 大腸桿菌 : 操作方便、便宜

缺點 : • 沒有修飾蛋白質的能力• 無法正確摺疊 • 會產生毒素

酵母菌 昆蟲細胞 : 操作較複雜、成本高 哺乳類細胞 : 操作較複雜、成本高

基因選殖的主要功能

大量製備特定 DNA 片段

大量生產蛋白質

DNA 定序Maxam-Gilbert Method G Reaction

ATTGACTTAGCC ATTGACTTA ATT

A and G Reaction ATTGACTTAGCC ATTGACTTA ATTGACTT ATTG ATT

T and C Reaction ATTGACTTAGCC ATTGACTTAGC ATTGACTTAG ATTGACT ATTGAC ATTGA AT A

C Reaction ATTGACTTAGCC ATTGACTTAGC ATTGACTTAG ATTGA

CCGATTCAGTT

DNA 定序Sanger 雙去氧核酸鏈中止自動核酸定序儀人類基因體計畫

基因突變

方式刪除 (圖一 )嵌入 (圖二 )置換 (圖三 ):GCAT

聚合酵素連鎖反應

聚合酵素連鎖反應 (1)

聚合酵素連鎖反應 (2)

聚合酵素連鎖反應 (3)

聚合酵素連鎖反應

除可製備大量 DNA 外，也可用來突變 PCR刪除 (圖六 ) PCR嵌入 (圖五 ) PCR置換 (圖四 )

DNA 生物晶片

Eur J Nucl Med 2002, 29, 115-32

Control or treatment

mRNA

Reverse transcriptase to generate Cy3/Cy5 cDNA probes

 

Hybridization to the gene chip

Data analysis

Fluorescently labeled DNA or RNA

hybridization

DNA 生物晶片

AffymetrixAgilentABC晶宇 : 腸病毒晶片