Langkau ke kandungan
Biologi · Tingkatan 6 (STPM Biology) · Inheritance and Genetic Control

17.7 Recombinant DNA technology

Unit ini menerangkan teknologi DNA rekombinan (recombinant DNA technology): PCR, plasmid sebagai vektor, enzim pembatasan, langkah pengklonan gen dan penghasilan insulin manusia dalam E. coli.

  • STPM
  • 6 SP
  • 19 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Biologi STPM

SP 17.7.1Explain recombinant DNA technology;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan maksud dan prinsip teknologi DNA rekombinan.

  1. IsiPrinsip
    Huraian

    DNA daripada dua sumber berbeza dipotong dengan enzim pembatasan yang sama dan disambung oleh DNA ligase untuk membentuk DNA rekombinan, lalu dimasukkan ke dalam sel perumah.

    Contoh

    Gen insulin manusia disambung ke dalam plasmid E. coli.

  2. IsiEkspresi dalam perumah
    Huraian

    Sel perumah mereplikasi DNA rekombinan dan mengekspresikan gen asing untuk menghasilkan protein yang dikehendaki dalam jumlah besar.

    Contoh

    E. coli rekombinan dikultur dalam fermenter untuk menghasilkan insulin manusia.

NotaTeknologi DNA rekombinan

Teknologi DNA rekombinan ialah kaedah menggabungkan DNA daripada dua sumber berbeza (cth gen manusia dan plasmid bakteria) untuk membentuk molekul DNA rekombinan, yang kemudian dimasukkan ke dalam sel perumah supaya gen itu direplikasi dan diekspresikan. Alat utamanya ialah enzim pembatasan (memotong), DNA ligase (menyambung), vektor (pembawa) dan sel perumah. Kegunaannya termasuk penghasilan insulin, hormon pertumbuhan, vaksin dan tanaman transgenik.

SP 17.7.1

SP 17.7.2Explain the process of polymerase chain reaction (PCR);

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan bahan dan peringkat PCR serta kesan pengulangan kitaran.

  1. IsiBahan dan peringkat
    Huraian

    Bahan: DNA templat, dua primer, dNTP, Taq polimerase dan penimbal. Peringkat: penyahaslian kira-kira 95 darjah C, penyepuhlindapan primer 50-65 darjah C, pemanjangan 72 darjah C oleh Taq polimerase.

    Contoh

    Sampel DNA yang sedikit daripada tempat kejadian jenayah diamplifikasi untuk analisis.

  2. IsiAmplifikasi eksponen
    Huraian

    Setiap kitaran menggandakan bilangan molekul DNA sasaran: bilangan = 2n selepas n kitaran bagi satu molekul.

    Contoh

    1 molekul selepas 5 kitaran = 32 molekul; selepas 30 kitaran kira-kira 1 bilion.

Peta alirProses tindak balas berantai polimerase (PCR)

  1. Bahan: DNA templat, dua primer, nukleotida (dNTP), Taq polimerase tahan haba, larutan penimbal.
  2. Penyahaslian (denaturation) kira-kira 95 °C: ikatan hidrogen putus, DNA menjadi bebenang tunggal.
  3. Penyepuhlindapan (annealing) kira-kira 50-65 °C: primer terikat pada hujung 3' turutan sasaran.
  4. Pemanjangan (extension) kira-kira 72 °C: Taq polimerase menambah nukleotida dari primer arah 5' ke 3'.
  5. Kitaran diulang 25-35 kali; bilangan salinan berganda setiap kitaran (2^n).
SP 17.7.2

SP 17.7.3Explain the properties of plasmid as a cloning vector;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan ciri plasmid yang menjadikannya vektor pengklonan yang sesuai.

  1. IsiCiri struktur
    Huraian

    DNA bulat dwibebenang yang kecil dan mudah diasingkan; mempunyai asalan replikasi (ori) untuk bereplikasi secara autonomi dan banyak salinan.

    Contoh

    Satu sel bakteria boleh mengandungi banyak salinan plasmid.

  2. IsiCiri untuk pemilihan
    Huraian

    Mempunyai tapak pembatasan unik untuk penyisipan gen dan gen penanda (cth rintang antibiotik) untuk mengenal pasti sel yang menerima plasmid.

    Contoh

    Hanya bakteria yang membawa plasmid dengan gen rintang ampisilin hidup pada medium ampisilin.

Peta buihCiri plasmid sebagai vektor pengklonan

Plasmid
DNA bulat dwibebenang yang kecil, mudah diasingkanBereplikasi secara autonomi (ada asalan replikasi, ori)Mempunyai tapak pembatasan unik untuk menyisip genMembawa gen penanda (cth rintang ampisilin) untuk pemilihanBilangan salinan tinggi dalam selBoleh dipindahkan ke sel perumah melalui transformasi
SP 17.7.3

SP 17.7.4Explain the function of restriction enzyme, including its nomenclature, palindromic recognition site and the types of ends;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan fungsi enzim pembatasan, tatanamanya, tapak pengecaman palindrom dan jenis hujung, dengan EcoRI (hujung melekit) dan SmaI (hujung tumpul) sebagai contoh (catatan RPT).

  1. IsiFungsi dan tatanama
    Huraian

    Enzim pembatasan memotong DNA pada turutan pengecaman spesifik; asalnya mempertahankan bakteria daripada DNA virus. EcoRI: E = genus Escherichia, co = spesies coli, R = strain RY13, I = enzim pertama ditemui daripada strain itu.

    Contoh

    SmaI diasingkan daripada Serratia marcescens.

  2. IsiPalindrom dan jenis hujung
    Huraian

    Tapak pengecaman palindrom dibaca sama arah 5 ke 3 pada kedua-dua bebenang. EcoRI memotong G^AATTC secara berperingkat menghasilkan hujung melekit; SmaI memotong CCC^GGG di tengah menghasilkan hujung tumpul.

    Contoh

    Hujung melekit AATT daripada EcoRI berpasangan dengan hujung pelengkap pada plasmid yang dipotong enzim yang sama.

JadualEnzim pembatasan (restriction enzyme)

AspekHuraian
FungsiMemotong DNA pada turutan pengecaman spesifik; asalnya mempertahankan bakteria daripada DNA virus
TatanamaEcoRI: E = genus Escherichia, co = spesies coli, R = strain RY13, I = enzim pertama yang ditemui
Tapak pengecaman palindromTurutan dibaca sama 5'→3' pada kedua-dua bebenang, cth GAATTC / CTTAAG
Hujung melekit (sticky ends)Potongan berperingkat meninggalkan bebenang tunggal yang mudah berpasangan, cth EcoRI G^AATTC
Hujung tumpul (blunt ends)Potongan lurus tanpa bebenang tunggal, cth SmaI CCC^GGG
SP 17.7.4

SP 17.7.5Explain the steps in gene cloning, including the enzymes involved;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan langkah pengklonan gen dan enzim yang terlibat pada setiap langkah.

  1. IsiMembina DNA rekombinan
    Huraian

    Asingkan gen (atau sintesis cDNA daripada mRNA dengan transkriptase berbalik); potong gen dan plasmid dengan enzim pembatasan yang sama; sambung dengan DNA ligase.

    Contoh

    Gen dipotong dengan EcoRI supaya hujung melekitnya sepadan dengan plasmid.

  2. IsiTransformasi dan pemilihan
    Huraian

    Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam bakteria (transformasi); sel dipilih pada medium antibiotik dan dikultur untuk mengklon gen.

    Contoh

    Koloni yang hidup pada medium ampisilin dikultur untuk menghasilkan banyak salinan gen.

Peta alirLangkah pengklonan gen

  1. Asingkan gen yang dikehendaki (atau sintesis cDNA daripada mRNA menggunakan transkriptase berbalik).
  2. Potong gen dan plasmid dengan enzim pembatasan yang sama untuk hujung melekit sepadan.
  3. Campurkan; hujung melekit berpasangan dan DNA ligase menyambung rangka gula-fosfat membentuk DNA rekombinan.
  4. Masukkan plasmid rekombinan ke dalam bakteria (transformasi, cth kejutan haba dengan CaCl₂).
  5. Pilih bakteria transforman menggunakan gen penanda (medium ampisilin).
  6. Kultur bakteria terpilih; gen diklon dan produk diekstrak.
SP 17.7.5

SP 17.7.6Explain human insulin production in E. coli as an example.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan langkah penghasilan insulin manusia dalam E. coli sebagai contoh teknologi DNA rekombinan.

  1. IsiPenyediaan gen
    Huraian

    mRNA insulin diekstrak daripada sel beta pankreas; transkriptase berbalik menghasilkan cDNA tanpa intron kerana E. coli tidak dapat menyingkir intron.

    Contoh

    Gen rantai A dan rantai B disisip ke dalam plasmid berasingan.

  2. IsiPenghasilan dan penulenan
    Huraian

    Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam E. coli, dikultur dalam fermenter; rantai A dan B diekstrak, ditulenkan dan disambung oleh ikatan disulfida menjadi insulin aktif.

    Contoh

    Insulin rekombinan sama dengan insulin manusia dan kurang menyebabkan alahan berbanding insulin lembu atau babi.

Peta alirPenghasilan insulin manusia dalam E. coli

  1. mRNA insulin diekstrak daripada sel β pankreas; transkriptase berbalik menghasilkan cDNA tanpa intron.
  2. Gen rantai A dan rantai B disisip ke dalam plasmid berasingan (bersebelahan gen lacZ).
  3. Plasmid rekombinan dimasukkan ke dalam E. coli dan transforman dipilih.
  4. E. coli dikultur dalam penapai (fermenter) besar dan menghasilkan rantai A dan B.
  5. Rantai diekstrak, ditulenkan dan disambung melalui ikatan disulfida menjadi insulin berfungsi.
  6. Kebaikan: banyak, murah, sama dengan insulin manusia, kurang tindak balas alahan.
SP 17.7.6

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

DSP
Denaturasi (Penyahaslian), Sepuh lindap, Pemanjangan: tiga peringkat setiap kitaran PCR

Kad imbas

Enzim PCR
Taq polimerase (tahan haba, daripada Thermus aquaticus)
Penanda pada plasmid
Gen rintang antibiotik untuk memilih transforman
Maksud 'Eco' dalam EcoRI
Escherichia coli
Enzim penyambung DNA
DNA ligase
Mengapa cDNA untuk insulin?
Bakteria tidak dapat membuang intron; cDNA daripada mRNA tiada intron
DNA rekombinan
DNA gabungan daripada dua sumber berbeza

Semak kefahaman

  1. Namakan enzim yang menyambung DNA daripada dua sumber berbeza. (SP 17.7.1)

    Lihat jawapan

    DNA ligase menyambung serpihan DNA untuk membentuk DNA rekombinan.

  2. Nyatakan fungsi primer dalam PCR. (SP 17.7.2)

    Lihat jawapan

    Primer berpasangan dengan hujung DNA templat dan menjadi titik mula pemanjangan oleh Taq polimerase.

  3. Nyatakan fungsi gen penanda (marker gene) pada plasmid. (SP 17.7.3)

    Lihat jawapan

    Gen penanda seperti gen rintang antibiotik membolehkan sel yang menerima plasmid dikenal pasti.

  4. Nyatakan maksud huruf E dan co dalam nama EcoRI. (SP 17.7.4)

    Lihat jawapan

    E ialah genus Escherichia dan co ialah spesies coli.

  5. Nyatakan maksud transformasi (transformation) dalam pengklonan gen. (SP 17.7.5)

    Lihat jawapan

    Transformasi ialah proses memasukkan plasmid rekombinan ke dalam sel bakteria.

  6. Mengapakah cDNA, bukan gen asal, digunakan untuk menghasilkan insulin dalam E. coli? (SP 17.7.6)

    Lihat jawapan

    E. coli tidak dapat menyingkir intron, maka cDNA tanpa intron digunakan.

19 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid menyusun kad langkah PCR (penyahaslian, penyepuhlindapan, pemanjangan) dan menyenaraikan ciri plasmid sebagai vektor pengklonan.

    Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang teknologi DNA rekombinan.

    SP disasar: 17.7.2, 17.7.3 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan fungsi enzim sekatan, tapak pengecaman palindrom dan jenis hujung (melekit dan tumpul) dengan lakaran.

    Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang teknologi DNA rekombinan; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.

    SP disasar: 17.7.4 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid memotong jujukan DNA contoh dengan enzim sekatan EcoRI pada kertas, menentukan hujung melekit, dan menyambungnya dengan plasmid.

    Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang teknologi DNA rekombinan; semak kaedah dan ketepatan jawapan.

    SP disasar: 17.7.4, 17.7.5 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Mencipta

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid mereka bentuk carta alir penghasilan insulin manusia dalam E. coli, termasuk enzim dan vektor yang digunakan pada setiap langkah.

    Bukti hasil kerja: Produk ciptaan murid tentang teknologi DNA rekombinan; semak ketepatan konsep dan kekreatifan dengan rubrik.

    SP disasar: 17.7.1, 17.7.5, 17.7.6 · Latihan sepadan: aras Mencipta

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 66 unit Biologi STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Biologi STPM

Unit lain dalam Inheritance and Genetic Control

  1. 17.1 Types of genetic crosses and breeding systems
  2. 17.2 Non-Mendelian inheritance
  3. 17.3 Genetic mapping
  4. 17.4 Population genetics
  5. 17.5 Regulation of gene expression
  6. 17.6 Mutation
  7. 17.7 Recombinant DNA technology