與基因工程有關(guān)的一些概念之辨析

陳衛(wèi)東

(江蘇省沭陽高級中學 223600)

1 啟動子、起始密碼和復(fù)制原點

啟動子：是基因的一個組成部分，其化學本質(zhì)是DNA的部分序列，控制基因轉(zhuǎn)錄的起始時間和基因表達的程度。啟動子就像“開關(guān)”，決定基因的活動。啟動子存在于基因編碼區(qū)上游的非編碼區(qū)，是位于結(jié)構(gòu)基因5′端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準確的結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。在啟動子上有與RNA聚合酶結(jié)合的位點。

起始密碼子：堿基順序作為遺傳信息而被正確翻譯通常需要從某個特定的位置開始翻譯，這個起始點的密碼子就叫做起始密碼子。起始密碼子由mRNA上相鄰的3個堿基組成，從這3個堿基開始決定蛋白質(zhì)合成。蛋白質(zhì)是由許多氨基酸組成的，而組成蛋白質(zhì)的第一個氨基酸就是由起始密碼子決定的。真核生物的起始密碼子AUG翻譯對應(yīng)的是甲硫氨酸。少數(shù)細菌(屬于原核生物)以GUG(纈氨酸)為起始密碼。

復(fù)制原點：DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。DNA的復(fù)制是由許多復(fù)制原點處形成的起始復(fù)制叉開始的。多個復(fù)制原點及由復(fù)制原點開始向DNA兩端同時復(fù)制，都有利于加快DNA復(fù)制速度。

2 終止子和終止密碼

終止子：是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列(存在于基因的編碼區(qū)下游的非編碼區(qū))。終止子可分為兩類：一類不依賴于蛋白輔助因子就能實現(xiàn)終止作用：另一類則需依賴蛋白輔助因子才能實現(xiàn)終止作用。

終止密碼：是指蛋白質(zhì)翻譯過程中終止肽鏈合成的mRNA的三聯(lián)體堿基序列。在已知的64組密碼子中，有3組不編碼任何氨基酸，而是專司終止多肽合成，它們分別是UAG、UAA和UGA。

3 DNA聚合酶、Taq DNA 聚合酶和DNA連接酶

DNA聚合酶：是細胞進行DNA復(fù)制過程中起主要作用的酶。以DNA為模板， DNA聚合酶負責把一個個脫氧核苷酸通過脫水縮合的方式連接在一起。復(fù)制方向是由DNA的5′端到3′端， 即DNA聚合酶只能將單個脫氧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。

Taq DNA 聚合酶：由一種水生熱菌yT1株分離提取出來，是迄今發(fā)現(xiàn)的耐熱DNA聚合酶中活性最高的一種。

DNA連接酶：DNA復(fù)制過程中，DNA連接酶的作用是催化兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵(而不是在單個脫氧核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵)。在構(gòu)建重組DNA時(將合成好的一些DNA單鏈小片段連接在一起)也會使用DNA連接酶。

4 限制酶和解旋酶

限制性核酸內(nèi)切酶：是指可以識別DNA分子中某種特定的核苷酸序列，并在識別位點或其周圍切割雙鏈DNA的一類內(nèi)切酶，簡稱限制酶。限制酶的識別序列一般為4～6個堿基，也有8個堿基的。每一種限制酶都有自己特定的作用位點，切割點是DNA單鏈上的磷酸二酯鍵。如果切割位點的DNA的兩條單鏈上識別序列(4～8個堿基)從5′端閱讀時是完全一樣的，這種結(jié)構(gòu)叫做“回文”結(jié)構(gòu)。酶切回文序列后，如果在雙鏈DNA上形成切口錯開的兩個末端，稱為黏性末端。

解旋酶：是指一類解開氫鍵的酶，而不是單一的一種酶。解旋酶需要ATP供給能量來解開DNA的氫鍵。

5 膜載體和運載體

膜載體：是存在于生物膜內(nèi)負責各種溶質(zhì)分子穿膜轉(zhuǎn)運的載體蛋白，有助于完成協(xié)助擴散和主動轉(zhuǎn)運。

運載體：指在基因工程重組DNA技術(shù)中將DNA片段(一般指目的基因)轉(zhuǎn)移至受體細胞的一種能自我復(fù)制的DNA分子。三類最常用的載體是細菌質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。但是，并非所有質(zhì)粒都可以作為運載體，作為運載體的質(zhì)粒需要具備以下特點：多個酶切位點、對受體細胞沒有危害并易于分離、能自我復(fù)制并穩(wěn)定保存、具有特殊的標記基因等。另外，還可利用運載體在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量的復(fù)制(稱為克隆)。

6 質(zhì)粒和環(huán)狀DNA

質(zhì)粒：存在于許多細菌以及酵母菌等生物中，是細胞染色體外能夠自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。

環(huán)狀DNA：有環(huán)狀單鏈DNA和環(huán)狀雙鏈DNA，可存在于病毒、細菌中，也存在真核生物的線粒體和葉綠體中。 環(huán)狀DNA一般比線性DNA結(jié)合更緊密、更穩(wěn)定，儲存的遺傳信息更多。原核細胞中構(gòu)成擬核的就是環(huán)狀DNA。

7 PCR與DNA復(fù)制

聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)：是一種用于擴增特定的DNA片段的分子生物學技術(shù)，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加。過程是：變性(體外95°C高溫時DNA變性變成單鏈)→加引物(經(jīng)常是60°C左右，引物與單鏈按堿基互補配對的原則結(jié)合。引物為DNA片段)→延伸(72°C左右， DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度，DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖即5′→3′的方向合成互補鏈)。基于聚合酶制造的PCR儀實際就是一個溫控設(shè)備，能在變性溫度、復(fù)性溫度、延伸溫度之間很好地進行控制。

DNA復(fù)制：是指DNA雙鏈在細胞分裂以前進行的復(fù)制過程，復(fù)制的結(jié)果是一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈(如果復(fù)制過程正常的話)，每條雙鏈都與原來的雙鏈一樣。這個過程是通過半保留復(fù)制的機制來得以順利完成的。已知DNA聚合酶合成方向均為5′→3′方向，因此每一個復(fù)制叉(DNA解旋后形成的“Y”狀結(jié)構(gòu))只有一條鏈能按正確方向指導(dǎo)新鏈從頭到尾合成；另一條鏈就只能一段一段(稱為岡崎片段)復(fù)制后再在DNA連接酶作用下連接起來。細胞內(nèi)DNA復(fù)制與PCR不同之處：一是邊解旋邊復(fù)制，即DNA不是一下子變成兩條單鏈，而是一邊解旋一邊復(fù)制，復(fù)制形成的新鏈再螺旋；二是細胞內(nèi)DNA復(fù)制的引物為一段RNA鏈。

8 cDNA與DNA

cDNA：構(gòu)成基因的雙鏈DNA分子用一條單鏈作為模板，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與其序列互補的mRNA分子。然后，在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA分子為模板，合成一條與mRNA序列互補的單鏈DNA。最后，再以單鏈DNA為模板合成另一條與其互補的單鏈DNA，兩條互補的單鏈DNA分子組成一個雙鏈cDNA分子。真核生物的cDNA不等同于原基因，因為真核生物基因在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA時，一些不編碼的序列即內(nèi)含子被刪除，保留的只是編碼序列，即外顯子。所以，真核生物cDNA序列都比原基因序列要短得多。cDNA屬于DNA中的一類。

9 目的基因與標記基因

目的基因：在基因工程中，把需要研究的基因(需要轉(zhuǎn)移或改造的基因)稱為目的基因，有時也稱為插入基因。例如，抗蟲基因、抗病基因、人的胰島素基因、干擾素基因等。

標記基因：標記基因是一種已知功能或已知序列的基因，能夠起著特異性標記的作用。在基因工程中，它是重組DNA載體的重要標記，通常用來檢驗導(dǎo)入成功與否，以及用來定位細胞中的目的基因。例如，抗生素抗性基因、熒光素蛋白基因等。

10 相鄰堿基連接方式

相鄰堿基有兩種形式：一種是DNA雙鏈中，相鄰堿基是指配對的2個堿基，其連接方式是氫鍵，其中A-T之間是2個氫鍵，G-C之間為3個氫鍵；另一種是指DNA或RNA單鏈上的連接堿基，它們之間的連接方式是脫氧核糖(RNA為核糖)-磷酸-脫氧核糖(RNA為核糖)。