基因工程工具酶汇总课件.ppt
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1、第二章第二章 工具酶工具酶 限制性内切酶限制性内切酶限制性核酸内切酶(restriction endonuclease):识别并切割特异的双链DNA序列的一种内切核酸酶。单位定义单位定义 在指明pH与37,在0.05mL反应混合物中,1小时消化1g的DNA的酶量为1单位。命名:限制酶由三部分构成,即菌种名、菌系编号、分离顺序。限制酶由三部分构成,即菌种名、菌系编号、分离顺序。第1个字母取自产生该酶的细菌属名,大写第第2 2,3 3二个字母取自它来源细菌的种名的头二个字母取自它来源细菌的种名的头2 2个字个字母,小写母,小写第4个字母代表株,小写最后用大写罗马数字,代表同一菌株中不同限制最后用大
2、写罗马数字,代表同一菌株中不同限制酶的编号酶的编号 根据限制性内切酶的根据限制性内切酶的识别位点识别位点和和切割位点切割位点以及所需要的以及所需要的辅助因子,可将目前已鉴定出的限制性内切酶一般将限辅助因子,可将目前已鉴定出的限制性内切酶一般将限制酶分为制酶分为3 3种不同类型。种不同类型。I I 型:切割位点不确定,不适用于基因工程。型:切割位点不确定,不适用于基因工程。型:基因工程的工具酶。型:基因工程的工具酶。型:切割位点不在识别位点。型:切割位点不在识别位点。限制性内切酶的属性限制性内切酶的属性【酶活单位酶活单位】、【最适温度最适温度】、【识别位点识别位点】、【切割切割位点位点】、【星活
3、性星活性】、【酶切切口酶切切口】限制与修饰系统的种类限制与修饰系统的种类识别双链识别双链DNADNA未甲基化修饰的特异序列,与该序列相互作用,未甲基化修饰的特异序列,与该序列相互作用,然后延然后延DNADNA分子移动,在距离特异性识别位点约分子移动,在距离特异性识别位点约1000-1500bp1000-1500bp处处随机随机切开一条单链,造成大约切开一条单链,造成大约7575个核苷酸的切口。个核苷酸的切口。EcoB识别序列:EcoK识别序列:I I I I型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶识别双链识别双链DNADNA上未甲基化修饰的一小段明确的序列(多数是上未甲基化修饰
4、的一小段明确的序列(多数是回文序列),然后在识别位点之内的特定位置切割。回文序列),然后在识别位点之内的特定位置切割。EcoRI HaeIII识别序列:识别序列:HindIII EcoRV识别序列:识别序列:IIIIIIII型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶 齐齐齐齐平平平平末末末末端端端端(Blunt end):在在在在识识识识别别别别序序序序列列列列内内内内的的的的对对对对称称称称轴轴轴轴上上上上切切切切割割割割,其其其其切切切切割割割割产产产产物物物物具具具具平平平平头头头头末末末末端(不易重新连接)。端(不易重新连接)。端(不易重新连接)。端(不易重新连接)。粘粘
5、粘粘性性性性末末末末端端端端(Sticky end):在在在在识识识识别别别别序序序序列列列列2 2 2 2条条条条链链链链对对对对应应应应位位位位上上上上错错错错位位位位切切切切割割割割,有有有有5 5 5 5端端端端突突突突出出出出的的的的粘性末端和粘性末端和粘性末端和粘性末端和3 3 3 3端突出的粘性末端。端突出的粘性末端。端突出的粘性末端。端突出的粘性末端。粘性末端的意义:粘性末端突出的单链部分可以与相同的酶或粘性末端的意义:粘性末端突出的单链部分可以与相同的酶或粘性末端的意义:粘性末端突出的单链部分可以与相同的酶或粘性末端的意义:粘性末端突出的单链部分可以与相同的酶或同尾酶同尾酶同
6、尾酶同尾酶切割得切割得切割得切割得到的粘性末端的单链部分互补配对。到的粘性末端的单链部分互补配对。到的粘性末端的单链部分互补配对。到的粘性末端的单链部分互补配对。酶切切口酶切切口 55NNNNNNNNNNNNGTTAACGTTAACNNNNNNNNNN3 3 33NNNNNNNNNNNNCAATTGCAATTGNNNNNNNNNN5555NNNNNNNNNNGTT GTT pAACpAACNNNNNNNNNN3333NNNNNNNNNNCAApCAAp TTGTTGNNNNNNNNNN55HaeHae的识别序列和酶切切口(平端)的识别序列和酶切切口(平端)的识别序列和酶切切口(平端)的识别序列
7、和酶切切口(平端)55NNNNNNNNNNNNNNGAATTCGAATTCNNNNNNNNNNNNNNNN3333NNNNNNNNNNNNNNCTTAAGCTTAAGNNNNNNNNNNNNNNNN5555NNNNNNNNNNGG 33NNNNNNNNNNCTTAApCTTAApEcoEcoR R的识别序列和酶切切口(粘端)的识别序列和酶切切口(粘端)的识别序列和酶切切口(粘端)的识别序列和酶切切口(粘端)pAATTCpAATTCNNNNNNNNNNNN3 3 G GNNNNNNNNNNNN55同裂酶:同裂酶:同裂酶:同裂酶:识别位点序列相同的限制性内切酶。识别位点序列相同的限制性内切酶。识别
8、位点序列相同的限制性内切酶。识别位点序列相同的限制性内切酶。完全同裂酶完全同裂酶不完全同裂酶不完全同裂酶同尾酶:同尾酶:同尾酶:同尾酶:识别的序列不同,但能切出相同的粘性末端。识别的序列不同,但能切出相同的粘性末端。识别的序列不同,但能切出相同的粘性末端。识别的序列不同,但能切出相同的粘性末端。5-G5-GGATCGATCC-3 C-3 3-3-CCTAGCCTAGG-5G-5 BamBamH IH IBclBcl I I5-T5-TGATCGATCA-3 A-3 3-3-ACTAGACTAGT-5T-5 5-5-A AGATCGATCT-3 T-3 3-3-TCTAGTCTAGA-5A-5
9、BglBgl 5-5-U UGATCGATCY-3 Y-3 3-Y3-YCTAGCTAGU-5 U-5 XhoXho 同尾酶的粘性末端互相结合后形成的新位点同尾酶的粘性末端互相结合后形成的新位点一般不能再被原来的酶识别。一般不能再被原来的酶识别。能完全肯定的识别位点和切割能完全肯定的识别位点和切割位点位点,但切割位点也,但切割位点也是在识别位点的一侧的一定距离,通常距特异性是在识别位点的一侧的一定距离,通常距特异性位点位点24bp-26bp24bp-26bp。AarI识别序列:BsmBI识别序列:IIIIIIIIIIII型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶型限制性内切酶限制酶识别序列的长
10、度一般为 4-8 个碱基,最常见的为 6 个碱基。当识别序列为 4 个和 6 个碱基时,它们可识别的序列在完全随机的情况下,平均每 256(44=256)个和 4096(46=4096)个碱基中会出现一个识别位点。p4 个碱基识别位点:Sau3A GATCp5 个碱基识别位点:EcoR CCWGGp6 个碱基识别位点:EcoR GAATTCp7 个碱基识别位点:BbvC CCTCAGCp8 个碱基识别位点:Not GCGGCCGC以上序列中部分字母代表的碱基如下:pR=A或G;Y=C或T;M=A或C;K=G或T;S=C或G;W=A或TpH=A或C或T;B=C或G或T;V=A或C或G;D=A或G
11、或T;N=A或C或G或T限制酶识别序列的长度限制酶识别序列的长度核酸限制性内切酶不同类型比较核酸限制性内切酶不同类型比较核酸限制性内切酶不同类型比较核酸限制性内切酶不同类型比较特性I类内切酶II类内切酶III类内切酶限制和修饰活性单一多功能的酶内切酶和甲基化酶分开共同亚基的双功能酶内切酶的蛋白结构3种不同的亚基单一成分2种不同的亚基限制作用所需要的辅助因子ATP、Mg2+和SAM(S-腺苷蛋氨酸)Mg2+ATP、Mg2+和SAM宿主特异性识别EcoB:TGA(N)8TGCT EcoK:AAC(N)6GTGC回文序列 AarI:CACCTGC(N)4BsmBI:CGTCTC(N)1切割位点在距离
12、识别位点至少1000bp 处随机切开一条单链。位于寄主特异性位点或其附近距寄主特异性位点3端24-26bp处酶催转换不能能能DNA易位作用能不能不能甲基化作用的位点寄主特异性位点寄主特异性位点寄主特异性位点识别未甲基化的序列进行切割能能能序列特异的切割不是是是基因工程中的用途无用常规使用用途特殊1.DNA1.DNA的纯度:的纯度:DNA DNA中的杂质如蛋白质、酚、氯仿、乙醇、中的杂质如蛋白质、酚、氯仿、乙醇、SDSSDS、EDTAEDTA等都会等都会影响酶的活性。影响酶的活性。2.DNA2.DNA的甲基化程度:的甲基化程度:基因工程中必须使用甲基化酶失活突变的菌株。大肠杆基因工程中必须使用甲
13、基化酶失活突变的菌株。大肠杆菌一般有两种甲基化酶修饰质粒:菌一般有两种甲基化酶修饰质粒:3.3.温度:温度:不同的限制性内切酶的最适反应温度不同。大多数是不同的限制性内切酶的最适反应温度不同。大多数是3737o oC C,少数要求,少数要求40-6540-65o oC C。4.DNA4.DNA的分子结构:的分子结构:DNA DNA分子的不同构型对限制性内切酶的活性也有很大的影分子的不同构型对限制性内切酶的活性也有很大的影响。某些限制性核酸内切酶切割超螺旋的质粒响。某些限制性核酸内切酶切割超螺旋的质粒DNADNA所需要的酶量要比消化线性所需要的酶量要比消化线性的的DNADNA量高出很多倍。量高出
14、很多倍。5.5.缓冲液:缓冲液:影响限制酶活性的重要因素。影响限制酶活性的重要因素。商品化的限制酶一般都带有专用缓商品化的限制酶一般都带有专用缓冲液。化学组成中冲液。化学组成中MgClMgCl2 2、NaCl/KClNaCl/KCl提供提供MgMg2+2+和离子强度;和离子强度;Tris-HClTris-HCl维持维持pHpH;二硫苏糖醇(二硫苏糖醇(DTTDTT)保持酶稳定性;牛血清白蛋白)保持酶稳定性;牛血清白蛋白BSABSA等有助于酶的稳定。等有助于酶的稳定。影响限制性内切酶活性的因素影响限制性内切酶活性的因素影响限制性内切酶活性的因素影响限制性内切酶活性的因素dam甲基化酶(修饰甲基化
15、酶(修饰GATC中的中的A););dcm甲基化酶(修饰甲基化酶(修饰CCA/TGG中中的的C)。)。酶酶最适温度最适温度o oC C酶酶最适温度最适温度o oC C酶酶最适温度最适温度o oC CHindIII HindIII Sma ISma I37 37 2525Apy I Apy I BstE II BstE II 30 30 60 60 Ban I Ban I BsmBI BsmBI 50 50 55 55 如改变反应条件就会影响酶的专一性和切割效率,称为星号活性。如改变反应条件就会影响酶的专一性和切割效率,称为星号活性。限制性内切酶的星活性限制性内切酶的星活性限制性内切酶的星活性限制
16、性内切酶的星活性EcoEcoRIRI:正常状态正常状态在低盐、高在低盐、高pHpH(88)时)时G G|AATT CAATT CC TTAAC TTAA|G GG G|AATT AAATT AC TTAAC TTAA|T TA A|AATT CAATT CT TTAAT TTAA|G GG G|AGTT CAGTT CC TCAAC TCAA|G GDNADNA连接酶连接酶DNA连接酶:一种封闭DNA链上缺口酶,借助ATP或NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)水解提供的能量催化DNA链的5-PO4与另一DNA链的3-OH生成磷酸二酯键。【单位定义单位定义】在最佳反应条件下在最佳反应条件下,15,15
17、 反应反应1 1 小时,完全连接小时,完全连接1 g-1 g-DNADNA(Hind IIIHind III片段)所需的酶量片段)所需的酶量.DNA连接酶分为ATP依赖型和NAD+依赖型。常用的DNA连接酶T4 DNA T4 DNA 连接酶连接酶E.coli DNA 连接酶Taq DNA 连接酶E.Coli E.Coli DNA DNA 连连接酶接酶T4 DNAT4 DNAT4 DNAT4 DNA连接酶连接酶连接酶连接酶TaqTaq DNA DNA 连接连接酶酶催化连接底物催化连接底物DNADNADNADNADNA、RNARNARNARNADNA反应需辅因子反应需辅因子NADATPATPATP
18、ATPNAD用途用途黏性末端的连接黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端平末端的连接平末端的连接平末端的连接平末端的连接及切口的连接及切口的连接及切口的连接及切口的连接黏性末端平末端的连接及切口的连接第一种方法是,用DNA连接酶连接具有互补粘性末端的DNA片段;第二种方法是,用DNA连接酶直接将平末端的DNA片段连接起来,或是用末端脱氧核苷酸转移酶给具平末端的DNA片段加上poly(dA)-poly(dT)尾巴之后,再用DNA连接酶将它们连接起来;第三种方法是,先在DNA片段末端加上化学合成的衔接物或接头,使之形成粘性末端之后,再用DNA连接酶将它们连接起来。DNADNA连接策略连接策略粘性末端平末
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