生物技术

Biotechnology

生物技术用限制酶切割DNA，用连接酶拼接，并用PCR扩增目标片段。限制酶识别回文序列产生黏性末端，PCR经变性、结合、延伸每一轮使DNA翻倍。把基因装入载体并在宿主中表达，就能大量生产胰岛素等物质。用滑块改变限制酶切割进度和PCR循环数，观察扩增如何增加。

为什么我们能"编辑"基因?

💡 生物技术的核心工具

①限制性内切酶:在特定位置精确切割DNA的"分子剪刀"

②PCR:将目标DNA片段复制百万倍的"分子复印机"

③连接酶:连接被切DNA的"分子胶"

④新冠PCR检测 = 扩增病毒DNA以检出

⑤基因重组技术大量生产胰岛素、生长激素等

限制性内切酶 — 分子剪刀

切割进度0

🔍 限制酶的原理

①回文(palindrome)结构识别:上下读相同序列

②EcoRI:5'-G|AATTC-3' / 3'-CTTAA|G-5'

③在两条链不同位置切割 → 黏性(sticky)末端

④黏性末端互补结合 → 用于连接不同DNA片段

⑤平末端(blunt)酶也存在(同位置切两链)

PCR — 基因扩增

PCR循环数10

PCR扩增量

DNA量 = 2ⁿ (n = 循环数)

30循环 → 约10亿份复制!

💡 记住PCR三个步骤

①变性(94°C):热使双链DNA分离

②退火(55°C):引物结合到各链的特定位置

③延伸(72°C):耐热DNA聚合酶(Taq)合成新链

④这三步为1循环,通常重复25~35次

⑤新冠PCR检测:病毒RNA → cDNA → PCR扩增 → 荧光检测

基因重组与应用

基因重组过程

限制酶切割 → 插入载体(连接酶)→ 转化宿主细胞

将目的基因导入其他生物表达

📐 核心技术与应用

①载体:典型为质粒 — 在细菌中自我复制

②转化:含外源基因的细菌表达该基因

③大规模生产胰岛素:人胰岛素基因插入大肠杆菌

④凝胶电泳:按大小分离DNA片段(小的移动更快)

⑤DNA指纹:每人不同的STR重复序列用于身份识别

例题与真题检验

例题 1

将1分子DNA用PCR扩增10个循环，理论上得到多少个?(每个循环翻倍)

PCR每个循环DNA量翻倍，故n个循环后为2ⁿ倍。

10个循环则2¹⁰ = 1024，所以1分子约变为1024个。

▸ 2¹⁰ = 1024个

指数扩增使循环越多增长越快：20个循环约100万，30个循环约10亿。

例题 2

用同一种限制酶切割两段不同DNA以产生黏性末端后，将两段连成一段所用的酶是?

用同一限制酶切割时，两段的黏性末端碱基序列彼此互补。

两末端互补配对后，DNA连接酶将糖·磷酸骨架连接，形成一条重组DNA。

▸ DNA连接酶

限制酶是剪刀，连接酶是胶水。把目的基因插入质粒等载体时就用这一组合。

校内考试类型

关于生物技术的说法，正确的是?

①PCR的延伸阶段温度约为94°C

②限制酶在随机位置切割DNA

③PCR进行n个循环后DNA扩增为2ⁿ倍

④凝胶电泳中较大的DNA片段移动更快

⑤DNA连接酶是切割DNA的酶

▸ ③ PCR进行n个循环后DNA扩增为2ⁿ倍

PCR以变性·退火·延伸三步为一个循环，每个循环DNA翻倍，n个循环后为2ⁿ倍。

延伸温度约72°C(①)，限制酶切割特定回文序列(②)，电泳中较小片段移动更快(④)，连接酶是连接DNA的酶(⑤)。

总结

PCR扩增

2ⁿ个 (n = 循环数)

20循环≈100万、30循环≈10亿份复制

🎯 考试要点

①PCR三步骤:变性(94°C) → 退火(55°C) → 延伸(72°C)

②n循环 → DNA 2^n个(指数扩增)

③限制酶:回文识别、黏性/平末端

④基因重组:限制酶+连接酶+载体(质粒)

⑤应用:GMO、基因治疗、干细胞、DNA指纹、PCR检测