基因工程中幾組概念的辨析

　　摘 要： 在生物學教學中，我們對一些生物學概念通常有辨別不清的情況，為了便于教學，本文作者對基因工程中的幾組概念進行了分析，作為參考。
　　關鍵詞： 生物教學 基因工程 概念辨析
　　
　　“基因工程”在現代生物科技專題模塊中占有舉足輕重的地位，是學習的重點，也是高考命題的熱點之一。各地高考每年都會考到相關知識點，而且有逐年增多和加深的趨勢。如要學好本模塊必須系統地掌握這部分內容中的基本概念，而生物學概念構成了當代生物學科結構的主干，對生物學概念的學習是學生進一步探究深層的生物學現象與規律的基礎，具有很強的客觀性、概括性和抽象性。因此，對概念的掌握和運用是生物學教學過程的核心問題。下面對基因工程中學生常易混淆的幾組基本概念作一辨析。
　　1.基因工程
　　基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術，這種技術是在生物體外，通過對DNA分子人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物，或者讓它獲得新的遺傳性狀。
　　2.限制性核酸內切酶；DNA連接酶；DNA聚合酶；反轉錄酶；解旋酶
　　2.1限制性內切酶。在微生物體內存在的一類能識別并水解外源DNA限制性內切酶，限制酶能識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且準確地在每一條中特定部位的兩個核苷酸之間切割，形成黏性末端或平末端。發現于原核生物體內，現已分離出100多種，幾乎所有的原核生物都含有這種酶。是重組DNA技術和基因診斷中重要的一類工具酶。例如，從大腸桿菌中發現的一種限制酶只能識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。
　　2.2DNA連接酶。DNA連接酶催化DNA中相鄰的5'磷酸基與3'羥基間形成磷酸二酯鍵，使DNA切口封合，連接DNA片段。即它可以將限制性核酸內切酶切割下來的基因（DNA片段）與另外被切割開的DNA分子（如載體）連接到一起，形成重組DNA分子（見下圖）。
　　2.3DNA聚合酶。主要是連接DNA片段與單個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，在DNA復制中起作用。
　　區別與聯系：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3'末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵，需要模板；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。而是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。
　　2.4RNA聚合酶（又稱RNA復制酶、RNA合成酶）一種催化從反義DNA分子鏈轉錄RNA的酶。現在知道的有兩類在原核生物中，一類產生DAN復制的RNA引物，另一類轉錄其他三種類型RNA分子（MRNA、TRAN、rRNA）。
　　2.5反轉錄酶：反轉錄酶是一種多功能酶，具有三種酶活性，即RNA指導的DNA聚合酶活力，DNA指導的DNA聚合酶活力。除了聚合酶活力外，它尚有核糖核酸酶H的活力，專門水解RNA-DNA雜合分子中的RNA。在分子生物學技術中，其作為重要的工具酶被廣泛用于建立基因文庫、獲得目的基因等工作，在基因工程中起重要作用。
　　2.6DNA解旋酶：在DNA不連續復制過程中，結合于復制叉前面，并能催化螺旋雙鏈結構解旋的酶。該酶具有ATP酶活性。在DNA復制及轉錄時起作用。
　　以上幾種酶中DNA限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶均作用于磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于氫鍵。
　　3.啟動子與起始密碼子，終止子與終止密碼子
　　啟動子和終止子都是一段特殊的DNA序列，屬于基因的非編碼區，分別位于編碼區的上游和下游，負責調控基因的轉錄。而起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上的三聯體堿基序列，分別決定翻譯的起始和終止。
　　3.1啟動子與起始密碼子。啟動子可與RNA聚合酶特異性結合而使轉錄開始的一段DNA序列。但啟動子本身并不被轉錄，屬于基因上游對轉錄起調控作用的5'端非編碼區。而起始密碼子位于信使核糖核酸分子中規定編碼多肽鏈第一個氨基酸的密碼子。
　　3.2終止子與終止密碼子。終止子位于DNA上，確切地說是屬于非編碼區的核苷酸序列。它特殊的堿基序列能夠阻礙RAN聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，從而使轉錄工作結束。終止密碼子位于MRNA上，共有三種：UAA、UAG、UGA。三種核苷酸不能決定氨基酸，為“無義密碼”，終止密碼表明一條肽鏈已經翻譯完成。
　　4.非編碼區與非編碼序列
　　在原核基因中，能夠編碼蛋白質的區段，叫編碼區；不能編碼蛋白質的區段，叫非編碼區。編碼區上游和編碼區下游的DNA序列組成的非編碼區，對遺傳信息的表達有重要的調控作用。
　　真核基因結構也由編碼區和非編碼區兩部分組成，編碼區是間隔的、不連續的，其中能編碼蛋白質的序列叫外顯子，不能編碼蛋白質的序列叫做內含子。在編碼區中，外顯子被內含子分開，成為一種斷裂的形式。由此可見，原核基因的非編碼序列就是非編碼區，而真核基因的非編碼序列則包括非編碼區和編碼區的內含子。
　　5.DNA復制與PCR技術
　　DNA復制（細胞內復制）：是指以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。
　　PCR技術（體外DNA復制技術）：PCR技術是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。
　　主要區別：DNA復制（細胞內復制）場所為細胞核、線粒體、葉綠體；PCR技術場所為體外；酶不同前者為解旋酶、DNA聚合酶等，后者為耐熱DNA聚合酶（Taq酶）結果不同前者形成兩個完整的DNA分子后者短時間內形成大量的目的基因。
　　6.基因組文庫與部分基因文庫
　　6.1基因組文庫：某種生物全部基因組DNA序列的隨機片段重組DNA克隆的群體。該文庫以DNA片段的形式貯存著某種生物全部基因組的信息，可以用來選取任何一段感興趣的序列進行復制和研究。材料來自生物體基因組是RNA（如RNA病毒）所構建的核酸片段克隆群體，也是該生物的基因組文庫。
　　6.2部分基因文庫：如cDNA（互補DNA）。是由生物的某一特定器官或特定發育時期細胞內的mRNA經體外反轉錄后形成的互補DNA片段，與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫做這種生物的cDNA文庫，只包含了一種生物的部分基因。
　　區別：基因組文庫較大，部分基因文庫較小。部分基因文庫，如cDNA不含內含子、啟動子和終止子的核苷酸序列，而基因組文庫含有這些核苷酸序列。對于基因間的交流基因組文庫部分可以進行交流，cDNA可以進行交流。
　　
　　參考文獻：
　　［１］王鏡巖，朱圣庚，徐長法主編.生物化學下冊.高等教育出版社，2005，12.
　　［2］選修3（現代生物科技專題）.人民教育出版社，2007，7.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文