北京大学：《生物化学》课程教学资源（课件讲稿）第十六章 重组DNA技术

重组DNA技术 Recombinant DNA Technology 刘新文 nd 北京大学医学部生物化学与分子生物学系

重组DNA技术 刘新文 北京大学医学部生物化学与分子生物学系

刘新文，重组DNA技术 第一节概述 超 ■DNA克隆(DNA cloning):应用酶学的方法，在 体外将目的基因与载体DNA结合成一具有自我复 制能力的DNA分子一复制子，继而通过转化或转 染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞， 再进行扩增、提取获得大量同一DNA分子的过程。 DNA克隆又称基因克隆(gene cloning) I基因工程(genetic engineering):实现基因克 隆所采用的方法及相关的工作。又称重组DNA技 术（recombinant DNA technology）

刘新文，重组DNA技术 第一节 概述 DNA克隆(DNA cloning)：应用酶学的方法，在 体外将目的基因与载体DNA结合成一具有自我复 制能力的DNA分子—复制子，继而通过转化或转 染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞， 再进行扩增、提取获得大量同一DNA分子的过程。 DNA克隆又称基因克隆（gene cloning）。 基因工程（genetic engineering）：实现基因克 隆所采用的方法及相关的工作。又称重组DNA技 术（recombinant DNA technology）

刘新文， 重组DNA技术 一、】 克隆体系：目的基因、载体DNA、工具酶、宿 主细胞等 l、目的基因(target gene):cDNA或基因组DNA >CDNA (complementary DNA):指体外经反转录 合成的，与RNA(常指mRNA)互补的单链DNA, 单链cDNA进而合成双链cDNA。 >基因组DNA(genomic DNA)：代表一个细胞或生 物体整套遗传信息的所有DNA序列，称为基因组 DNA。 2、载体(vector):质粒、 噬菌体、柯斯质粒载体、 病毒和人工染色体等

刘新文，重组DNA技术 一、克隆体系：目的基因、载体DNA、工具酶、宿 主细胞等 1、目的基因（target gene）：cDNA或基因组DNA 2、载体(vector)：质粒、噬菌体、柯斯质粒载体、 病毒和人工染色体等 cDNA （complementary DNA）：指体外经反转录 合成的，与RNA （常指mRNA）互补的单链DNA, 单链cDNA进而合成双链cDNA。 基因组DNA（genomic DNA）：代表一个细胞或生 物体整套遗传信息的所有DNA序列，称为基因组 DNA

刘新文，重组DNA技术 >质粒(plasmid)：存在于细菌染色体外的小型环 状双链DNA分子，在细胞中可以独立进行复制并在 细胞分裂时恒定地传给子代细胞。 3、工具酶：限制性核酸内切酶、连接酶、DNA聚 合酶、逆转录酶、碱性磷酸酶、末端聚合酶、RNA 酶、DNA酶，等 3.1限制性核酸内切酶restriction endonuclease):存在 于细菌体内，能够识别和切割双链DNA内部特定核 苷酸序列的一类核酸酶。 >常用的是II类限制性内切酶 >许多限制性核酸内切酶II的识别序列属于回文结构

刘新文，重组DNA技术 质粒（plasmid）：存在于细菌染色体外的小型环 状双链DNA分子，在细胞中可以独立进行复制并在 细胞分裂时恒定地传给子代细胞。 3.1 限制性核酸内切酶(restriction endonuclease): 存在 于细菌体内，能够识别和切割双链DNA内部特定核 苷酸序列的一类核酸酶。 3、工具酶：限制性核酸内切酶、连接酶、DNA聚 合酶、逆转录酶、碱性磷酸酶、末端聚合酶、RNA 酶、DNA酶，等 常用的是II类限制性内切酶 许多限制性核酸内切酶II的识别序列属于回文结构

刘新文，重组DNA技术 >配伍末端(compatible end):不同限制性内切酶产 生的相同粘性末端 3.2DNA聚合酶：大肠杆菌DNA聚合酶I(全酶) Klenow/片段(KIenow酶)、T4DNA聚合酶以及Taq酶等 3.3DNA连接酶 >T4连接酶：可用于粘端与平端的连接 4、宿主细胞：大肠杆菌、酵母、动物细胞

刘新文，重组DNA技术 配伍末端（compatible end）：不同限制性内切酶产 生的相同粘性末端 3.2 DNA聚合酶：大肠杆菌DNA聚合酶I（全酶）、 Klenow片段 (Klenow 酶)、T4 DNA聚合酶以及Taq酶等 3.3 DNA连接酶 T4 连接酶：可用于粘端与平端的连接 4、宿主细胞：大肠杆菌、酵母、动物细胞

刘新文，重组DNA技术 第二节DNA克隆的基本过程 ■分、切、接、转、筛、表达 “分”：目的基因及载体的制备 1、分离基因的方法：化学合成、PCR、基因组文库 cDNA文库 日￥ >聚合酶链反应（polymerase chain reaction,.PCR) 在反应体系中加入模板DNA、dNTP、特别设计的特 异引物及耐热的DNA聚合酶（常用Taq酶），经多次 变性、退火、延伸循环反应，使目的DNA呈指数合 成的过程

刘新文，重组DNA技术 第二节 DNA克隆的基本过程 分、切、接、转、筛、表达 一、“分”：目的基因及载体的制备 1、分离基因的方法：化学合成、PCR、基因组文库、 cDNA文库 聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）： 在反应体系中加入模板DNA、dNTP、特别设计的特 异引物及耐热的DNA聚合酶（常用Taq酶），经多次 变性、退火、延伸循环反应，使目的DNA呈指数合 成的过程

刘新文，重组DNA技术 >cDNA文库(cDNA library):以mRNA为模板，利用 反转录酶合成与mRNA互补的DNA,再复制成双链 CDNA片段，与适当载体连接后转入受体菌，这些受 体菌包含了所有cDNA信息，总称cDNA文库。常用 于筛选编码蛋白质的结构基因。 >基因组DNA文库(genomic DNA library):利用限制 性核酸内切酶将组织或细胞染色体DNA切割后，与 适当载体连接后转入受体菌，这些受体菌包含了所 有基因组DNA信息，总称基因组DNA文库

刘新文，重组DNA技术 cDNA文库(cDNA library)：以mRNA为模板，利用 反转录酶合成与mRNA互补的DNA，再复制成双链 cDNA片段，与适当载体连接后转入受体菌，这些受 体菌包含了所有cDNA信息，总称cDNA文库 。常用 于筛选编码蛋白质的结构基因。 基因组DNA文库(genomic DNA library)：利用限制 性核酸内切酶将组织或细胞染色体DNA切割后，与 适当载体连接后转入受体菌，这些受体菌包含了所 有基因组DNA信息，总称基因组DNA文库

刘新文，重组DNA技术 2、常用载体：质粒、噬菌体、病毒DNA >克隆载体（cloning vector).:用于目的基因的克隆、 扩增、序列分析和体外定点突变等 >表达载体(expression vector):用于在宿主细胞中表达 外源目的基因，获得大量表达产物 二、“切”：限制性内切酶切割目的基因和载体 NA“接”：重组体的构建 四、 “转”：重组DNA分子导入受体细胞f 1、转化（transformation):将质粒或其它外源DNA 导入宿主细胞（常用大肠杆菌），并使其获得新的表型 的过程

刘新文，重组DNA技术 2、常用载体：质粒、噬菌体、病毒DNA 克隆载体（cloning vector）：用于目的基因的克隆、 扩增、序列分析和体外定点突变等 表达载体(expression vector)：用于在宿主细胞中表达 外源目的基因，获得大量表达产物 二、“切”：限制性内切酶切割目的基因和载体 DNA 三、“接”：重组体的构建 四、“转”：重组DNA分子导入受体细胞 1、转化（transformation）：将质粒或其它外源DNA 导入宿主细胞(常用大肠杆菌)，并使其获得新的表型 的过程

刘新文，重组DNA技术 2、转染( transfection):将外源DNA导入真核细胞 的过程 3、感染(transfection):以)噬菌体、柯斯质粒和 病毒为载体的重组DNA分子，在体外经过包装成具 有感染能力的病毒或噬菌体颗粒，才能感染适当的 细胞，并在细胞内扩增。也称为转导（transduction). 五、“筛”：筛选出含重组DNA的受体细胞R 1、直接选择法：遗传标记【抗药性标志选择、营 养缺陷型的互补筛选法及分子标记(PC、分子杂 交)】 2、非直接选择法：免疫化学法、酶联免疫检测法

刘新文，重组DNA技术 2、转染（transfection）：将外源DNA导入真核细胞 的过程 3、感染（transfection）：以噬菌体、柯斯质粒和 病毒为载体的重组DNA分子，在体外经过包装成具 有感染能力的病毒或噬菌体颗粒，才能感染适当的 细胞，并在细胞内扩增。也称为转导（transduction） 五、“筛”：筛选出含重组DNA的受体细胞 1、直接选择法：遗传标记【抗药性标志选择、营 养缺陷型的互补筛选法及分子标记（PCR、分子杂 交）】 2、非直接选择法：免疫化学法、酶联免疫检测法

刘新文，重组DNA技术 六、 “表达”：使克隆基因在宿主细胞中复制、表 、 外源基因在原核细胞的表达 >大肠杆菌是最常用的原核表达体系 >真核基因在原核细胞中表达的蛋白质常常形成不溶 性的包涵体 2、真核表达体系：酵母、昆虫及哺乳动物细胞等

刘新文，重组DNA技术 六、“表达”：使克隆基因在宿主细胞中复制、表 达1、外源基因在原核细胞的表达 大肠杆菌是最常用的原核表达体系 真核基因在原核细胞中表达的蛋白质常常形成不溶 性的包涵体 2、真核表达体系：酵母、昆虫及哺乳动物细胞等