生物技術基因工程阮雪芬 Sep24&25, 2002 NTUT

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生物技術基因工程阮雪芬 Sep24&25, 2002 NTUT

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 AG 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 N 15 作為細菌複製時的氮源，之後在以 N 14 取代 N 15 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： RNA  DNA  RNA  Protein  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

 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 CCGATTCAGTTCCGATTCAGTT

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 ):GC  AT

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, 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

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