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第十一章　生物技術 林佳霓老師編著 第一節　遺傳工程 第二節　生物技術的發展與應用 第一節　遺傳工程 一、遺傳工程 1.定義：遺傳工程就是藉人工操作改變遺傳物質（基因）的相關技術，又稱基因工程。近代的生物學家研究，將來自不同生物的DNA置於試管中，進行重組後，再將此重組DNA分子轉殖入宿主細胞，此技術屬於遺傳工程科技之範圍。 二、人工1.重組DNA之原理：以人為的方法將不同來源的DNA連接起來，然後放入細菌體內，於是重組DNA便能在細菌體內進行複製、轉錄、轉譯，以合成蛋白質。 2.重組DNA之步驟： (1)目標基因及載體基因的選取： (以病毒或細菌質體的DNA做為載體，而以動物、植物，或微生物的DNA做為目標基因。 (利用相同的核酸限制酶處理目標基因及載體，使載體與目標基因之兩端各切成單股，限制酶切割下來的DNA片段便包含了雙股DNA片段，但卻具有單股的末端，稱黏性端，使目標基因與載體基因之單股DNA能穩定配對而不易斷裂。 (限制酶（鑑識酶）：能辨認特定的一小段核苷酸序列，並由特定的兩個含氮鹽基處切開。因此限制酶具有高度的專一性。限制酶為細菌所具有的酵素，用來限制外來DNA之侵入。 圖11-1　使用EcoR I限制酶切割DNA: A.GAATTC為EcoR I限制酶辨識的核苷酸序列，EcoR I會將該核苷酸序列中的含氮鹽基G、C間的磷酸鍵切開。 B.經限制酶切割後之兩片段DNA，其單股DNA序列稱為黏性端。 (2)重組DNA: 目標DNA與載體DNA，因為是用相同的限制酶切割，故兩者黏性端的含氮鹽基易互相配對，因此兩片段的DNA藉DNA連接酶以共價鍵的方式，將此二片段DNA連結成重組DNA。 (3)重組DNA送入細菌體內，進行複製和表現其性狀： 生物學家以細菌的質體或噬菌體的DNA做為載體，將重組DNA送回細菌體內，於是重組NDA便能在細菌體內進行複製、轉錄和轉譯。 (4)篩選轉形細胞： 作為載體的質體，必須帶有一些特定的基因，方便篩選轉殖成功之細胞，如抗抗生素、抗重金屬及螢光的基因。重組DNA的質體，若含有抗抗生素或重金屬的基因，則轉殖成功的細胞將可生長於含抗生素或重金屬的培養基中，而未轉殖成功的細胞，則無法存活於培養基中。 圖11-2　重組DNA的製備、轉殖與篩選轉型細胞之過程。 三、重組DNA可用載體嵌入生物細胞DNA內產生基因轉殖生物 1.將重組DNA用細菌的質體或噬菌體作為載體，重新嵌入細菌體內，便可製造大量基因轉殖物。 2.胰島素及胰島素基因的生產： (1)將人體細胞DNA含有胰島素的基因及細菌質體，用同樣的限制酶切割，然後將這兩片段的DNA用DNA接合酶黏合起來，形成重組DNA。 (2)將這重組DNA的質體感染細菌，細菌繁殖時會生產大量胰島素，以及胰島素基因。 圖11-3　利用基因轉殖細菌生產胰島素及其基因 第二節　生物技術的發展與應用 一、基因放大（擴增） 1.定義：能快速、大量複製任何片段的DNA均稱為基因放大，基因放大技術可在活體內或試管內進行。 2.例子：將重組的質體送入細菌體內，因質體之DNA，不一定隨著細菌染色體複製時才複製，它可能會在細菌內大量複製。 3.聚合酶連鎖反應(PCR): (1)定義：是一種能在試管內快速地、大量地進行基因放大的技術，此種方法較使用質體進行的基因轉殖的方法速度快。 (2)聚合酶連鎖反應的溶液內含物： 將DNA鑄模（目標基因）、DNA聚合酶、引子及四種核苷酸混合一起，可在數小時內，就得到數億個與DNA鑄模一樣的複本。 (3)引子：為化學合成的寡核苷酸鏈DNA，可用來導引DNA聚合酶接到一個核苷酸而啟動DNA的合成。引子是一段經過選取的核苷酸序列，可擴增特定的DNA序列。 (4)PCR應用廣泛：發展出DNA探針 (受感染細胞中的病毒基因之偵測，如HIV及漢他病毒。 (單一胚胎細胞的DNA，可作為遺傳疾病的產前診斷。 (由犯罪現場找到血液、精液、頭髮毛囊中所含的微量DNA，也廣泛被運用於刑事案件的鑑定。 (可定序各種生物的鹼基序列（如中研究植物所的跨國際水稻基因組計畫及美國的人類基因組計畫）。 圖11-4　DNA聚合酶的連鎖反應(PCR): A.準備用來複製目標基因的DNA溶液包含了目標基因、DNA聚合酶、４種去氧核糖核苷酸及引子。 B.PCR的流程： (先將目標DNA加熱使其兩股分離。 (冷卻使引子能夠利用氫鍵和目標基因的尾端結合。 (加入４種去氧核糖核苷酸，使DNA聚合酶能利用目標DNA已分離之二單股當鑄模，由引子處開始複製。每一循環，目標DNA的數量會加倍。 二、基因轉殖： (一)什麼叫做基因轉殖？ 1.定義：藉人工基因重組技術，將一個生物體的基因移植於另一生物的DNA，稱為基因轉殖。 2.應用：利用基因轉殖技術可以製造基因轉殖細菌、