一论述题:如何克隆一个功能性基因,如何在原核系统中GX表达?小女不太了解分子方面的,又急用,望哪位大侠帮忙解答一下这道论述题,不要只有三言两语高度概括的那种。。。不胜感激!... 一论述题:如何克隆一个功能性基因,如何在原核系统中GX表达?小女不太了解分子方面的,又急用,望哪位大侠帮忙解答一下这道论述题,不要只有三言两语高度概括的那种。。。不胜感激!!!
你的题目关键是解决两个问题:一是功能性基因在原核生物中的表达;二是如何GX进行表达。
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1、原核生物只有一种RNA 聚合酶(真核细胞有三种)识别原核细胞的启动子,催化所有 RNA的合成。
2、原核生物的表达是以操纵子为单位的。操纵子是数个相关的结构基因及其调控区的结合,是一个基因表达的协同单位。调控区主要分为三个部分:操纵基因、启动子及其他有调控功能的部位。
3、功能性基因一般是真核生物所具有的基因,而真核生物基因基本具有外显子和内含子等结构。原核基因一般不含有内含子,在原核细胞中缺乏真核细胞的转录后加工系统,因此当克隆的含有内含子的真核基因在原核细胞中转录成 mRNA 前体后,其中内含子部分不能被切除。
4、原核生物基因的控制主要在转录水平。这种控制要比对基因产物的直接控制要慢,对RNA 合成的控制有两种方式:一是起始控制(启动子控制),二是终止控制(衰减子控制)。
5、在大肠杆菌(大多工程菌都是使用大肠杆菌)mRNA的核糖体结合位点上,含有一个转译起始密码子及同16S核糖体RNA 3'末端碱基互补的序列,即 SD 序列,而真核基因则缺乏此序列。因此,真核基因本身的mRNA前端部分不能直接使用,需要进行一定的修饰。
将外源基因在原核细胞中表达,必须考虑表达载体、外源基因的性质、原核细胞的启动子和 SD 序列、阅读框架及宿主菌调控系统等基本条件,也就是说必须满足以下条件:
⑴通过表达载体将外源基因导入宿主菌,并指导宿主菌的酶系统合成外源蛋白;
⑵外源基因不能带有内含子,因而必须用 cDNA 或全化学合成基因,而不能用基因组 DNA;
⑶必须利用原核细胞的强启动子和 SD序列等调控元件控制外源基因的表达;
⑷外源基因与表达载体连接后,必须形成正确的开放阅读框架(open reading frame);
⑸利用宿主细胞的调控系统,调节外源基因的表达,防止外源基因的表达对宿主菌的毒害。
大肠杆菌表达系统是目前应用Z广泛的表达系统,由于待表达的外源基因结构具有多样性,尤其是真核生物基因的结构与大肠杆菌基因结构之间存在较大的差异,因而在构建表达系统时必须具体情况具体分析。一般来说,GX表达外源基因必须考虑以下基本原则:
①优化表达载体的设计。为了提高外源基因的表达效率,在构建表达载体时对决定转录起始的启动子和决定 mRNA 翻译的SD序列进行优化。具体方法包括组合强启动子和强终止子;增加 SD 序列中与核糖体 16S rRNA 互补配对的碱基因序列,使 SD 序列中6~8 个碱基与核糖体16S rRNA 的碱基完全配对;根据待表达外源基因的不同情况调整 SD 序列与起始密码子 ATG 之间的距离及碱基的种类;防止核糖体结合位点附近序列转录后形成“茎环”二级结构。
②提高稀有密码子 tRNA 的表达作用。多数密码子具有简并性,而不同基因使用密码子的频率不相同。大肠杆菌基因对某些密码子的使用表现了较大的偏爱性,在几个同义密码中往往只有一个或两个被频繁地使用。同义密码子使用的频率与细胞内相应的 tRNA 的丰度呈正相关,稀有密码子的tRNA在细胞内的丰度很低。在 mRNA的翻译过程中,往往会由于外源基因中含有过多的稀有密码子而使细胞内稀有密码子的 tRNA供不应求,Z终使翻译过程终止或发生移码突变。此时可通过点突变等方法将外源基因中的稀有密码子转换为在受体细胞中高频出现的同义密码子。
③提高外源基因 mRNA 的稳定性。大肠杆菌的核酸酶系统能专一性地识别外源 DNA或 RNA并对其进行降解。对于 mRNA 来说,为了保持其在宿主细胞内的稳定性,可采取两种措施,一是尽可能减少核酸外切酶可能对外源基因 mRNA的降解,二是改变外源基因 mRNA 的结构,使之不易被降解。
④提高外源基因表达产物的稳定性。大肠杆菌中含有多种蛋白水解酶,在外源基因表达产物的诱导下,蛋白水解酶的活性可能会增加。因此,须采用多种措施提高外源蛋白在大肠杆菌细胞内的稳定性。常用的方法包括:将外源基因的表达产物转运到细胞周质或培养基中;选用某些蛋白水解酶缺陷株作为受体菌;对外源蛋白中水解酶敏感的序列进行修饰或改造;在表达外源蛋白的同时,表达外源蛋白的稳定因子。
⑤优化发酵过程。在发酵罐内工程菌生长到一定的阶段后,开始诱导外源基因的表达,诱导的方式包括添加特异性诱导物和改变培养温度等。使外源基因在特异的时空进行表达不仅有利于细胞的生长代谢,而且能提高表达产物的产率。生物因素的第三方面是提高外源基因表达产物的总量。外源基因表达产物的总量取决于外源基因表达水平和菌体浓度。在保持单个细胞基因表达水平不变的前提下,提高菌体密度可望提高外源蛋白质合成的总量。