選修生物I-4-5

DNA與生物科技

4-1 DNA 複製 4-2 基因的表現

4-3 基因表現的調控 4-4 遺傳變異

4-5 生物科技

4-5
生物科技

醋

酒

麵包
起司

螢光魚

胰島素

傳統生物科技

現代生物科技

利用生物製造人類可用的產
物，以改善生活品質的技術

配合課本頁次：166

重組DNA

■人為將來自不同生物體的DNA分子

重新組合成一個新的DNA分子

■關鍵酵素：

●限制酶
●DNA連接酶

配合課本頁次：167

限制酶

■ 1962年科學家在細菌中發現

■ 可辨識並切斷病毒DNA上的特定序列

● 辨識序列通常包含6~8個鹼基對，且呈「迴文」現象

● 如Eco RI 辨識「5’ GAATTC 3’

3’ CTTAAG 5’」

E. coli（大腸桿菌）

菌株名

發現順序

配合課本頁次：167

限制酶

■ Eco RI 的切割部位 ■ Sma I 的切割部位

G A A T

T C

C T T A A G

黏端

C C C G G G

G G G C C C

鈍端

配合課本頁次：167

DNA連接酶

AATTC

G

G
CTTAA
G
CTTAA

AATTC

G

含氮鹼基配對黏合

AATT C

G

G
C
TTAA

G
C
TTAA

AATT C

G

DNA連接酶連接DNA

AATTC

G

G
CTTAA

G
CTTAA

AATTC

G

配合課本頁次：167

重組DNA分子的製備過程

含目標基因

之細胞

目標基因

大腸桿菌

染色體DNA

用相同限制酶切

割

目標基因

重組DNA

分子

質體DNA
質體

DNA
連接酶

黏端

限制酶辨認序列

黏端
限制酶辨認序列

配合課本頁次：168

重組DNA分子的製備過程

含目標基因

之細胞

目標基因

大腸桿菌

染色體DNA

質體DNA
質體

限制酶辨認序列

配合課本頁次：168

重組DNA分子的製備過程

可作為載體

•用以運送目標基因的DNA分子
•常見的有：細菌的質體和病毒的DNA
•其上通常具有標識基因，可用以篩選

如抗抗生素基因或螢光基因

質體

配合課本頁次：168

重組DNA分子的製備過程

含目標基因

之細胞

目標基因

大腸桿菌

染色體DNA

用相同限制酶切

割

目標基因

重組DNA

分子

質體DNA
質體

DNA
連接酶

黏端

限制酶辨認序列

黏端
限制酶辨認序列

配合課本頁次：168

想一想─限制酶的使用

■ 切割目標基因的DNA分子與載體DNA分子的限制酶

為什麼要相同呢？

配合課本頁次：168

基因轉殖

■ 將重組DNA分子送入生物體內的步驟

此生物內含重組DNA分子，
稱為基因轉殖生物，或基改生物

● 基改細菌

● 基改動物

● 基改植物

配合課本頁次：169

基改細菌的製備過程

目標基因

重組DNA

分子

轉殖

選殖

含抗生素
的培養基

基改細菌

配合課本頁次：169

基改細菌

目標基因

重組DNA

分子

轉錄

轉譯

蛋白質

配合課本頁次：169

基改細菌的應用

■ 製藥─基改細菌生產藥用蛋白質

●胰島素→糖尿病

●紅血球生成素→慢性腎衰竭貧血
●生長激素→成人生長激素缺乏症

●第八凝血因子→A型血友病

配合課本頁次：169

基改細菌的應用

■ 食品工業─基改細菌生產纖維素酶

●分解水果細胞壁，增加榨汁量

■ 化工業─基改細菌分解原油或吸收重

金屬

●解決環境問題

配合課本頁次：169

基改動物的製備過程

受精卵或
胚胎細胞

目標基因

含標識基因

的載體

重組DNA

分子

轉殖

發育

顯微注射

病毒感染

或

基改動物

配合課本頁次：170

顯微注射

受精卵

在顯微鏡下，直接以微細針管穿刺細胞，將目標基因注
入受精卵中

配合課本頁次：170

轉殖生長激素基因的老鼠

正常老鼠
基改老鼠

配合課本頁次：170

基改動物的應用

■畜牧─品種改良

■食品

■製藥─基改動物生產藥用蛋白質

●臺灣研發之基改豬─酷比三號，

乳汁中含人類的第九凝血因子
，可供血友病患者使用

配合課本頁次：170

基改植物的製備過程

基因槍

農桿菌

目標基因

含標識基因

的載體

重組DNA

分子

轉
殖

或

植物細胞

發育

基改植物

具營養價值，或能抗病、抗
蟲或抗除草劑的作物等

配合課本頁次：170

以基因槍進行植物的基因轉殖

吸附DNA
的金粒子

配合課本頁次：171

以農桿菌進行植物的基因轉殖

農桿菌

Ti質體

DNA
連接酶

目標基因

重組後的

Ti質體
轉殖

基改農桿菌

感

染

植物細胞

發育

基改植物

含目標基因
的T-DNA

配合課本頁次：171

製備重組DNA分子

可利用PCR

大量製備

目標基因

含標識基因

的載體

重組DNA

分子

配合課本頁次：172

聚合酶連鎖反應(PCR)

■ PCR ( Polymerase Chain Reaction )

■ 1980年間，由美國穆勒斯發展出的技術，可大量複製

試管中微量DNA的特定片段

■ 所需的材料包括：

● 目標DNA片段

● DNA聚合酶

● DNA引子

● 去氧核苷三磷酸( dNTP )

包括：
dATP、dTTP、dCTP 和dGTP

配合課本頁次：172

聚合酶連鎖反應(PCR)

事前準備

第一循環

•目標DNA

•引子一對
•DNA聚合酶
•dNTP

❶分
離

❷黏合引
子

❸複
製

(90~95℃)

(50~60℃)

(72℃)

第二循環

配合課本頁次：173

聚合酶連鎖反應(PCR)

事前準備

第一循環

•目標DNA

•引子一對
•DNA聚合酶
•dNTP

❶分
離

❷黏合引
子

❸複
製

(90~95℃)

(50~60℃)

(72℃)

第二循環

第三循環

第三十循環
2

30

配合課本頁次：173

耐高溫的DNA聚合酶

■ 陽明大學的錢嘉韻教授，在美國時與同事從

溫泉中的耐高溫菌 (Thermus aquaticus) 體
內，分離出耐高溫的DNA聚合酶（Taq DNA 聚
合酶)

■ Taq DNA聚合酶其最適合反應的溫度為72 ℃

左右，但在90 ∼ 95 ℃仍具有活性

配合課本頁次：172

想一想

■ PCR 步驟的設計概念

● 兩長度相同的DNA分子，一條含40%的 GC 鹼基對，

另一條含20% 的 GC 鹼基對，以此兩條 DNA進行
PCR，第一步驟何者所需的溫度應較高？為什麼？

● 引子的位置與複製的DNA 片段大小有何關連性呢？

● 請比較利用 PCR 技術複製 DNA 與在細胞內複製

DNA 的過程，兩者所需物質有何異同？

配合課本頁次：172

PCR的應用

■遺傳工程

■醫學診斷

■犯罪鑑識

■親子鑑定

■分子生物學的研究等

配合課本頁次：172

DNA 指紋分析

❺結果分
析

❶細胞樣
本

❷萃取
DNA

❸PC
R

❹凝膠電
泳

電泳槽

凝膠
電泳
溶液

DNA樣本
(混入染料)
母 子 男1 男2

配合課本頁次：173

DNA 的凝膠電泳

電泳槽

凝膠
電泳溶液

DNA樣本
(混入染料)

•有孔洞，可供DNA分子穿過
•DNA片段大小不同，通過的速度不同

片段較大

片段較小

配合課本頁次：173

人類基因體計畫

■ the Human Genome Project ( HGP )

■ 將人類基因體的DNA全部定序並解析

● 泛指某生物體單倍數染色體上所有的遺傳物質

，包括基因及非編碼 DNA 序列

● 人類基因體包括：
22條體染色體 + 1條X染色體 + 1條Y染色體
約30億個鹼基對

配合課本頁次：174

人類基因體計畫

■ the Human Genome Project ( HGP )

■ 將人類基因體的DNA全部定序並解析

■ 1990年開始進行，2003年宣告完成，臺灣榮陽團隊亦

參與其中

■ 定序完成的結果皆公諸於世，並且無條件讓需要者自

由取得此資訊

配合課本頁次：174

人類基因體示意圖

配合課本頁次：174

人類基因體定序新發現

■ 人類基因數目約2萬多個

■ 可經轉錄、轉譯合成蛋白質的「編碼DNA」約只佔2%

《遠少於先前預估！》

《其餘則為「非編碼DNA」！》

功能尚在研究中

配合課本頁次：175

人類基因體定序的應用

人與人間的鹼基約有千分之一的差異

→體質不同
→醫療個人化

衍生問題：

就業歧視？保險費率？

配合課本頁次：175