第2章大肠杆菌基因工程
2基因工程的酶学基础
GCGC NarI BsaHI
GGCC
BbeI HaeII XbaI Bcl I
FspI
ApaI BanII
Bsp1286
T****A T****A NruI T****A T****A
EaeI MscI
GTAC **** **** **** **** A****T A****T A****T A****T A****T
② 不完全同裂酶： 识别位点相同，但切点不同。 如Xma I 和 Sma I。
Xma I
Sma I
5’-CCCGGG -3’ 3’-GGGCCC-5’ 5’-CCCGGG-3’ 3’-GGGCCC-5’
（6）同尾酶(Isocaudamers）
识别的序列不同，但能切出相同的粘性末 端。如BamH I、Bgl Ⅱ、Bcl I、Xho Ⅱ等
核酸限制性内切酶的类型及主要特性
特性 I类内切酶 II类内切酶 III类内切酶
限制和修饰 单一多功能的酶 活性 内切酶和甲基 共同亚基的双 化酶分开 功能酶
内切酶的蛋 3种不同的亚基 白结构 限制作用所 ATP、 Mg2+和SAM 需要的辅助 因子 寄主特异性 EcoB： 位点识别序 TGA(N)8TGCT 列 EcoK： AAC(N)6GTGC
BamH I Bgl Ⅱ
Bcl I Xho Ⅱ
5’-GGATCC-3’ 3’-CCTAGG-5’
5’-AGATCT-3’ 3’-TCTAGA-5’ 5’-TGATCA-3’ 3’-ACTAGT-5’ 5’-UGATCY-3’ 3’-YCTAGU-5’
U代表嘌呤；Y代表嘧啶。
Sau 3A
BfaI
DpnI
HinpI
HaeIII HhaI
生物技术制药习题答案
第一章绪论选择题1.生物技术的核心和关键是（A ）A 细胞工程B 蛋白质工程C 酶工程D 基因工程2. 第三代生物技术（ A ）的出现，大大扩大了现在生物技术的研究范围A 基因工程技术B 蛋白质工程技术C 海洋生物技术D细胞工程技术3.下列哪个产品不是用生物技术生产的（D ）A 青霉素B 淀粉酶C 乙醇D 氯化钠4. 下列哪组描述（A ）符合是生物技术制药的特征A高技术、高投入、高风险、高收益、长周期B高技术、高投入、低风险、高收益、长周期C高技术、低投入、高风险、高收益、长周期D高技术、高投入、高风险、低收益、短周期5. 我国科学家承担了人类基因组计划（C ）的测序工作A10% B5% C 1% D 7%名词解释1.生物技术制药采用现代生物技术可以人为的创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医学药品，称为生物技术制药。
2.生物技术药物一般说来，采用DNA重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸来药物称为生物技术药物。
3.生物药物生物技术药物是重组产品概念在医药领域的扩大应用，并与天然药物、微生物药物、海洋药物和生物制品一起归类为生物生物药物。
简答题1.生物技术药物的特性是什么？生物技术药物的特征是：（1）分子结构复杂（2）具有种属差异特异性（3）治疗针对性强、疗效高（4）稳定性差（5）免疫原性（6）基因稳定性（7）体内半衰期短（8）受体效应（9）多效应和网络效应（10）检验特殊性2.简述生物技术发展的不同阶段的技术特征和代表产品？（1）传统生物技术的技术特征是酿造技术，所得产品的结构较为简单，属于微生物的初级代谢产物。
代表产品如酒、醋、乙醇，乳酸，柠檬酸等。
（2）近代生物技术阶段的技术特征是微生物发酵技术，所得产品的类型多，不但有菌体的初级代谢产物、次级代谢产物，还有生物转化和酶反应等的产品，生产技术要求高、规模巨大，技术发展速度快。
代表产品有青霉素，链霉素，红霉素等抗生素，氨基酸，工业酶制剂等。
生物技术制药课后思考题
第一章：绪论思考题1.什么是生物技术？生物技术所包含的内容及定义。
答：1）生物技术又称生物工程，指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的技术。
2）包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程、抗体工程、糖链工程、海洋生物技术及生物转化等。
（具体定义见P1）。
2.生物技术药物的概念及分类。
答：1）指采用DNA重组技术或其他生物技术生产的用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要是重组蛋白或核酸类药物。
2）a.按照用途：预防、诊断、治疗；b.按作用类型：细胞因子类、激素类、酶类、疫苗、单克隆抗体类、反义核酸、RNA干扰类、基因治疗药物；c.按照生化特性：多肽类、蛋白质类、核酸类、聚乙二醇化多肽或蛋白质。
3.生物技术药物在理化性质、药理学与作用、生产制备和质量控制方面的特性。
答：1）理化性质（从药物多是蛋白质或核酸出发）：a.相对分子质量大；b.结构复杂；c.稳定性差；2）药理学作用：a.活性与作用机制明确；b.作用针对性强；c.毒性低；d.体内半衰期短；e.有种属特异性；f.可产生免疫原性；3）生产制备特性：a.药物分子在原料中含量低；b.原料中常存在降解目标产物的杂质；c.制备工艺条件温和；d.分离纯化困难；e.产品易受有害物质污染；4）质量控制特性：a.质量标准内容的特殊性；b.制造项下的特殊规定；c.检定项下的特殊规定。
4.生物技术制药的概念和主要研究内容与任务。
答：1）指利用基因工程、细胞工程等生物技术的原理和方法，来研究、开发和生产预防、治疗和诊断疾病的药物的一门科学。
2）主要研究内容与任务：a.生物制药技术的研究、开发与应用；b.利用生物技术研究、开发和生产药物。
第二章：基因工程制药思考题1.简述基因工程制药的基本原理和基本流程。
答：1）利用重组DNA技术将外源基因导入到宿主菌或宿主细胞进行大规模培养和诱导表达以获取蛋白质药物的过程称为基因工程制药。
大肠杆菌基因工程菌常用类型
1、大肠杆菌DH5a菌株DH5a是世界上最常用的基因工程菌株之一。
由于DH5α是DNA酶缺陷型菌株，有利于基因克隆，保存质粒，但该菌株的蛋白酶没有缺陷，表达的蛋白容易被降解，因此通常不作为表达菌株。
E.coli DH5a在使用pUC系列质粒载体转化时，可与载体编码的β-半乳糖苷酶氨基端实现α-互补。
可用于蓝白斑筛选鉴别重组菌株。
基因型：F-，φ80dlacZΔM15，Δ(lacZYA-argF)U169，deoR，recA1，endA1，hsdR17(rk-，mk+)，phoA，supE44，λ-，thi-1，gyrA96，relA12、大肠杆菌BL21(DE3) 菌株该菌株用于高效表达克隆于含有噬菌体T7启动子的表达载体（如pET系列）的基因。
T7噬菌体RNA聚合酶位于λ噬菌体DE3区，该区整合于BL21的染色体上。
该菌适合表达非毒性蛋白。
基因型：F-，ompT，hsdS（rBB-mB－），gal，dcm（DE3）3、大肠杆菌BL21(DE3) pLysS菌株该菌株含有质粒pLysS，因此具有氯霉素抗性。
PLysS含有表达T7溶菌酶的基因，能够降低目的基因的背景表达水平，但不干扰目的蛋白的表达。
该菌适合表达毒性蛋白和非毒性蛋白。
基因型：F-，ompT hsdS（rBB-mB－），gal，dcm（DE3，pLysS ，Camr4、大肠杆菌JM109菌株该菌株在使用pUC系列质粒载体进行DNA转化或用M13 phage载体进行转染时，由于载体DNA产生的LacZa多肽和JM09编码的LacZΔM15进行α-互补，从而显示β-半乳糖苷酶活性，由此很容易鉴别重组体菌株。
基因型：recA1，endA1，gyrA96，thi－1，hsdR17，supE44，relA1，Δ（lac－proAB）/F’[traD36，proAB+，lacIq，lacZΔM15]5、大肠杆菌TOP10菌株该菌株适用于高效的DNA克隆和质粒扩增，能保证高拷贝质粒的稳定遗传。
基因工程-外源基因在大肠杆菌中的表达2
基因工程5 2 3 4 16789重组DNA 技术与基因工程的基本概念重组DNA技术与基因工程的基本原理重组DNA技术所需的基本条件重组DNA技术的操作过程目的基因的克隆与基因文库的构建外源基因在大肠杆菌中的表达外源基因在酵母菌中的表达外源基因在哺乳动物细胞中的表达外源基因表达产物的分离纯化6.3 大肠杆菌基因工程菌的构建策略6 外源基因在大肠杆菌中的表达包涵体型异源蛋白的表达分泌型异源蛋白的表达融合型异源蛋白的表达寡聚型异源蛋白的表达整合型异源蛋白的表达蛋白酶抗性或缺陷型表达系统的构建细胞定位包涵体型异源蛋白的表达重组异源蛋白的细胞定位胞质型、周质型（内膜与外膜之间的空隙）和胞外型将重组异源蛋白引导至何种特定的细胞间隔各有利弊。
优选胞质，原因是在胞质型表达的表达水平高。
包涵体型异源蛋白的表达（胞质型）分泌型异源蛋白的表达（周质型或胞外型）融合型异源蛋白的表达寡聚型异源蛋白的表达整合型异源蛋白的表达蛋白酶抗性或缺陷型表达系统的构建单独表达融合表达包涵体型异源蛋白的表达包涵体及其性质在某些生长条件下，大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子，它们致密地集聚在细胞内，或被膜包裹或形成无膜裸露结构，这种水不溶性的结构称为包涵体（Inclusion Bodies ，IB ）。
富含蛋白质的包涵体多见于生长在含有氨基酸类似物培养基的大肠杆菌细胞中，由这些氨基酸类似物所合成的蛋白质往往会丧失其理化特性和生物功能，从而集聚形成包涵体。
由高效表达质粒构建的大肠杆菌工程菌大量合成非天然性的同源或异源蛋白质，后者在一般情况下也以包涵体的形式存在于细菌细胞内。
除此之外，包涵体中还含有少量的DNA 、RNA 和脂多糖等非蛋白分子。
包涵体型异源蛋白的表达以包涵体形式表达目的蛋白的优缺点高效表达重组异源蛋白包涵体表达形式的优点：以包涵体形式表达的重组异源蛋白可达细菌蛋白总量的20%-60%。
具有固相特性，从而简化外源基因表达产物的分离纯化包涵体的水难溶性及其密度远大于其它细胞碎片和细胞成份，菌体经超声波裂解后，直接通过高速离心即可将重组异源蛋白从细菌裂解物中分离出来。
基因工程(第二章答案)
第二章基因工程工具酶一、解释下列名词1.Restriction and modification（限制与修饰）宿主特异性地降解外源遗传物质（DNA）的现象称为限制。
外源遗传物质通过甲基化等作用避免宿主的限制作用称为修饰。
2. Matched ends(or cohesive end)（匹配末端或粘性末端）识别位点为回文对称结构的序列，经限制酶切割后，产生的相同的，互补的末端称为匹配粘端，亦即粘性末端3. Blunt ends平末端。
在回文对称轴上同时切割DNA 的两条链，产生的没有碱基突出的末端称为平末端。
4. Star activity星星活性。
在极端非标准条件下，限制酶能切割与识别序列相似的序列，这个改变的特殊性称星星活性。
5. Klenow fragment Klenow 片段。
Klenow DNA 聚合酶是E.coli DNA polymerase 经蛋白酶（枯草杆菌蛋白酶）裂解而从全酶中除去5'--3' 外切活性的多肽大片段，而聚合活性和3'--5' 外切活性不受影响。
6.Reverse transcriptase反转录酶。
即依赖于RNA 的DNA 聚合酶，它有5'--3' 合成DNA 活性，但是无3'--5' 外切活性。
7.Terminal transferase（末端转移酶）8.Ligase连接酶。
催化DNA 5' 磷酸基与3' 羟基之间形成磷酸二酯键，将两段核酸连接起来的酶。
9.T4 polynucleotide kinase（T4多聚核苷酸激酶）催化ATP 的γ-磷酸基转移至DNA 或RNA 的5' 末端。
10.Alkaline phosphatase（碱性磷酸酶）催化除去DNA 或RNA 5' 磷酸11.S1 nuclease Sl 核酸酶。
可降解单链DNA 或RNA ，产生带5' 磷酸的单核苷酸或寡核苷酸双链；对dsDNA ，dsRNA ，DNA:RNA 杂交体不敏感。
大学基因工程复习归纳重点复习资料
基因工程复习归纳第一章绪论1.基因工程的定义：是指按照人们的愿望，经过严密的设计，将一种或多种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体/宿主）内，使之按照人们的意愿稳定遗传、并表达出新的性状的技术。
2.基因工程概念的发展：遗传工程→DNA重组技术→分子/基因克隆（Molecular/Gene→基因工程→基因操作。
应用领域以“基因工程”、“DNA重组”为主基因工程基因工程的历史性事件1973：Boyer和Cohen建立DNA重组技术1978：Genetech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素1982：世界上第一个基因工程药物重组人胰岛素上市1988：PCR技术诞生1989：我国第一个基因工程药物rhIFNα1b上市2003: 世界上第一个基因治疗药物重组腺病毒-p53上市3.基因工程的三大关键元件基因（供体）：外源基因、目的基因载体：能将外源基因带入受体细胞，并能稳定遗传的DNA分子（克隆载体、表达载体）。
宿主（受体）：，能摄取外源DNA、并能使其稳定维持的细胞（组织、器官或个体）。
4.基因工程的基本步骤（切、接、转、增、检（大肠杆菌是中心角色）（1）目的基因的获取：从复杂的生物基因组中，经过酶切消化或PCR扩增等步骤，分离出带有目的基因的DNA片断。
（2）重组体的制备：将目的基因的DNA片断插入到能自我复制并带有选择性标记（抗菌素抗性）的载体分子上。
（3）重组体的转化：将重组体（载体）转入适当的受体细胞中。
（4）克隆鉴定：挑选转化成功的细胞克隆（含有目的基因）。
（5）目的基因表达：使导入寄主细胞的目的基因表达出我们所需要的基因产物。
第二章 DNA重组克隆的单元操作一、用于核酸操作的工具酶1.限制性核酸内切酶(主要存在于原核细菌中，帮助细菌限制外来DNA的入侵)。
限制性核酸内切酶的功能与类型其中II型限制性核酸内切酶：切割位点专一，适于DNA重组，是DNA重组中最常用工具酶。
基因工程-32大肠杆菌克隆载体课件
这样可以在转化后的大肠杆菌细胞中获得大量 的目的DNA。
第二个优点在于重组体的识别只需一步，仅仅 只要把待筛选的大肠杆菌铺板到含有氨苄青 霉素和X-gal的琼脂培养基上。
而pBR322和pBR327，重组体的筛选都需要把 菌落从一种抗生素培养基原样转移到另一种 抗生素培养基平板。
一个用pUC8做载体的克隆实验比选择pBR322
当被克隆的基因有潜在的危害性时，应优先选 择pBR327。
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体
•12
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体•13来自pUC8—乳糖选择质粒
pUC8也是一个源自于pBR322的质粒，
只保留了pBR322的复制起点和ampR基因。 ampR基因的核酸序列也被改变了，不再包含唯一
的限制性酶切位点。
到噬菌体M13的短序列中。产生了M13mpl， 它在含有X-gal的琼脂板上形成蓝色的噬菌斑。
M13mpl的lacZ'基因上不含有任何的限制性酶
切位点，但在靠近基因起始位置的地方有一 个GGATTC的序列。改变一个核苷酸就变成
GAATTC，这是EcoRI的识别位点。这个改变
是用体外诱变完成的，产生了M13mp2克隆 载体。
用PstI，PuvI或ScaI酶切后插入DNA会导致氨 苄青霉素抗性基因失活；用BamHI及HindⅢ
等8个限制性内切核酸酶酶切后插入DNA会 导致四环素抗性基因失活。
这意味着pBR322支持很多种不同黏性末端的 DNA片段的导入。
•基因工程-32大肠杆菌克隆载体
•6
第三个优点在于pBR322有相当高的拷贝数
EcoRI的黏性末端。 多接头被插入到M13mp2克隆载体的EcoRI位
点上，形成了一个更加复杂的载体，即 M13mp7。
第二章基因工程习题答案
基因工程课程习题选择题001 基因工程操作的三大基本元件是【Ａ】I 供体II 受体III 载体IV 抗体V 配体ＡI + II + IIIＢI + III + IVＣII + III + IVＤII + IV + VＥIII + IV + V002 根据当今生命科学理论，基因工程的用途是【E】I 分离纯化基因 II 大量生产生物分子 III 构建新型物种 IV 提高基因重组效率Ａ I + II + IIIＢ I + II + IVＣ I + III + IVＤ II + III + IVＥ I + II + III + IV003 根据基因工程的定义，下列各名词中不能替代基因工程的是【A】Ａ基因诱变Ｂ分子克隆Ｃ DNA重组Ｄ遗传工程Ｅ基因无性繁殖004 基因工程的单元操作顺序是【B】Ａ增，转，检，切，接Ｂ切，接，转，增，检Ｃ接，转，增，检，切Ｄ检，切，接，增，转Ｅ切，接，增，转，检005 下列有关基因的叙述，错误的是【A】Ａ蛋白质是基因表达的唯一产物Ｂ基因是 DNA 链上具有编码功能的片段Ｃ基因也可以是 RNAＤ基因突变不一定导致其表达产物改变结构Ｅ基因具有方向性006 限制性核酸内切酶是由细菌产生的，其生理意义是【D】Ａ修复自身的遗传缺陷Ｂ促进自身的基因重组Ｃ强化自身的核酸代谢Ｄ提高自身的防御能力Ｅ补充自身的核苷酸消耗007 天然 PstI 限制性内切酶的来源是【D】ＡBacillus amyloliquefaciensＢEscherichia coliＣHaemophilus influenzaeＤProvidencia stuartiiＥStreptomyces lividans008 T 4 -DNA 连接酶是通过形成磷酸二酯键将两段 DNA 片段连接在一起，其底物的关键基团是【D】Ａ 2' -OH 和 5' -PＢ 2' -OH 和 3' -PＣ 3' -OH 和 2' -PＤ 3' -OH 和 5' -PＥ 5' -OH 和 3' -P009若载体 DNA 用 M 酶切开，则下列五种带有 N 酶粘性末端的外源 DNA 片段中，能直接与载体拼接的是【D】M NＡ A/AGCTT T/TCGAAＢ C/CATGG ACATG/TＣ CCC/GGG G/GGCCCＤ G/GATCC A/GATCTＥ GAGCT/C G/AGCTC010下列有关质粒分子生物学的叙述，错误的是【B】Ａ质粒是共价环状的双链 DNA 分子Ｂ天然质粒一般不含有限制性内切酶的识别序列Ｃ质粒在宿主细胞内能独立于染色体 DNA 自主复制Ｄ松弛复制型的质粒可用氯霉素扩增Ｅ质粒并非其宿主细胞生长所必需011带有多个不同种复制起始区的质粒是【A】Ａ穿梭质粒Ｂ表达质粒Ｃ探针质粒Ｄ整合质粒Ｅ多拷贝质粒012 下列各常用载体的装载量排列顺序，正确的是【A】Ａ Cosmid > λ-DNA > PlasmidＢλ-DNA > Cosmid > PlasmidＣ Plasmid >λ-DNA > CosmidＤ Cosmid > Plasmid >λ-DNAＥλ-DNA > Plasmid > Cosmid013 目前在高等动物基因工程中广泛使用的载体是【C】Ａ质粒 DNAＢ噬菌体 DNAＣ病毒 DNAＤ线粒体 DNAＥ叶绿体 DNA014 若某质粒带有lacZ 标记基因，那么与之相匹配的筛选方法是在筛选培养基中加入【D】Ａ半乳糖Ｂ葡萄糖Ｃ蔗糖Ｄ5- 溴-4- 氯-3- 吲哚基- b -D- 半乳糖苷（X-gal ）Ｅ异丙基巯基- b - 半乳糖苷（IPTG ）015质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是【C】①能自主复制②不能自主复制③结构很小④蛋白质⑤环状RNA ⑥环状DNA⑦能“友好”地“借居”A ①③⑤⑦B ②④⑥C ①③⑥⑦D ②③⑥⑦016 双脱氧末端终止法测定DNA 序列是基于【A】ＡDNA 的聚合反应ＢDNA 的连接反应ＣDNA 的降解反应Ｄ特殊的DNA 连接酶Ｅ聚合单体2' 和5' 位的脱氧017 下列三种方法中，能有效区分重组子与非重组子的是【E】I 限制性酶切II PCR 扩增III 抗药性筛选ＡIＢI + IIＣI + IIIＤII + IIIＥI + II + III018鸟枪法克隆目的基因的战略适用于【A】Ａ原核细菌Ｂ酵母菌Ｃ丝状真菌Ｄ植物Ｅ人类019 cDNA 第一链合成所需的引物是【D】ＡPoly AＢPoly CＣPoly GＤPoly TＥ发夹结构020 Taq DNA 聚合酶的发现使得PCR 技术的广泛运用成为可能，这是因为【D】ＡTaq DNA 聚合酶能有效地变性基因扩增产物ＢTaq DNA 聚合酶催化的聚和反应不需要引物ＣTaq DNA 聚合酶具有极强的聚和活性ＤTaq DNA 聚合酶能使多轮扩增反应连续化ＥTaq DNA 聚合酶能使扩增反应在DNA 变性条件下进行021 为了利用PCR 技术扩增下列染色体DNA 片段上的虚线部分，应选用的引物顺序是【D】ＡI + IIＢI + IIIＣI + IVＤII + IIIＥII + IV022 构建基因文库一般使用的载体是【E】I 质粒IIλ-DNA III CosmidＡIＢIIＣIIIＤII + IIIＥI + II + III023 强化基因转录的元件是【C】Ａ密码子Ｂ复制子Ｃ启动子Ｄ内含子Ｅ外显子024 启动子的特征之一是【B】ＡGC 富积区ＢTATA BoxＣ转录起始位点Ｄ长度平均1 kbＥ含有某些稀有碱基025 下列基因调控元件中属于反式调控元件的是【A】Ａ阻遏蛋白Ｂ启动子Ｃ操作子Ｄ终止子Ｅ增强子026包涵体是一种【E】Ａ受体细胞中难溶于水的蛋白颗粒Ｂ大肠杆菌的亚细胞结构Ｃ噬菌体或病毒DNA 的体外包装颗粒Ｄ用于转化动物细胞的脂质体Ｅ外源基因表达产物的混合物027 外源基因在大肠杆菌中以融合蛋白的形式表达的优点是【Ｅ】I 融合基因能稳定扩增II 融合蛋白能抗蛋白酶的降解III 表达产物易于亲和层析分离ＡIIIＢI + IIＣI + IIIＤII + IIIＥI + II + III028 第二代基因工程是指【C】Ａ途径工程Ｂ代谢工程Ｃ蛋白质工程ＤRNA 基因工程Ｅ细胞器基因工程029 基因工程菌中重组质粒的丢失机制是【Ｃ】Ａ重组质粒渗透至细胞外Ｂ重组质粒被细胞内核酸酶降解Ｃ重组质粒在细胞分裂时不均匀分配Ｄ重组质粒杀死受体细胞Ｅ重组质粒刺激受体细胞提高其通透性030利用毛细管作用原理，将凝胶电泳分离后的DNA片段转移至硝酸纤维素膜上并根据核酸杂交原理进行分析的技术是【Ｄ】ＡWestern 印迹转移技术ＢNorthern 印迹转移技术Ｃ基因的表现型分析法ＤSouthern 印迹转移技术031在翻译过程中．mRNA必需首先与核糖体相结合才能进行蛋白质合成。
大肠杆菌的基因型-概述说明以及解释
大肠杆菌的基因型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述大肠杆菌是一种常见的革兰氏阴性杆菌，属于肠道菌群中的重要成员。
它在自然界和人体内广泛存在，并且具有广泛的基因型多样性。
这使得大肠杆菌成为了微生物遗传学和进化生物学领域的研究模型。
在大肠杆菌中，基因型是指该菌株拥有的基因组合和基因的分布情况。
大肠杆菌的基因型可以通过不同的方法进行分类和鉴定。
目前主要的分类方法包括单核苷酸多态性分析、基因片段分析和全基因组测序等。
通过这些方法，我们可以更全面地了解大肠杆菌的基因型组成和种群结构。
大肠杆菌的基因型在其功能和特点方面具有重要意义。
大肠杆菌是一种典型的益生菌，它在人体内具有多种有益作用，包括帮助消化吸收、维持肠道稳定性和参与免疫调节等。
不同基因型的大肠杆菌可能具有不同的功能特点，比如某些基因型可能携带耐药基因或致病因子，导致感染和疾病的发生。
因此，对大肠杆菌基因型的研究有助于我们深入了解其功能机制和生态适应能力。
总之，大肠杆菌作为一种常见的菌株，其基因型具有多样性和重要性。
通过研究大肠杆菌的基因型，我们可以深入探索其功能特点和生态适应能力，进一步促进微生物遗传学和进化生物学的研究。
未来，我们可以通过结合多样的研究方法和技术，进一步挖掘和解析大肠杆菌基因型的奥秘，并探索其在人体健康和疾病中的作用。
文章结构是指文章部分之间的逻辑关系和组织，它有助于读者理解文章的内容和思路。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 大肠杆菌的基因型分类2.2 大肠杆菌基因型的功能和特点3. 结论3.1 大肠杆菌基因型的重要性3.2 未来研究的方向文章结构部分是为了描述本文的组织结构，它有助于读者了解文章的内容安排和逻辑关系。
在本文中，我们首先介绍引言部分，包括概述、文章结构和目的。
在概述中，我们简要介绍了大肠杆菌的基因型。
在文章结构中，我们明确了本文的结构和章节安排，帮助读者理解文章的整体框架。
8基因表达,大肠杆菌基因工程
核糖体结合位点
核糖体结合位点的结构
大肠杆菌核糖体结合位点包括下列四个特征结构要素：
位于翻译起始密码子上游的6-8个核苷酸序列5’ UAAGGAGG 3’
，即Shine-Dalgarno（SD）序列，它通过识别大肠杆菌核糖体小 亚基中的16S rRNA 3’端区域3’ AUUCCUCC 5’并与之专一性结合， 将mRNA定位于核糖体上，从而启动翻译； 翻译起始密码子：以AUG；GUG或UUG作为翻译起始密码子； SD序列与翻译起始密码子之间的距离及碱基组成； 基因编码区5’ 端若干密码子的碱基序列。
C末端的丙氨酸交换下来，所形成的人胰岛素叔丁酯再用三氯乙酸脱
去叔丁酯基团，最终获得人胰岛素。该过程的总转化率为60%，工 艺路线耗时，分离纯化操作复杂，产品的价格不菲。
人胰岛素的生产方法
利用基因工程菌发酵生产人胰岛素
1982年，美国Ely LiLi公司首先使用重组大肠杆菌生产人胰岛素， 成为世界上第一个上市的基因工程药物；1987年，Novo公司又推出
A链和B链分别表达法
基因工程菌的构建战略： 化学合成A链 和B链的编码
Apr
tac
Met b-Gal Met A peptide Apr
tac
Met b-Gal Met B peptide
序列
ori
ori
M
M
M
M
N
C
N
C
重组人胰岛素的大肠杆菌工程菌的构建
A链和B链分别表达法
表达产物的后处理路线：
b-Gal
外源基因在原核细胞中的表达
现将真核基因在原核细胞中表达： 1、外源基因克隆在表达载体并导人宿主菌。
2、外源基因不能有间隔序列(内含子)，因而必须用cDNA或全
《基因工程B》复习提纲2020
第一章基因工程概述一、名词解释基因、基因操作、基因工程、重组DNA技术二、思考题1、简述基因工程操作的基本步骤。
2、简述基因工程操作的理论依据。
3、简述基因工程诞生理论上的三大发现和技术上的三大发明。
第二章基因工程的工具酶一、名词解释限制性内切酶、同裂酶、同尾酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、逆转录酶二、思考题1、简述限制性内切酶命名的基本原则。
2、影响限制性内切酶活性的因素主要有哪些？3、影响连接反应效率的因素主要有哪些？4、大肠杆菌DNA聚合酶有哪些活性？分别简要说明其主要用途。
5、简述切口平移法标记DNA的原理。
答：首先，在Mg2+存在下利用低限量的DNase I处理双链DNA，随机产生少量切口；然后，利用大肠杆菌DNA聚合酶I的5'→3'外切酶活性在切口处向3'端平移去除核苷酸，同时，其5'→3'聚合酶活性则将切口作为引物沿5'→3'方向催化DNA合成；随着反应的进行，5'端核苷酸不断去除，3'端核苷酸不断掺入，导致切口沿着DNA合成方向移动，即切口平移。
如果在反应体系中加入标记dNTP，则这些标记dNTP将取代原有的核苷酸残基，产生带标记的DNA分子。
6、简述交换（置换）法标记DNA的原理。
答：反应体系中只有一种标记的dNTP存在时，可利用大肠杆菌DNA聚合酶I或T4/T7 DNA 聚合酶的3’→5’外切酶活性从3’端降解DNA，当露出与该标记dNTP互补的碱基时，上述酶的5'→3'聚合酶活性则催化该位置发生合成反应，用标记的dNTP置换原来的核苷酸残基，产生3’端标记的DNA。
第三章基因工程的载体一、名词解释载体、质粒、噬菌体、噬菌体溶菌周期、噬菌体溶原周期、克隆载体、表达载体、穿梭载体、整合载体、表达标签二、思考题1、简述克隆载体具备的基本条件。
2、以大肠杆菌为例，解释利用α互补筛选重组质粒的原理。
大肠杆菌基因工程菌株的构建及发酵试验
图 2 OD600 值随时间的变化趋势
图 3 pH 值随时间的变化趋势
4/8
2012 生工大实验
图 3 pO2 值随时间的变化趋势
3.4 GFP 离子交换层析分离
在洗脱过程中先用 Buffer A 洗，没有荧光洗脱。Buffer B 梯度洗脱至 17 管的开始出峰但未见荧光。至 20 管时可见荧光，第 21 管时荧光最强。
水+感受态大肠杆菌 LB 平板培养基 LB+Amp 平板培养基 LB+Amp+ara 平板培养基 5000 个 99 个 776 个
pGLO+感受态大肠杆菌 5000 个 5000 个 1616 个
注；其中 LB 平板培养基菌落过于密集无法计数按 5000 计，pGLO+感受态大肠杆菌接种于 LB+Amp 平板培养基涂布不均菌落
280/260 7 0.15 0.15 0.15 0.68 0.68 0.68 0.86 0.93 0.99 0.25 0.25 0.40 2 0.038 0.038 0.03 0.48 0.48 0.40 1.22 1.45 1.55 0.03 0.03 0.03
表 5 对照标准比值
0.15M 甲酸 0.189 0.226 0.081 0.032 0.836 0.358 0.142 840
0.01M 甲酸+0.05M 甲酸钠 0.134 0.164 0.059 0.016 0.817 0.360 0.098 900
0.1M 甲酸+0.1M 甲酸钠 0.172 0.174 0.098 0.034 0.989 0.563 0.195 720
pH 6.22 6.21 6.32 6.38 6.20 5.80 5.55
生物技术制药-第二章-基因工程制药(201309-201401-2)
7、目的cDNA克隆的分离和鉴定
cDNA克隆示意图
mRNA
逆转录酶
ss-DNA
DNA聚合酶I Klenow片段
ds-cDNA 核酸酶S1
ds-cDNA
二、逆转录－聚合酶链反应法（RT-PCR）
1985，PCR发明以后，RT-PCR得到了广泛的应用。
特异引物 mRNA 逆转录酶 ss-DNA PCR 目的cDNA链
优点：表达产物可由重组转化细胞分泌到培养 液中，纯化容易。产物是糖基化的接近天然物。 缺点：生长慢，生产率低，培养条件苛刻，费 用高，培养液浓度稀。
二、大肠杆菌体系中的基因表达
（一）表达载体 表达载体必须具备的条件
（1）载体能独立地进行复制 (复制起点，ori)
（2）应具有灵活的克隆位点和方便的筛选标记
核酸酶S1
第三节 目的基因的获得
克隆真核基因常用方法：逆转录法和化学合 成法。（不能直接分离？）
一、逆转录法
逆转录法就是先分离纯化目的基因的mRNA，再 反转录成 cDNA，然后进行 cDNA 的克隆表达。 cDNA与模板mRNA序列严格互补，而不含内含子。
逆转录法的步骤
1、mRNA的纯化 2、cDNA第一链的合成 3、cDNA第二链的合成 4、cDNA克隆
利用基因工程技术生产药品的优点：
（1）可以大量生产过去难以获得的生理活性蛋 白和多肽； （2）可以提供足够数量的生理活性物质；
（3）利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的
内源性生理活性物质；
（4）基因工程和蛋白质工程进行改造和去除 内源性生理活性物质的不足之处。 （5）利用基因工程技术可获得新型化合物，
又分为普通表达载体和精确表达载体
大肠杆菌基因工程 (2)
大肠杆菌基因工程引言大肠杆菌(Escherichia coli)是一种广泛存在于自然界中的革兰氏阴性菌，它可以在动植物肠道中找到。
由于其生长快速、易于培养和转化，大肠杆菌成为了基因工程研究中最重要的模式生物之一。
大肠杆菌基因工程是通过改变大肠杆菌的遗传特征，实现对其功能的改造和优化，从而达到生产特定产物或解决特定问题的目的。
大肠杆菌基因工程的原理基因传递与插入大肠杆菌基因工程的核心在于将目标基因导入到大肠杆菌中。
目前常用的方法有以下几种：1.转化(transformation)：通过将外源DNA直接导入大肠杆菌细胞内，使其在细胞内复制和表达。
2.电转化(electroporation)：利用强电场将质粒DNA引入细胞内，使其与大肠杆菌细胞内的DNA重组。
3.病毒介导的转染(viral-mediated transduction)：使用病毒载体将目标基因导入大肠杆菌细胞内。
4.转座子介导的DNA转移(transposon-mediated DNAtransfer)：利用转座子将目标基因插入到大肠杆菌染色体的特定位点上。
基因表达与调控在大肠杆菌基因工程中，外源基因导入之后需要进行表达和调控，以产生所需的受体蛋白或产物。
常用的表达系统包括启动子-启动子区域-编码序列-终止子的结构。
其中，启动子可以选择适当的促进剂或抑制剂进行调节，以控制基因的表达水平和时机。
应用案例生物医药领域在生物医药领域，大肠杆菌基因工程被广泛应用于生产重组蛋白药物。
通过引入外源基因，大肠杆菌可以高效地合成重组蛋白，并通过分离和纯化得到高纯度的药物。
例如，利用大肠杆菌表达系统，可以生产出重组人胰岛素、生长激素等重要药物。
环境治理领域大肠杆菌基因工程还可以应用于环境治理领域。
例如，通过改造大肠杆菌的基因组，使其具有降解有机污染物的能力，可以用于处理工业废水和土壤污染。
此外，大肠杆菌的工程还可以用于制造生物能源，例如利用大肠杆菌产生生物柴油或生物氢。
大肠杆菌在基因工程中的应用
大肠杆菌在基因工程中的应用
大肠杆菌是微生物中最为普遍的种类之一，其在生物工程研究中也扮演着重要角色。
大肠杆菌不仅因关系到人类营养和生态环境而广泛应用，而且由于其生长繁殖迅速，具有
良好的遗传性状以及可调控性强等特点，在基因工程中的应用也得到了越来越多的关注。
首先，大肠杆菌可以用于制备新型微生物色素。
由于大肠杆菌的膜蛋白性状和抗病毒
的质量，它们能够用于制造出自然结构完整的大肠杆菌色素。
这些色素能够用于抗肿瘤药
物的开发。
大肠杆菌色素可以被用来改变多种抗病毒活力，使它们更有效地抑制肿瘤细胞
的生长。
此外，大肠杆菌还可以用作基因表达系统。
它可以被用来做基因组挖掘和表达分析，这些工作为药物研发提供有价值的信息，例如新型药物的发现和开发，重组蛋白的制造和
功能的研究。
此外，大肠杆菌也可以被用作能够识别细菌毒素的选择性培养介质，从而检
测特定的病原体。
最后，大肠杆菌可以作为能够大量合成药物以及相关产品的“小工厂”，如重组植物
激素、抗生素和其他生物活性物质。
大肠杆菌是一种极具潜力的生物反应器，可以稳定生
产大量重要化学物质，并长期保持较高的性能质量。
此外，它还可以用作研究新颖的化学
过程的实验室，不仅可以证明一种化学反应是可行的，还可以利用实现它们的生物工程技
术来建立化学工厂，产生更大规模的产品。
综上，大肠杆菌具有良好的基因组可调控性，能够快速繁殖，形成色素，稳定表达，
能产生多种活性物质，检测病原体以及应用于研究新型化学过程等特性，这些特性都使得
大肠杆菌在基因工程中有着巨大的应用价值,使之成为一种普遍意义上重要的微生物细胞。
基因工程第1讲概论课件
理论上的可行性。
41
二、分子遗传学新方法是基因工程的 技术基础（六大技术）
首当其冲的是要解决: ① 如何自如地得到目的基因； ② 如何在体外改造基因，得到重 组体； ③ 如何在体外转移重组基因；
直到20世纪70年代中期，相继出现了 几项关键性技术，梦想成真。
42
实际上的可操作性 材料、实验条件、时空条件、
经济条件和政策。 基础方面的基本条件（可能性+ 可行性+ 可操作性）具备, 尚需人的科学创新 思维+ 艰苦的实践。才能得到创新的发明、 发现
49
1970年, MIT 的 科学家率先提出在体 外把不同来源的遗传 物质进行重组的设想, 但遭到反对, 不予支
50
办
不
不
到
到
的
的
22
第一节 基因工程的 发生与发展
23
一、基因工程诞生的理论基础
2生物遗传的物质基础是 DNA 肺炎链球菌光滑型和粗糙型的转化 试验
24
● 1944年, 美 国微生物学家 Avery证明基 因就是DNA分 子, 提出 DNA 是遗传信息的 载体。
32
遗 传 密 码 表
目 录33
mRNA分子上从5 至3 的方向,每3个核 苷酸构建一个密码子, 编码某一特定氨基酸或 作为蛋白质合成的起始、终止信号, 称为三联 体密码(triplet codon), 也称遗传密码子(genetic codon)。
解决了信息语言的对应关系。
34
•密码: 43 = 64
14
（4）利用重组DNA技术可以在体外大 量扩增、纯化人们感兴趣的基因, 研 究其结构、功能及调控机制, 从而拓 宽了分子生物学的研究领域。
大肠杆菌在基因工程中的应用
大肠杆菌在基因工程中的应用大肠杆菌是一种常见的细菌，因为其易于培养和遗传学特性而成为了基因工程的重要模型生物之一。
基因工程是人类利用分子遗传学、细胞生物学等技术手段对生物体进行基因改造的过程，使其实现某些人类所需的生物学功能。
本文将深入介绍大肠杆菌在基因工程中的应用。
一、大肠杆菌在DNA重组中的应用DNA重组是指将不同来源的DNA进行拼接、克隆或删除等操作来改变基因的结构和功能。
大肠杆菌是一种真正的工程菌，在DNA重组中有着重要的作用。
因为大肠杆菌的染色体只有一根，而且细胞的分裂时期只有30分钟左右，这就为大肠杆菌的DNA重组提供了非常便利的条件。
利用基因工程技术，可以将人类需要的目的基因克隆到大肠杆菌中，并利用大肠杆菌代谢途径的生物反应来合成所需要的特定蛋白。
此外，大肠杆菌也可以通过作为载体来传播适当的DNA。
大肠杆菌的细胞质中有着非常多的质粒，这些质粒可以独立于染色体进行复制和表达。
这意味着我们可以把重要的基因克隆到质粒上，利用大肠杆菌作为载体携带质粒将其引入真核细胞中。
这样，大肠杆菌及其质粒成为了一种高效的基因转移方法，为生命科学和生物技术中的基因治疗、基因诊断和疫苗等的研究带来了无限的可能性。
二、大肠杆菌在蛋白质表达中的应用大肠杆菌非常适合用于蛋白质表达，因为大肠杆菌具有快速繁殖、生长周期短和容易生长等优点。
在常规的重组蛋白制备过程中，研究人员常常使用大肠杆菌作为表达主机，将重组蛋白基因导入到大肠杆菌中，然后通过不同的表达条件来诱导基因表达，最终得到高含量且纯度较高的重组蛋白。
这项基因工程技术具有质量稳定、生产过程简单和成本低等优点，因此在医药生物领域的蛋白质药物和医用耗材领域受到广泛应用。
三、大肠杆菌在基因敲除中的应用基因敲除是一种通过人工手段消除某些基因表达功能的方法。
大肠杆菌是一种常见的基因敲除菌种。
利用基因敲除技术，研究人员可以选择性地删除大肠杆菌的某些基因，以了解这些基因在生物体代谢和生理过程中的功能，同时也能够根据需要对基因进行改造，以达到预期的效果。
生物技术概论_基因工程
PvuII等酶切产生的平末端
5’…G-C-T-C-A-G-C-T-G-G-A-G…3’
3’…C-G-A-G-T-C-G-A-C-C-T-C…5’
PvuII 37℃
5’…G-C-T-C-A-G-OH 3’…C-G-A-G-T-C-P
P-C-T-G-G-A-G…3’ HO-G-A-C-C-T-C…5’
4、限制性内切核酸酶反应系统 反应底物 内切酶 反应缓冲液 适当的温度
5、酶切方法
单酶切方法
一个酶切反应体系 （20μ L）： 离心2S→保温1-3h（30 度或37度） →终止反应
无菌重蒸水：13μ L， 缓冲液（10×）：2μ L 底物DNA： 4μ L
（65水浴中保温1015min，或乙醇沉淀处 理，或者先用酚处理后再
（2）T4噬菌体的连接酶：连接粘性末端、齐 平末端
功用：DNA重组中促使载体与DNA连接
具互补粘性末端片段之间的连接
具平末端DNA片段之间的连接
DNA片段末端修饰后进行连接
DNA片段加连杆后或加衔接头连接
二、 基因克隆载体
基因克隆载体的含义
能够承载外源基因，并将其带入受体细胞得以相对稳定维持
什么是限制性内切酶？
命名原则？
由1973年H.O Smith和D. Nathans提议的命名系统 由三部分构成，即菌种名、菌系编号、分离顺序。
1、用属名的第一个字母（大写，斜体）和种名的头两个字母 （小写，斜体）组成3个字母的略语表示寄主菌的物种名。
大肠杆菌（Escherichia coli）用Eco表示； 流感嗜血菌（Haemophilus influenzae）用Hin表示。
（二）基因工程研究的理论依据（为何可对基因进行
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遏Plac介导的转录。因此，
基因工程中使用的乳糖启动
Plac
O
高效转录
子均为抗葡萄糖代谢阻遏的
突变型，即Plac UV5
Plac UV5
O
色氨酸
色氨酸启动子Ptrp的可控性：
色氨酸启动子Ptrp受色氨酸-阻遏 蛋白复合物的阻遏，转录呈基底 状态。在培养系统中去除色氨酸
阻遏蛋白
基底水平转录
Apr MCS
PL
pCP3
ori
三、大肠杆菌基因工程菌的构建策略
包涵体型异源蛋白的表达 分泌型异源蛋白的表达 融合型异源蛋白的表达
寡聚型异源蛋白的表达
整合型异源蛋白的表达 蛋白酶抗性或缺陷型表达系统的构建
包涵体型异源蛋白的表达
（1）包涵体及其性质
在某些生长条件下，大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子，它
第2章 大肠杆菌基因工程
一、大肠杆菌作为表达外源基因受体菌的特征 二、外源基因在大肠杆菌中高效表达的原理
三、大肠杆菌基因工程菌的构建策略
四、基因工程菌的遗传不稳定性及其对策 五、利用重组大肠杆菌生产人胰岛素
一、大肠杆菌作为表达外源基因受体菌的特征
大肠杆菌表达外源基因的优势
全基因组测序，共有4405个开放型阅读框架 基因克隆表达系统成熟完善 繁殖迅速、培养简单、操作方便、遗传稳定
ori Apr pCP1
Tcr
筛选Apr、Tcs的转化子
核糖体结合位点
外源基因在大肠杆菌细胞中的高效表达不仅取决于转录启动的
频率，而且在很大程度上还与mRNA的翻译起始效率密切相关。大
肠杆菌细胞中结构不同的mRNA分子具有不同的翻译效率，它们之 间的差别有时可高达数百倍。mRNA翻译的起始效率主要由其5‘ 端的结构序列所决定，称为核糖体结合位点（RBS）
过长的mRNA往往会产生大量无用的蛋白质，增加工程菌无谓的能量消耗；
更为严重的是，过长的转录物往往不能形成理想的二级结构，从而大大降低外源 基因编码产物的翻译效率
（2）强终止子的选择与使用
目前外源基因表达质粒中常用的终
止子是来自大肠杆菌rRNA操纵子上的
rrnT1T2以及T7噬菌体DNA上的Tf。对 于一些终止作用较弱的终止子，通常 可以采用二聚体终止子串联的特殊结 构，以增强其转录终止作用 终止子也可以象启动子那样，通过 特殊的探针质粒从细菌或噬菌体基因 组DNA中克隆筛选
外源基因全合成 按照大肠杆菌密码子的偏爱性规律，设计更换外源基因中不适
宜的相应简并密码子，重组人胰岛素、干扰素以及生长激素在
大肠杆菌中的高效表达均采用了这种方法
同步表达相关tRNA编码基因
对于那些含有不和谐密码子种类单一、出现频率较高、而本身分 子量又较大的外源基因而言，则选择相关tRNA编码基因同步克隆表达 的策略较为有利。例如，在人尿激酶原cDNA的412个密码子中，共含 有22个精氨酸密码子，其中7个AGG、2个AGA，而大肠杆菌受体细胞
脂多糖等非蛋白分子
（2）以包涵体形式表达目的蛋白的优缺点
包涵体表达形式的优点： 能简化外源基因表达产物的分离操作 包涵体的水难溶性及其密度远大于其它细胞碎片和细胞成分，菌体
经超声波裂解后，直接通过高速离心即可将重组异源蛋白从细菌裂
解物中分离出来
能在一定程度上保持表达产物的结构稳定
在形成包涵体之后，大肠杆菌的蛋白酶降解作用基本上对异源重组 蛋白的稳定性已构不成威胁
终止子
（1）强化转录终止的必要性
外源基因在强启动子的控制下表达，容易发生转录过头现象，即RNA聚合酶滑
过终止子结构继续转录质粒上邻近的DNA序列，形成长短不一的mRNA混合物
过长转录物的产生在很大程度上会影响外源基因的表达，其原因如下： 转录产物越长，RNA聚合酶转录一分子mRNA所需的时间就相应增加，外源基因 本身的转录效率下降； 如果外源基因下游紧接有载体上的其它重要基因或 DNA功能区域，如选择性标 记基因和复制子结构等，则 RNA聚合酶在此处的转录可能干扰质粒的复制及其它生 物功能，甚至导致重组质粒的不稳定性；
E
A
目的基因
E
目的基因 E E 启动子
A 酶切开
Bal31酶解
（2）启动子的筛选
采用鸟枪法战略，将合适大小的DNA片段 克隆到启动子探针质粒pKO1上 受体细胞染色体DNA上的galE、galT与质
Apr pKO1 galK 终止密码子
粒上报告基因galk的表达产物联合作用，
可将培养基中的半乳糖酵解成红色素物质
mRNA定位于核糖体上，从而启动翻译；
翻译起始密码子，大肠杆菌绝大部分基因以 AUG 作为阅读框架的起 始位点，但有些基因也使用GUG或UUG作为翻译起始密码子； SD序列与翻译起始密码子之间的距离及碱基组成； 基因编码区5’ 端若干密码子的碱基序列
（2）核糖体结合位点对外源基因表达的影响
SD序列的影响：
中tRNAAGG和tRNAAGA的丰度较低。为了提高人尿激酶原cDNA在大肠
杆菌中的高效表达，将大肠杆菌的这两个tRNA编码基因克隆在另一个
高表达的质粒上。由此构建的大肠杆菌双质粒系统有效地解除了受体
细胞对外源基因高效表达的制约作用
质粒拷贝数
(1)质粒拷贝数对细菌生长代谢的影响
目前实验室里广泛使用的表达型质粒在每个大肠杆菌细胞中可达 数百甚至上千个拷贝，质粒的扩增过程通常发生在受体细胞的对数生 长期内，而此时正是细菌生理代谢最旺盛的阶段。质粒分子的过度增
包涵体表达形式的缺点： 以包涵体形式表达的重组蛋白丧失了原有的生物活性，必须通 过有效的变性复性操作，才能回收得到具有正确空间构象（因而具
有生物活性）的目标蛋白，因此包涵体变复性操作的效率对目标产
之前大约七个碱基处，在此间隔中少一个碱基或多一个碱基，均
会导致翻译起始效率不同程度的降低
起始密码子及其后续若干密码子的影响： 大肠杆菌中的起始tRNA分子可以同时识别AUG、GUG和UUG
三种起始密码子，但其识别频率并不相同，通常GUG为AUG的50%
而UUG只及AUG的25%。除此之外，从AUG开始的前几个密码子碱 基序列也至关重要，至少这一序列不能与mRNA的5’ 端非编码区 形成茎环结构，否则便会严重干扰mRNA在核糖体上的准确定位 目前广泛用于外源基因表达的大肠杆菌表达型质粒上，均含有 与启动子来源相同的核糖体结合位点序列，序列和间隔是最佳的
噬菌体启动子PL受CI阻遏蛋白阻 遏，很难直接诱导控制。在基因 工程中常使用温度敏感型的cI突 Ptrp A
阻遏作用
目的基因
cI857 PL B
变基因cI857控制PL。 cI857阻遏蛋
在42℃时失活脱落，PL便可介导 目的基因的表达。但在大型细菌 培养罐中迅速升温非常困难，因 此常使用一个双质粒控制系统， 用色氨酸间接控制目的基因表达 Ptrp A 色氨酸 PL B 表达
（1）核糖体结合位点的结构
大肠杆菌核糖体结合位点包括下列四个特征结构要素：
位于翻译起始密码子上游的 6-8个核苷酸序列5’ UAAGGAGG 3’，
即 Shine-Dalgarno（SD）序列，它通过识别大肠杆菌核糖体小亚基 中的16S rRNA 3’端区域3’ AUUCCUCC 5’并与之专一性结合，将
T A T A A T
T A A T G T T T A A C T T A T A A T T A T A A T
Ptac = 3 Ptrp = 11 Plac
（4）启动子的可控性
乳糖启动子Plac的可控性：
野生型的Plac与其控制区Olac 偶联在一起，在没有诱导物 存在时，整个操纵子处于基 底水平表达；诱导物可以使 启动子Plac介导的转录大幅 提高 P 乳糖 异丙基-b-D-硫 代半乳糖苷（IPTG） 诱导 O
被美国FDA批准为安全的基因工程受体生物
缺乏对真核生物蛋白质的复性功能 缺乏对真核生物蛋白质的修饰加工系统 内源性蛋白酶降解空间构象不正确的异源蛋白 细胞周质内含有种类繁多的内毒素
二、外源基因在大肠杆菌中高效表达的原理
启动子 终止子 核糖体结合位点 密码子 质粒拷贝数
启动子
（1）启动子最佳距离的探测
们致密地集聚在细胞内，或被膜包裹或形成无膜裸露结构，这种水不
溶性的结构称为包涵体（Inclusion Bodies，IB）。富含蛋白质的包涵 体多见于生长在含有氨基酸类似物培养基的大肠杆菌细胞中，由这些 氨基酸类似物所合成的蛋白质往往会丧失其理化特性和生物功能，从 而集聚形成包涵体。由高效表达质粒构建的大肠杆菌工程菌大量合成 非天然性的同源或异源蛋白质，后者在一般情况下也以包涵体的形式 存在于细菌细胞内。除此之外，包涵体中还含有少量的DNA、RNA和
乳糖苷酶的mRNA而言，在这个位置上最佳的碱基组合是UAU或
CUU，如果用UUC、UCA或AGG取代之，则酶的表达水平低20 倍
SD序列与起始密码子之间的距离的影响： SD序列与起始密码子之间的精确距离保证了mRNA在核糖体 上定位后，翻译起始密码子AUG正好处于核糖体复合物结构中的P 位，这是翻译启动的前提条件。在很多情况下，SD序列位于AUG
转化galE+、galT+、galK-的大肠杆菌受体菌株
ori
含有外源启动子活性的重组克隆
（3）启动子的构建
启动子
PlL
-35 区序列
T T G A C A
-10 区序列
G A T A C T
PrecA
PtraA Ptrp Plac Ptac
T T G A T A
T A G A C A T T G A C A T T T A C A T T G A C A
密码子
(1)生物体对密码子的偏爱性
不同的生物，甚至同种生物不同的蛋白质编码基因，对简并密码 子使用频率并不相同，具有一定的偏爱性，其决定因素是： 生物基因组中的碱基含量 在富含AT的生物（如单链DNA噬菌体 fX174）基因组中，密码子第三位上的U和A出现的频率较高；而在GC 丰富的生物（如链霉菌）基因组中，第三位上含有G或C的简并密码子 占90%以上的绝对优势 密码子与反密码子相互作用的自由能 性中等强度规律 如GGG、CCC、GCG、GGC、AAA、UUU、AUA、UAU等使用少； 如GUG、CAC、UCG、AGC、ACA、UGU、AUC、UUG等使用多；