基因工程中使用的基本工具

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关键词

重组DNA，基因工程，基因，基因克隆，基因操作。

介绍

产生重组DNA分子所需的必要基本工具包括酶、载体和宿主生物。基因工程中最重要的一些酶是限制性内切酶、DNA连接酶和碱性磷酸酶等。每条DNA链包含数千个基因。基因工程是利用基因克隆和其他基因操作来分离特定基因并将其用于研究和其他目的的过程。

基因工程中使用的工具

下文将讨论基因工程中常用的十种工具/酶。

聚合酶链式反应 (PCR)

PCR被称为聚合酶链式反应。它之所以高效，是因为它能够在25到75个循环中呈指数级地扩增DNA。一个循环只需要一分钟，并且制造的每个新的DNA片段都可以作为新的模板。

限制性内切酶（分子剪刀）

限制性内切酶的发现对于蛋白质工程至关重要。这些酶根据核苷酸序列在特定位置切割DNA。已从许多不同的细菌菌株中分离出数百种不同的限制性内切酶，它们能够在不同的位点切割DNA。用限制性内切酶切割的DNA会产生许多大小不同的较小片段。这些片段可以使用凝胶电泳或色谱法分离。

凝胶电泳

如果我们无法观察DNA——也就是说，无法找到一种方法来查看提取物中是否包含任何东西，或者切割后的片段大小——那么从细胞培养物中纯化DNA或使用限制性内切酶切割DNA就没有多大用处。一种方法是使用凝胶电泳。凝胶用于各种用途，从观察切割的DNA到检测DNA插入和敲除。

DNA连接酶

通常需要连接两条或多条单独的DNA链，以创建重组链或闭合用限制性内切酶切割的环状链。称为DNA连接酶的酶可以在核苷酸链之间形成共价键。DNA聚合酶I和多核苷酸激酶在这过程中也很重要，分别用于填充缺口或磷酸化5'端。

碱性磷酸酶

它是一种DNA修饰酶，在双链DNA (dsDNA)或单链DNA (ssDNA)或RNA的5'末端添加或去除特定的磷酸基团。它可以防止自身连接。这种酶是从细菌和犊牛肠中纯化的。

聚合酶

催化核酸分子合成的酶群统称为聚合酶。以下列出了三种重要的聚合酶。

• DNA依赖性DNA聚合酶，从DNA复制DNA。
• RNA依赖性DNA聚合酶（逆转录酶），从RNA转录DNA。
• DNA依赖性RNA聚合酶，从DNA转录RNA。

载体

基因克隆实验的另一个主要组成部分是载体，例如质粒。载体是一种能够自我复制的小型DNA分子，用作DNA片段的携带者和转运工具，将其插入其中进行克隆实验。

选择小型自复制DNA

不是细菌基因组一部分，但能够自我复制的小型环状DNA片段被称为质粒。质粒通常用作在微生物之间转运基因的载体。在生物技术中，一旦目标基因被扩增，并且基因和质粒都被限制性内切酶切割，它们就会被连接在一起，产生所谓的重组DNA。病毒（噬菌体）DNA也可以用作载体，余粒体（含有噬菌体基因的重组质粒）也可以。

感受态宿主（用于重组DNA转化）

重组DNA分子的繁殖必须在活体系统或宿主内部进行。许多类型的宿主细胞可用于基因克隆，包括大肠杆菌、酵母、动物或植物细胞，具体取决于实验。大肠杆菌是最广泛使用的生物体，因为它的基因构成已被广泛研究，易于处理和培养，可以接受各种载体，并且其安全性也得到了研究。大肠杆菌作为宿主细胞的一个更重要的特点是，在最佳生长条件下，细胞每20分钟分裂一次。由于DNA是亲水分子，它不能穿过细胞膜，为了迫使细菌吸收质粒，细菌细胞必须首先被制备成感受态以吸收DNA。

选择转基因生物的方法

并非所有细胞在转化过程中都会吸收DNA。因此，识别经历转化的细胞和未经历转化的细胞至关重要。通常，质粒携带抗生素抗性基因，并且转基因细胞可以选择性地表达这些基因，并在含有该抗生素的培养基上生长。替代选择方法取决于其他报告蛋白的存在，例如x-gal/lacZ系统或绿色荧光蛋白，它们分别允许基于颜色和荧光进行选择。

结论

如今，基因工程的产物在我们的日常生活中很常见。从我们的食物到我们使用的药物，基因工程在我们日常生活中发挥着至关重要的作用。这是人类最伟大的成就之一。分子生物学是这个世界的未来。这项技术可以创造一个更完美的世界。分子生物学为更多的研究和发展研究创造了领域。