基因工程概念 [基因工程中几组概念的辨析]

时间：2019-01-10 03:26:21　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：在生物学教学中，我们对一些生物学概念通常有辨别不清的情况，为了便于教学，本文作者对基因工程中的几组概念进行了分析，作为参考。　　关键词：生物教学基因工程概念辨析
　　
　　“基因工程”在现代生物科技专题模块中占有举足轻重的地位，是学习的重点，也是高考命题的热点之一。各地高考每年都会考到相关知识点，而且有逐年增多和加深的趋势。如要学好本模块必须系统地掌握这部分内容中的基本概念，而生物学概念构成了当代生物学科结构的主干，对生物学概念的学习是学生进一步探究深层的生物学现象与规律的基础，具有很强的客观性、概括性和抽象性。因此，对概念的掌握和运用是生物学教学过程的核心问题。下面对基因工程中学生常易混淆的几组基本概念作一辨析。
　　1.基因工程
　　基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术，这种技术是在生物体外，通过对DNA分子人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物，或者让它获得新的遗传性状。
　　2.限制性核酸内切酶；DNA连接酶；DNA聚合酶；反转录酶；解旋酶
　　2.1限制性内切酶。在微生物体内存在的一类能识别并水解外源DNA限制性内切酶，限制酶能识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且准确地在每一条中特定部位的两个核苷酸之间切割，形成黏性末端或平末端。发现于原核生物体内，现已分离出100多种，几乎所有的原核生物都含有这种酶。是重组DNA技术和基因诊断中重要的一类工具酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。
　　2.2DNA连接酶。DNA连接酶催化DNA中相邻的5"磷酸基与3"羟基间形成磷酸二酯键，使DNA切口封合，连接DNA片段。即它可以将限制性核酸内切酶切割下来的基因（DNA片段）与另外被切割开的DNA分子（如载体）连接到一起，形成重组DNA分子（见下图）。
　　2.3DNA聚合酶。主要是连接DNA片段与单个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，在DNA复制中起作用。
　　区别与联系：DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3"末端的羟基上，形成磷酸二酯键，需要模板；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。而是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。
　　2.4RNA聚合酶（又称RNA复制酶、RNA合成酶）一种催化从反义DNA分子链转录RNA的酶。现在知道的有两类在原核生物中，一类产生DAN复制的RNA引物，另一类转录其他三种类型RNA分子（MRNA、TRAN、rRNA）。
　　2.5反转录酶：反转录酶是一种多功能酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶活力，DNA指导的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，专门水解RNA-DNA杂合分子中的RNA。在分子生物学技术中，其作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作，在基因工程中起重要作用。
　　2.6DNA解旋酶：在DNA不连续复制过程中，结合于复制叉前面，并能催化螺旋双链结构解旋的酶。该酶具有ATP酶活性。在DNA复制及转录时起作用。
　　以上几种酶中DNA限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶均作用于磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于氢键。
　　3.启动子与起始密码子，终止子与终止密码子
　　启动子和终止子都是一段特殊的DNA序列，属于基因的非编码区，分别位于编码区的上游和下游，负责调控基因的转录。而起始密码子和终止密码子都是mRNA上的三联体碱基序列，分别决定翻译的起始和终止。
　　3.1启动子与起始密码子。启动子可与RNA聚合酶特异性结合而使转录开始的一段DNA序列。但启动子本身并不被转录，属于基因上游对转录起调控作用的5"端非编码区。而起始密码子位于信使核糖核酸分子中规定编码多肽链第一个氨基酸的密码子。
　　3.2终止子与终止密码子。终止子位于DNA上，确切地说是属于非编码区的核苷酸序列。它特殊的碱基序列能够阻碍RAN聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录工作结束。终止密码子位于MRNA上，共有三种：UAA、UAG、UGA。三种核苷酸不能决定氨基酸，为“无义密码”，终止密码表明一条肽链已经翻译完成。
　　4.非编码区与非编码序列
　　在原核基因中，能够编码蛋白质的区段，叫编码区；不能编码蛋白质的区段，叫非编码区。编码区上游和编码区下游的DNA序列组成的非编码区，对遗传信息的表达有重要的调控作用。
　　真核基因结构也由编码区和非编码区两部分组成，编码区是间隔的、不连续的，其中能编码蛋白质的序列叫外显子，不能编码蛋白质的序列叫做内含子。在编码区中，外显子被内含子分开，成为一种断裂的形式。由此可见，原核基因的非编码序列就是非编码区，而真核基因的非编码序列则包括非编码区和编码区的内含子。
　　5.DNA复制与PCR技术
　　DNA复制（细胞内复制）：是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
　　PCR技术（体外DNA复制技术）：PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。
　　主要区别：DNA复制（细胞内复制）场所为细胞核、线粒体、叶绿体；PCR技术场所为体外；酶不同前者为解旋酶、DNA聚合酶等，后者为耐热DNA聚合酶（Taq酶）结果不同前者形成两个完整的DNA分子后者短时间内形成大量的目的基因。
　　6.基因组文库与部分基因文库
　　6.1基因组文库：某种生物全部基因组DNA序列的随机片段重组DNA克隆的群体。该文库以DNA片段的形式贮存着某种生物全部基因组的信息，可以用来选取任何一段感兴趣的序列进行复制和研究。材料来自生物体基因组是RNA（如RNA病毒）所构建的核酸片段克隆群体，也是该生物的基因组文库。
　　6.2部分基因文库：如cDNA（互补DNA）。是由生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA经体外反转录后形成的互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫做这种生物的cDNA文库，只包含了一种生物的部分基因。
　　区别：基因组文库较大，部分基因文库较小。部分基因文库，如cDNA不含内含子、启动子和终止子的核苷酸序列，而基因组文库含有这些核苷酸序列。对于基因间的交流基因组文库部分可以进行交流，cDNA可以进行交流。
　　
　　参考文献：
　　［１］王镜岩，朱圣庚，徐长法主编.生物化学下册.高等教育出版社，2005，12.
　　［2］选修3（现代生物科技专题）.人民教育出版社，2007，7.
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