分子生物学与基因工程原理实验.pdf

分子生物学与基因工程原 理实验指导 绿色荧光蛋白(GFP)基因的克隆和表达 背景知 绿色荧光蛋白（green fluorescentprotein，GFP）是一类存在于包括水母、水螅和珊瑚等腔 肠动物体内的生物发光蛋白。当受到紫外或蓝光激发时，GFP 发射绿色荧光。它产生荧光无需 底物或辅因子发色团是其蛋白质一级序列固有的。GFP 由3 个外显子组成，长2.6kb；GFP 是 由238 个氨基酸所组成的单体蛋白,相对分子质量为27.0 kMr，其蛋白性质十分稳定，能耐受 60℃处理。1996 年GFP 的晶体结构被解出，蛋白质中央是一个圆柱形水桶样结构，长420nm， 宽240nm，由11 个围绕中心α螺旋的反平行β折叠组成，荧光基团的形成就是从这个螺旋开 始的，桶的顶部由3 个短的垂直片段覆盖，底部由一个短的垂直片段覆盖，对荧光活性很重要 的生色团则位于大空腔内。发色团是由其蛋白质内部第65-67位的 Ser-Tyr-Gly 自身环化和氧化形成. 1996 年GFP 的晶体结构被解出，蛋白质中央是一个圆柱形水 桶样结构，长420nm，宽240nm，由11 个围绕中心α螺旋的反平 行β折叠组成，荧光基团的形成就是从这个螺旋开始的,桶的顶部 由3 个短的垂直片段覆盖，底部由一个短的垂直片段覆盖，对荧光 活性很重要的生色团则位于大空腔内。 实验一 质粒DNA 的分离与纯化 一、实验目的 掌握一种最常用的质粒DNA 提取方法：碱裂解法。该法用于从小量培养物中抽提质粒 DNA，比较方便、省时，提取的质粒DNA 质量较高，可用于DNA 的酶切、PCR 甚至测序。 二、基本原理 质粒是一类在细菌细胞内发现的独立于染色体外，能够自主复制的稳定的遗传单位。迄今 为止，从细菌中分离得到的质粒都是环型双链DNA 分子，分子量范围从 1kb到200kb。质粒 DNA 可持续稳定地处于染色体外的游离状态，但在一定条件下又会可逆地整合到寄主染色体 上，随着染色体的复制而复制，并通过细胞分裂传递到后代。在大多数情况下质粒DNA 复制 中的酶体系和细菌染色体复制时所用的酶是相同的。有些质粒复制受宿主细胞复制作用的严格 限制，因此每个细胞中只含一个或几个拷贝，称为严谨型质粒，有的质粒的复制受宿主细胞的 控制不严，称为松弛型质粒，它们在每个细胞中的数目可达 10-200个拷贝。当宿主细胞的蛋白 质合成受到抑制时 （例如经氯霉素处理），细菌染色体虽不再增加，但松弛型质粒DNA 可继续 被复制，以至每个细胞内的拷贝数可以增至一千到几千。 质粒具有一定的生物功能，它们往往带有一些抗药标记，当质粒DNA 用人为的方法转化 进细菌时，转化后的细菌会表现出质粒基因所具有的新的生物表现型，例如，把一个含有抗药 基因的质粒转入细菌后，原来无抗药性的细菌则表现出抗药的新表型。借助转化菌获得的新表 型特征，可证实质粒已转入宿主细菌中，这样就可以作为转化菌的选择性标记。 质粒作为基因克隆载体分子的重要的条件是获得批量的纯化的质粒DNA 分子。目前已有 许多方法可用于质粒DNA 的提取，它们都包括三个基本的步骤：细菌的生长和质粒的扩增； 菌体的收集裂解，质粒DNA 的分离；质粒DNA 的纯化。 1、细菌的生长和质粒的扩增 从琼脂培养基平板上挑取一个单菌落，接种到含适当抗生素的液体培养基中培养。对于松 弛型质粒（如pUC 系列）来说，只要将培养物放到标准的LB 或2YT 培养基中生长到对数晚期， 就可以大量提取质粒，而不必选择性地扩增质粒DNA。但对于严谨型质粒 （如pBR322）来说， 则需在得到部分生长的细菌培养物中加入氯霉素继续培养若干小时，以便对质粒进行选择性扩 增。 2、菌体的收集、裂解和质粒DNA 的分离 质粒分离的基本原理是利用宿主菌（一般是大肠杆菌菌株）DNA 与质粒DNA 之间的两种 主要性质差异：（1）大肠杆菌的染色体较一般的载体质粒DNA 大得多。（2）从细胞中提取得 到的大肠杆菌DNA 主体是变性的线性分子，而大多数质粒DNA 是共价闭合的环状分子。这里 主要介绍碱裂解法的基本原理：在细菌悬浮液中加入SDS （十二烷基硫酸钠）和NaOH 使菌体 裂解 （有时需要先使用溶菌酶水解细胞壁）。此处理可破坏碱基配对，故可使细菌的线状染色体 DNA 变性，但闭环质粒DNA 链由于处于拓扑缠绕状态而不能彼此分开。