生物复制-ECAANTU.PPT

生物複製 生物機電20號 陳家宏 大綱1前言 2生命的基礎3Cloning4介質與載體5Cloning的應用6衍生方法7結論 End 1前言 古老的傳說中，上帝使用亞當的一根肋骨創造出夏娃，也因此他老人家開啟了無性生殖的第一例 (雖然這唯一的例子卻發生了突變—變性)。 然而在科學的領域中，真正生命的起源乃出現在距今約卅至四十億年前。它是由一個大家耳熟能詳的分子 (DNA) 所發動的。DNA經由它獨一無二的特性，造就了現今多采多姿的生命。現代的分子生物學的發展實在令人瞠目結舌，它進步的重要原動力之一就在於DNA重組 (Recombinant DNA) 的運用。換言之，便是利用無性生殖 (cloning) 技術的推陳出新。 Back 2生命的基礎 除了少數的RNA virus 外，DNA是絕大多數生命的樞紐。DNA的主要成分為去氧核醣核酸，它與一種鹼性蛋白 (histone) 共同形成染色體。DNA的結構雖早在二次大戰前就已被廣泛研究，但它的立体結構則是在1953年由Cambridge University的James Watson 及 Francis Crick 所找出。這一個結構便是目前所知道的雙螺旋立体圖形。它呈現出互補性，每股都具有半保留性 (Semi-conservative)，也因此DNA擁有自我複製的能力。DNA含有遺傳訊號，經由本身的複製而傳承生命。另一方面DNA可經由轉錄 (transcription) 生成RNA，再經由轉譯 (Translation) 而合成蛋白質以維持生物細胞的生化反應。在了解了DNA的基本特性後，便可以利用宿主 (譬如細菌、黴菌及哺乳類之生物細胞等) 的場所進行無性生殖。 Back 3Cloning 一個clone代表了一大群子代細胞或分子，他們具有與母代完全相同的形態及生物特性。而cloning則是指利用母代細胞或分子來獲得相同的子代細胞與分子的方法與過程。在分子無性生殖 (Molecular cloning) 中，DNA是經由特殊的介質或載體 (vector) 的結合而注入 (或感染) 宿主，最後並達到複製或表現該基因的目的。例如，對於growth hormone 缺乏的病人，以往從動物腦下垂体萃取的激素無法具有人類所需的生物化學活性。然而利用molecular cloning 的技術便可以解決這個問題。而其做法便是將製造growth hormone 的cDNA接上質体 (plasmid) (一種vector)，新生成的雜交質体 (hybrid plasmid) 基因便可用來感染宿主細菌或細胞，進而指令宿主細菌或細胞合成該生長激素。 Back 4介質與載體 如前所述，DNA分子需要與 vector結合而被帶入細菌或細胞內。最早利用vector成功將外來DNA帶入宿主是在1973年由Cohen 和Boyer等人完成的。他們將E.Coli體中最小的質體基因(Plasmid) 與外來的DNA經由內切酵素與結合酵素的作用形成雜交plasmid，再將這個新的hybrid plasmid感染細菌E.Coli而注入其體內。自此之後Vector 的發展不絕於途 Back 5Cloning的應用 胰島素的合成：以往的第一型糖尿病患者必須依賴從動物胰臟所抽取的胰島素，這些胰島素雖具有人類胰島素的活性，但由於分子組成與人類的不盡相同，有時難免產生抗体或比較嚴重的免疫反應。以molecular cloning 的技術便可以解決這類的問題。基本上，將各別的人類胰島前素(proinsulin) 的基因插入plasmid再去感染細菌並由其製造chain A and chain B 的 peptides，而後二個peptid再結合為 active human insulin。 tPA的合成：急性心肌梗塞的病人，在黃金時間內施以tPA (tissue plasminogen activator) 的注射往往是救命的重要措施。早在1983年 Pennica 等人便將tPA的cDNA成功的帶入E.Coli中，並使得這段基因得以表現而產生tPA，造就了日後這個蛋白質能在mammalian cell的宿主中進行人工量化及商業化。 疫苗的製造：傳統的減毒疫苗有某種程度的感染危險，而經由cloning製造純化病毒的抗原性蛋白 (又稱subunit vaccine) 則免除了感染危險。第一個成功的subunit vaccine為hepatitis B virus的表面抗原分子疫苗。 抗體的人工合成：免疫球蛋白的功能及運用是多層面的。利用