cDNA双链合成
cDNA和基因组文库DNA的构建
结构 环状
线状 环状
E.coli E.coli E.coli 酵母细胞
环状 环状 环状 线性染色体
哺乳动物细胞 动物细胞
环状 环状
动物细胞和细 菌
环状
插入片段 很小,<8kb
9-24kb <10kb
35-45kb 约300kb 100-800kb
1002000kb >1000kb
举例 pUC18/19 ,某种生物体全部基因的随机片段的重组 DNA克隆群体；cDNA是指含有所有重组cDNA的克隆群体.
基因组：来源于基因组DNA,反映基因组的全部信息,用 于基因组物理图谱的构建,基因组序列分析,基因在染色体上的定位, 基因组中DNA (互补DNA）
第二条DNA链
1：反转录酶催化合成cDNA第一链
• 1 . 1.在置于冰上的无菌微量离心管内混合下列试剂进行cDNA第一链的合成： poly(A) RNA (1μg/μl) 10μl 寡核苷酸引物(1μg/μl) 1μl 1mol/L Tris-HCl (pH8.0, 37℃) 2.5μl 1mol/L KCl 3.5μl 250 mmol/L MgCl2 2μl dNTP溶液（含4种dNTP,每种5mmol/L） 10μl 0.1 mol/L DTT 2μl RNase抑制剂（选用） 25单位 加H2O至 48μl 1 . 2.当所有反应组在0℃混合后,取出2.5μl反应液转移到另一个0.5ml微量离心管内. 在这个小规模反应管中加入0.1μl α-32P dCTP（400 Ci/mmol, 10mCi/ml）.
4：接头或衔接子的连接
cDNA末端的削平 4.1.cDNA样品于68℃加热5 min. 4.2.将cDNA溶液冷却至37℃并加入下列试剂： 5×T4噬菌体DNA聚合酶修复缓冲液 10μl dNTP溶液,每种5 mmol/L 5μl 加H2O至 50μl 4.3.加入1~2单位T4噬菌体DNA聚合酶（500单位/ml）,37℃温育 15min. 4.4.加入1μl 0.5mol/L ED . 5.在所有四小份样品（来自步骤2和步骤4）加入 100 ng质粒DNA或500 ng的λ噬菌体DNA.这些未甲基化 的DNA在预实验中用作底物以测定甲基化效率. 3 . 6.所有四份小样实验反应和大体积的反应均在37℃ 温育1h. 3 . 7.于68℃加热15min,用酚：氯仿抽提大体积反应液 一次,再用氯仿抽提一次. 3 . 8.在大体积反应液中加入0.1倍体积的3 mol/L乙酸钠 （pH5.2）和2倍体积的乙醇,混匀后贮存于-20℃直至获 得小样反应结果.
11.DNA的生物合成
The model of DNA-pol III
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DNA pol I
H B
J
小片段 大片段 （Klenow fragment）
5 ‘ →3 ’聚合功能， 3 ' →5 '外切酶活性 5 ' →3 '外切酶活性
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真核细胞中DNA聚合酶
种类： DNA-pol α、β、γ、δ、ε… DNA pol δ：合成领头链
UGA（终止密码子）：Trp AGA/AGG（Arg）：终止密码子 AUA（Ile）：Met（起始密码子）
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3’
5’ 5’ 3’
OH
P
DNA-pol
5’
3’ 5’
3’
DNA-pol 的 5´3´聚合作用
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外切酶与内切酶作用图解
内切酶 （限制性内切酶） 5´ 3´外切 5’ 3´5´外切 3’
4. 冈崎片段（Okazaki fragment）：
不连续复制的片段
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ori 5. 双向复制 以起始点为中 心，向两个方 向进行复制。
6. 复制子(replicon) 真核生物两个相 邻复制起始点之 间的DNA片段。 ori
ori
ori
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滚环复制
是某些病毒，质粒、线粒体 DNA的特殊复制形式。
性质
Ⅲ 20 100000 有 无 有 复制
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Leading strand synthesis
Lagging strand synthesis
’
form the catalytic core
cDNA建库流程
cDNA文库组标准流程一. Total RNA的提取 (2)二. mRNA的分离 (5)三．cDNA双链合成 (8)四．载体制备 (11)五. cDNA双链和载体的连接 (13)六．电转化流程 (14)七．快速鉴定、菌落PCR (16)八．pBlueScript cDNA库扩增 (18)一.Total RNA的提取1.试剂配制准备工作：1、研钵、5ml/10ml/ 25ml移液管、100ml/250ml量筒、250ml/100ml容量瓶、药匙、试剂瓶等玻璃制品均用锡纸包裹口部，置于烤箱内,180℃，烤6小时。
2、50ml/1.5ml离心管、枪头等塑料制品用0.1‰DEPC水浸泡过夜后，121℃20mins 高压灭菌。
3、电泳槽及电泳托、梳子用3%双氧水处理。
4、常用试剂及其配方：▲DEPC水：在1000ml去离子水中加入100ul DEPC, 静置过夜后高压灭菌。
▲0.78M柠檬酸纳：PH=4~5三水合柠檬酸纳22.94g加DEPC水定容至100ml，室温放置备用。
▲10%肌氨酸钠：肌氨酸钠10g加DEPC水定容至100ml，室温放置备用。
▲变性裂解液：0.78M柠檬酸钠8.25ml10%肌氨酸钠12.375ml异硫氰酸胍118.05g加DEPC水定容至250ml，室温放置备用临用前加β-巯基乙醇使其终浓度为1%（v/v）▲2M 醋酸钠PH=4.5NaAc·3H2O 13.6g加DEPC水定容至50ml,高压灭菌，室温放置备用▲3M醋酸钠PH=5NaAc·3H2O 20.4g加DEPC水定容至50ml,高压灭菌，室温放置备用▲4M LiCL:LiCL 24.164g加DEPC水定容至100ml,高压灭菌，室温放置备用▲0.5M EDTA PH=8.0EDTA 18.61g用NaOH调PH值至8.0，定容到100ml，高压灭菌，室温放置备用▲10X MOPS (3-（N-吗啉代）丙磺酸):MOPS 41.86gNaAC·3H2O 4.10g0.5MEDTA（PH 8.0）20ml用NaOH调PH值 6.5 , DEPC水定容到1L，室温避光放置备用。
碱基互补配对原则
1，涉及到多种碱基互补配对关系，DNA分子内部有A与T配对，C 与G配对；DNA分子的模板链与生成的RNA之间有A与U配对，T与A配对，C与G配对。
2，涉及许多数量关系（规律），在DNA双链中，根据碱基互补配对的原则，一条链上的A一定等于互补链上的T；一条链上的G一定等于互补链上的C，反之如此。
因此，可推知多条用于碱基计算的规律。
规律一：在一个双链DNA分子中，A=T、G=C。
即：A+G=T+C 或A+C=T+G。
也就是说，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基总数的50%。
规律二：在双链DNA分子中，两个互补配对的碱基之和的比值与该DNA分子中每一单链中这一比值相等。
(A1+A2+T1+T2)/(G1+G2+C1+C2)=(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2 +C2)规律三：DNA分子一条链中，两个不互补配对的碱基之和的比值等于另一互补链中这一比值的倒数，即DNA分子一条链中的比值等于其互补链中这一比值的倒数。
(A1+G1)/(T1+C1)=(T2+C2)/(A2+G2)规律四：在双链DNA分子中，互补的两个碱基和占全部碱基的比值等于其中任何一条单链占该碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。
即双链(A+T)%或(G+C)%=任意单链(A+T)%或(G+C)%=mRNA中(A+U)%或(G+C)%。
规律五：不同生物的DNA分子中，其互补配对的碱基之和的比值(A+T)/(G+C)不同，代表了每种生物DNA分子的特异性。
计算：①A等于T，G等于C，A+G=T+CA+G/T+C等1。
②一条单链的A+G/T+C的值与另一条互补单链的A+G/T+C的值互为倒数。
③一条单链的A+T/C+G的值，与另一条互补链的A+T/C+G的值相等。
④在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系：一条链上的（A+T）等于另一条链上的（A+T）等于RNA分子中（A+U）等于12DNA双链中的（A+T）等，学生往往记不住。
DNA的生物合成
13/16.DNA的生物合成 13.2 原核生物DNA的复制 13.2.1 参与原核DNA复制的酶和蛋白质
1.原核生物的DNA聚合酶 （1）DNA聚合酶Ⅰ:
Klenow片段，含DNA聚合 酶和3´→5´核酸外切酶活性
13/16.DNA的生物合成
13.2 原核生物DNA的复制
13.2.1 参与原核DNA复制的酶和蛋白质
• 基因组能独立进行复制的单位称为复制子，每个复制子都含有控制复制起始
的起点，可能还有终止复制的终点
• 大多数原核生物染色体DNA的复制是双向，形成复制眼，单向复制的特殊形
式，称为滚动环式
• 真核生物染色体DNA是线形双链分子，含有许多复制起点，因此是多复制子。
13/16.DNA的生物合成 13.1 DNA复制的概况 13.1.2 DNA复制的起点和方向
13/16.DNA的生物合成 13.2 原核生物DNA的复制 13.2.1 参与原核DNA复制的酶和蛋白质
1.原核生物的DNA聚合酶
β-滑动夹子 将正在复制的DNA固定在夹子中心，并能随DNA复制沿着模板DNA链滑动 使DNA聚合酶不易从模板脱离，有利于DNA的连续复制
13/16.DNA的生物合成 13.2 原核生物DNA的复制 13.2.1 参与原核DNA复制的酶和蛋白质
2.参与原核生物DNA复制的其他酶和蛋白质 （5）其它蛋白因子
单链结合蛋白（SSB-single-strand binding protein） 稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。
引发前体 它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n´、n´´ 和i组成。引发前体再与引发
若双链DNA中一条链有切口，一端是3´-OH，另一端是5´-磷酸基，连接酶可 催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。
DNA
DNA一．脱氧核糖核酸定义脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，缩写为DNA）又称去氧核糖核酸，是一种分子，双链结构，由脱氧核糖核苷酸（成分为：脱氧核糖、磷酸及四种含氮碱基）组成。
可组成遗传指令，引导生物发育与生命机能运作。
主要功能是长期性的资讯储存，可比喻为“蓝图”或“食谱”。
其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，如蛋白质与RNA所需。
带有遗传讯息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传讯息的表现。
组成简单生命最少要265到350个基因。
1.中文名：脱氧核糖核酸2.外文名：deoxyribonucleic acid3.简称：DNA4.分子结构：双螺旋结构5.与基因的关系：基因是有效遗传的DNA片段6.复制方式：随机半保留复制7.作用：引导生物发育与生命机能运作二．理化性质DNA是一种长链聚合物，组成单位为四种脱氧核苷酸，即：腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP ）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP ）、胞嘧啶脱氧核苷酸（dCMP ）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（dGMP ）。
而脱氧核糖（五碳糖）与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架，排列在外侧，四种碱基排列在内侧。
每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相连，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，指导蛋白质的合成。
读取密码的过程称为转录，是以DNA双链中的一条单链为模板转录出一段称为mRNA（信使RNA）的核酸分子。
多数RNA 带有合成蛋白质的讯息，另有一些本身就拥有特殊功能，例如rRNA、snRNA与siRNA。
在细胞内，DNA能与蛋白质结合形成染色体，整组染色体则统称为染色体组。
对于人类而言，正常的人体细胞中含有46条染色体。
染色体在细胞分裂之前会先在分裂间期完成复制，细胞分裂间期又可划分为：G1期-DNA合成前期、S期-DNA合成期、G2-DNA合成后期。
对于真核生物，如动物、植物及真菌而言，染色体主要存在于细胞核内；而对于原核生物，如细菌而言，则主要存在于细胞质中的拟核内。
DNA的生物合成02
第三节 参与DNA复制的酶类
• • • • • • 参与DNA复制的酶或蛋白因子主要有以下几种： 1 DNA聚合酶 催化DNA的合成。 2 引物酶 起始DNA的合成 3 连接酶 连接岗奇片段 4 DNA解链，解旋酶 5 DNA结合蛋白。
一 DNA聚合酶(Polymerase)
• （一） 作用机制 • 以DNA做模板，碱基互补配对，催化4种dNTP 之间形成磷酸二酯键，从而延长DNA链。
终止子（Terminator)）含22bp
Tus: Terminus utilization substance 复制叉到达终止区，完成复制前， 复制暂停。两个子代DNA缠绕在 一起，需要分开。
四 线性DNA末端复制
• 对于真核细胞的终止，是如何补平5‘－末端除去 • 引物RNA后留下的缺口。
3 DNA复制的双向性
• 在两个方向同时进行，形成两个复制叉 • Replication Fork .
复制子 Replicon
• Replicon 基因组中能独立进行复制的结构单 位称复制子, 或者说单个复制起始点控制的DNA。 • 复制的起始位点 控制并起始复制的特定位点。 • 终止位点 终止复制的位点 • 复制子包含起始位点和终止位点，从起始位点 至终止位点的全部DNA。
3、大肠杆菌
DnaA与起始位点OriC 结合形成起始复合物 DnaA与A-T富含区作用，解 链，形成开放复合物 SSB与单链DNA结合
Hu因子促进引发过程
DnaA指导DnaB-DnaC 复合物结合到解链 区，形成前引发复 合物。
DnaB 引导DnaG引物合成酶的结合形成引发复合物，合成RNA引物
• 1) DnaA与起始位点OriC（9bp重复序列）紧
• DNA拓扑异构酶解决了 • 解开DNA双螺旋的问题
分子生物学第五章课后思考题答案【修订版】
分子生物学第五章作业1、哪些重要的科学发现和实验推动了DNA重组技术的产生及发展？答：近半个世纪来，分子生物学主要取得了三大成就：第一，20世纪40年代确定了遗传信息的携带者，即基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，解决了遗传的物质基础问题；第二，50年代提示了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机制,解决了基因的自我复制和世代交替问题；第三，50年代末至60年代，相继提出了“中心法则”和操纵子学说,成功地破译了遗传密码，充分认识了遗传信息的流动和表达。
但事实上，DNA分子体外切割与连接技术及核苷酸序列分析技术的进步直接推动了重组DNA技术的产生和发展。
其中，限制性内切核酸酶和DNA连接酶等工具酶的发现和应用是现代生物工程技术史上最重要的事件。
DNA重组技术的产生及发展过程中比较重要的科学发现和实验如下：1957年A.Kornberg从大肠杆菌中发现了DNA聚合酶I。
1965年S. W. Holley完成了酵母丙氨酸tRNA的全序列测定；科学家证明细菌的抗药性通常由"质粒"DNA所决定。
1967年年世界上有五个实验室几乎同时宣布发现了DNA连接酶。
1970 年H.O.Smith，K.W.Wilcox和T.J.Kelley分离了第一种限制性核酸内切酶。
H.M.Temin和D.Baltimore从RNA肿瘤病毒中发现反转录酶。
1972-1973 年H.Boyer，P.Berg等人发展了DNA重组技术，于72年获得第一个重组DNA分子，73年完成第一例细菌基因克隆。
1978 年首次在大肠杆菌中生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素。
1981 年R. D. Palmiter和R. L. Brinster获得转基因小鼠；A. C. Spradling和G. M. Rubin得到转基因果蝇。
1982 年美、英批准使用第一例基因工程药物--胰岛素；Sanger等人完成了入噬菌体48,502bp全序列测定。
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cDNA第二链的合成
1)离心沉淀cDNA第一链，并重悬在50μl水中，加50μl 2×第二链缓冲液(0.2mol／L Hepes，pH6.9，20m mol／L MgCl2，5 m mol／L DTT，0.14 mol／L KCl，1 m mol／L 4种Dntp)，混合均匀。
2)每微克底物加大肠杆菌DNA聚合酶K1enow片段20～50单位，15℃反应20小时，此酶能识别cDNA 3’末端发卡环，并以其为引物，cDNA第一链为模板，开始第二链的合成。
3)加0.5 mol／L EDTA 2μl终止反应。
取样电泳，以提取第一链同样的方法分离沉淀dsDNA。
对于这样合成的dsDNA不是全长的DNA分子，所以，需要进一步用逆转录酶合成。
4)溶解上述dsDNA在20μl水中，再加入：1mol／L Tris.HCl pH8.3)5μl，1 mol／L KCl 7μl,250m mol／L MgCl2 2μl，20m mol／L 4种‘dNTP各2.5μl,700m mol／L β-MCE 2μl，加重煎水到48μl，加逆转录酶2μl (40单位)、42℃保温反应1小时。
5)加0.5 mol／L EDTA 2μl终止反应，取样电泳，以同样方法抽提，分离沉淀dsDNA。
6)用两次合成的双链cDNA和单链cDNA在1.4％碱性琼脂糖凝胶上电泳，放射自显影后观察，如果dsDNA片段的长度是第一链cDNA的两倍，那么，合成便是成功的。
7)用核酸酶S1消化dsDNA，除去连接两条链的发卡环。