生物科技與生活知識點梳理匯總

生物科技與生活生物科技的發(fā)展已經(jīng)繼信息產(chǎn)業(yè)，成為全球工業(yè)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。在這個時代，人類食、衣、住、行以及醫(yī)藥保健的任何產(chǎn)品可能都和生物科技脫不了關(guān)系，它將和各種產(chǎn)業(yè)結(jié)合，在各種生活層面上影響著我們。此外和生物技術(shù)有關(guān)的議題，也會一直成為人們注意的焦點，例如，無論我們在哪里，一定不會不注意有關(guān)桃莉羊出生及死亡的頭條新聞；不會不注意到人類器官移植需求的愿望。此外，我們是否思考過下列的議題：人類的復(fù)制是否該被禁止？具有醫(yī)療價值的干細(xì)胞是否可被復(fù)制？我們是否有權(quán)力復(fù)制動物來取用牠們的器官？我們對基因改造食品是否有足夠的風(fēng)險評估？我們是否有權(quán)力改變?nèi)祟惖幕?，使人類變得更健康、更聰明？是否一個人具有所謂的〝好〞基因，就會成為一個比較〝好〞的人？本課程的教學(xué)目標(biāo)就是要幫助學(xué)生了解有關(guān)生物技術(shù)、生物科技、復(fù)制的基礎(chǔ)知識、技能，它對人類的貢獻(xiàn)以及可應(yīng)用的范圍，更重要的是要以人文、社會及道德的觀點來討論圍繞在這新技術(shù)的一些具爭論性的問題。

貳、生物技術(shù)的定義及范疇生物技術(shù)（biotechnology）是應(yīng)用微生物、植物或動物的細(xì)胞及其成分，經(jīng)工業(yè)化的生物生產(chǎn)程序，用以改進人類生活素質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，是一門新近崛起的尖端科技，被列為我國現(xiàn)階段八大重點科技之一。回溯世界科技史，生物技術(shù)可說是一項古老的科技，我們?nèi)粘Ｉ钪谐３缘尼勗旌歪w酵食品如：酒類、醬油、醋，以及味精等，都是早年應(yīng)用生物技術(shù)制造的產(chǎn)品。晚近興起的遺傳工程（基因重組技術(shù)）、細(xì)胞融合技術(shù)、生體反應(yīng)利用技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、組織培養(yǎng)技術(shù)、胚移植技術(shù)及細(xì)胞核移植技術(shù)等生物技術(shù)，為傳統(tǒng)的生物技術(shù)開拓了更為精致、深奧廣闊的領(lǐng)域，因而促成了革命性的發(fā)展，形成了一門嶄新的科技-“新生物技術(shù)”。二十世紀(jì)是科技的世紀(jì)，尤其在中葉以后，生物科學(xué)以及其后的分子生物學(xué)的發(fā)展及其應(yīng)用，可謂一日千里。自從一九二八年英國的醫(yī)生佛來明爵士（SirAlexanderFleming）發(fā)現(xiàn)盤尼西林（青霉素，penicillin）以來，生物技術(shù)的發(fā)展逐漸進入工業(yè)化。一九五三年華特森（J.DWatson）與柯立克（F.Crick）發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸的雙螺旋體結(jié)構(gòu)（DNAdoublehelix）為遺傳基因的基本構(gòu)造以后，生物科學(xué)的研究立即進入一個新的紀(jì)元。分子遺傳學(xué)的崛起，生物化學(xué)的起飛，導(dǎo)致微生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的擴大。參、生物技術(shù)的應(yīng)用范疇基本上，生物技術(shù)是由很多不同學(xué)門所組成的綜合體，由于各種學(xué)門都有其不同的特性及其研究領(lǐng)域，因此，生物技術(shù)的定義與范疇是非常廣的。很多人以為生物技術(shù)就是遺傳工程（geneticengineering），其實從美國數(shù)百家「生物技術(shù)公司」的名單中，不難看出其中約有三分之二的公司，其產(chǎn)品是靠遺傳工程技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品。但是日本的生物技術(shù)公司及其生物工業(yè)的研究發(fā)展重點，卻被放在醱酵技術(shù)（fermentationtechnology）及酵素技術(shù)（enzymetechnology）上。近年來，許多歐美及日本的生物技術(shù)公司，正積極地應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)（tissueculturetechnique）及動、植物的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)（cellculturetechnique）來開發(fā)新產(chǎn)品。在畜牧業(yè)上，胚移植（embryotransplantation）及細(xì)胞核移植（nucleustransplantation）等技術(shù)也逐漸成為生物技術(shù)研究發(fā)展的對象。目前比較能被一般人所接受的生物技術(shù)定義是「利用微生物、動物細(xì)胞或植物細(xì)胞的培養(yǎng)及改良來制造產(chǎn)品的技術(shù)，稱之為生物技術(shù)」。從另外一個角度來看，生物技術(shù)是應(yīng)用微生物程序的擴大，包括了動物細(xì)胞與植物細(xì)胞的應(yīng)用。因此，由生命科學(xué)的進步而產(chǎn)生的生物技術(shù)，包括六種主要的關(guān)鍵性技術(shù)（keytechnology）：即（1）遺傳工程；（2）細(xì)胞融合（cellfusiontechnology）；（3）生體反應(yīng)利用技術(shù)一包括醱酵技術(shù)、酵素技術(shù)及生物反應(yīng)器（bioreactor）等；（4）細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)；（5）組織培養(yǎng)技術(shù)；（6）胚移植技術(shù)及細(xì)胞核移植技術(shù)。新發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)與傳統(tǒng)性的生物技術(shù)相結(jié)合，形成了新的生物工業(yè)，其應(yīng)用的范疇亦也因此擴大到農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、醱酵及食品工業(yè)、特用化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、礦業(yè)、環(huán)境凈化等領(lǐng)域（圖一）。茲將各產(chǎn)業(yè)所應(yīng)用的技術(shù)分述如下：

一、農(nóng)業(yè)主要應(yīng)用遺傳工程，細(xì)胞融合，植物組織培養(yǎng)等技術(shù)來進行抗逆境，抗病蟲草害及高產(chǎn)量、高質(zhì)量作物品種之育種，以及作物病害之偵測等工作。二、醱酵及食品工業(yè)利用醱酵等生體反應(yīng)技術(shù)及酵素技術(shù)等來進行微生物（如酵母菌）及其代謝產(chǎn)品的生產(chǎn)；也利用遺傳工程技術(shù)及微生物篩選法進行微生物的育種。三、醫(yī)藥工業(yè)利用遺傳工程，細(xì)胞融合及微生物篩選等技術(shù)并結(jié)合生物反應(yīng)器或酵素技術(shù)的生產(chǎn)流程來達(dá)到生產(chǎn)荷爾蒙，干擾素、抗生素、維他命、單源抗體的目的或研發(fā)生物傳感器的制造。四、化學(xué)工業(yè)利用微生物篩選技術(shù)、及遺傳工程技術(shù)來篩選或研發(fā)基因轉(zhuǎn)殖微生物并利用生體反應(yīng)技術(shù)達(dá)到脂肪酸、殺蟲劑及其他化學(xué)產(chǎn)品高效能的生產(chǎn)目的。五、能源工業(yè)利用遺傳工程及細(xì)胞融合技術(shù)以及細(xì)胞篩選或選殖生物質(zhì)量（biomass）合成效能高的微生物，并利用生物反應(yīng)器達(dá)到生質(zhì)能源生產(chǎn)的目的。六、環(huán)境及礦業(yè)工業(yè)以遺傳工程、細(xì)胞融合技術(shù)以及微生物篩選法來篩選或選殖具備分解或凈化功能的微生物，并以醱酵法在大型的生物反應(yīng)器中進行廢水處理或改善金屬的浸濾過程。生物技術(shù)生物技術(shù)基因重組技術(shù)作物栽培品種改良食品加工能源環(huán)境保護製藥化學(xué)工業(yè)作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學(xué)工業(yè)作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環(huán)境保護製藥化學(xué)工業(yè)家畜飼養(yǎng)品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發(fā)疾病診斷胚移植及核移植技術(shù)DNA微陣列技術(shù)細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)組織培養(yǎng)技術(shù)生體反應(yīng)利用技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù)關(guān)鍵性技術(shù)主要應(yīng)用對象圖一、生物技術(shù)的范疇及其主要的應(yīng)用對象肆、生物技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)（keytechnology）一、遺傳工程（geneticengineering）技術(shù)遺傳工程技術(shù)即所謂的DNA重組技術(shù)（recombinantDNAtechnology），此技術(shù)賦予生物新的重組基因（recombinantDNA），因此該生物就具備了新的物質(zhì)合成能力或表現(xiàn)新的特性及功能。（一）遺傳工程技術(shù)的基礎(chǔ)不論是原核生物（注1）或具備細(xì)胞核（注2）的真核生物（注3），基因（注4）都是決定生物遺傳的基本單位?；蛲ǔＪ且浴该撗鹾颂呛怂帷梗―NA）（注5）的形式存在，它基本上由磷酸、脫氧核糖和鹼基組成，其中鹼基由A、T、C、G組成。DNA是雙股的螺旋結(jié)構(gòu)，兩股互補，如果其中一股的鹼基是A，則另一股對應(yīng)的一定是T；若是C，則對應(yīng)配對的一定是G。當(dāng)DNA復(fù)制（圖二）時，兩股間的鹼基鍵便會被切斷，變成兩條單股的DNA。每條DNA各成為模板與對應(yīng)的鹼基結(jié)合，形成兩條完成相同的DNA。由于DNA復(fù)制（注6），主要的原理是構(gòu)造的「互補」，因此才能很忠實的將遺傳訊息一代代地傳下去。圖二、DNA的復(fù)制真核生物的DNA主要存在于細(xì)胞核，還有小部分存在細(xì)胞質(zhì)的粒線體。DNA并非單獨存在，它必須跟組織蛋白結(jié)合，外觀看起來有點像珍珠項鍊，而且鍊子還會纏繞在一起形成一種絲狀的結(jié)構(gòu)。當(dāng)細(xì)胞分裂時，這個絲狀結(jié)構(gòu)會更進一步緊密地纏繞在一起，成為顯微鏡下所看到的染色體（注7）。基因若要發(fā)揮作用，得經(jīng)過一連串的轉(zhuǎn)換。首先，DNA必須經(jīng)過轉(zhuǎn)錄（transcription）作用（注8），產(chǎn)生核糖核酸（RNA）（注9），核糖核酸再經(jīng)轉(zhuǎn)譯（translation）作用產(chǎn)生蛋白質(zhì)（圖三）。通常遺傳密碼（注10）可決定蛋白質(zhì)的胺基酸序列，而蛋白質(zhì)是讓基因發(fā)揮作用的實際物質(zhì)。在轉(zhuǎn)譯的過程中，每三個鹼基是一個密碼稱密碼子（注11），譬如說「CAT」，第一個鹼基是C，第二個是A，第三個是T，這三個鹼基代表「HIS」這個胺基酸。所以每一個訊息會翻譯成什么樣的蛋白質(zhì)，是有一定的依據(jù)，這樣才不會制造出錯誤的訊息。遺傳訊息雖由DNA傳達(dá)，但蛋白質(zhì)才是使生命現(xiàn)象能表達(dá)的物質(zhì)。蛋白質(zhì)分結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)及功能蛋白。蛋白質(zhì)都知道自己的去處和功能。有的蛋白質(zhì)要被分泌到細(xì)胞外面去，如擔(dān)任生理調(diào)整功能的賀爾蒙；有些蛋白質(zhì)則又必須回到細(xì)胞核里面，去擔(dān)任基因表達(dá)調(diào)控的工作。圖三、DNA的轉(zhuǎn)錄（transcription）及轉(zhuǎn)譯（translation）作用（二）DNA重組技術(shù)（recombinantDNAtechnology）基因重組技術(shù)（注12）的第一步是先以分子生物化學(xué)的方法，將能控制某種功能或能表達(dá)某種特性的基因從動物，人體或植物細(xì)胞中分離出來。換句話就是先找到這段功能基因，并將它剪下來。目前擔(dān)任剪刀角色的是核酸內(nèi)切限制酶（restrictionendonuclease）（注13），能將染色體剪斷。下一個步驟就是要將這段基因運送到欲表現(xiàn)功能生物的細(xì)胞內(nèi)，這個能擔(dān)任司機角色的構(gòu)造就稱為載體（vector）（注14）常用的載體有質(zhì)體（plasmid）及反轉(zhuǎn)錄病毒（注15）等；而能將選殖基因連接在載體上的酵素則為DNA連接酶（ligase）（圖四）。圖四、DNA的切割及重組以人體胰島素基因，移植于大腸桿菌細(xì)胞的基因重組為例，首先將人體的胰島素基因切下，再連接在大腸桿菌細(xì)胞的質(zhì)體（plasmid）上，質(zhì)體是環(huán)狀DNA，性質(zhì)活潑，可以做為運送基因的載體。其方法為將質(zhì)體找出來，接著使用限制酶這把剪刀，將質(zhì)體切開，將能制造胰島素的基因嵌進去，再使用連接酶（ligase）將切斷的兩頭連接起來，又回復(fù)成為環(huán)狀。這種帶有外來基因的質(zhì)體，不但可以魚目混珠地混進大腸桿菌的細(xì)胞里去，而且還能在大腸桿菌的細(xì)胞里自行繁殖（圖五）。圖五、DNA重組技術(shù)二、細(xì)胞融合技術(shù)以人為的操作，將兩個不同生物細(xì)胞的染色體及細(xì)胞質(zhì)互相融合，使成為一個新雜種細(xì)胞（hybridcell）的技術(shù)，稱為細(xì)胞融合技術(shù)。這種技術(shù)已在農(nóng)業(yè)及醫(yī)用藥物的生產(chǎn)上，開拓了多方面的發(fā)展途徑。細(xì)胞融合技術(shù)發(fā)展的另一趨勢是合成融合瘤（hybridoma），在應(yīng)用上將為診斷劑及醫(yī)藥品的生產(chǎn)開創(chuàng)一個新境界。融合瘤（hybridoma）為兩個細(xì)胞融合成的雜種細(xì)胞，優(yōu)點是擁有兩個細(xì)胞的持微。一般分化后的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)也不分裂，將這種細(xì)胞與能夠無限增殖的腫瘤細(xì)胞融合，可形成既保有分化細(xì)胞的性狀，又能增殖的融合瘤。融合瘤最常用來制造抗體，抗體是異物從外部侵入體內(nèi)時，淋巴球B細(xì)胞制造的攻擊用蛋白質(zhì)。體內(nèi)制造的抗體種類繁多，制造抗體的B細(xì)胞，種類也和抗體一樣多（圖六）。我們大量需要1種抗體時，取出1個B細(xì)胞培養(yǎng)，B細(xì)胞也會因為壽命的緣故而無法增殖。若將B細(xì)胞與骨髓腫瘤細(xì)胞融合成融合瘤，該融合瘤除保有B細(xì)胞制造抗體的性質(zhì)，又能增殖，則可大量生成1種抗體。生成的均質(zhì)抗體，稱作「單株抗體」（monoclonlantibody）（圖六）。如果以人類腫瘤癌細(xì)胞當(dāng)做抗原，所產(chǎn)生的融合瘤單株抗體若與藥物結(jié)合，使可直奔癌細(xì)胞，進行專一性的治療。

圖六、利用融合瘤生產(chǎn)單源抗體淋巴球（lymphocytes）會對抗原決定基（antigenicdeterminant）各別產(chǎn)生特異的抗體。因此，白老鼠血液中所得抗血清（antiserum）含有抗體的混合物（mixedantibodies）。白老鼠胰臟取出淋巴球細(xì)胞與骨髓腫瘤細(xì)胞（myelomacells）融合，將所得雜交腫瘤細(xì)胞（hybrid-myelomacells）純化繁殖（clone）后，可得純粹的單源抗體（monoclonalantibodies）。

三、生體反應(yīng)利用技術(shù)生體反應(yīng)利用技術(shù)，包括酵素技術(shù)、醱酵技術(shù)及生物反應(yīng)器等關(guān)鍵性技術(shù)。目前酵素已經(jīng)在遺傳工程上顯現(xiàn)威力，為遺傳工程中不可缺少的一項「利器」；而醱酵技術(shù)，可說是最古老的生物技術(shù)，目前的重點在于如何改進，提高產(chǎn)能。生物反應(yīng)器是將過去屬于理化學(xué)的工業(yè)，改變?yōu)橐晕⑸锘蚪退刈饔|媒的醱酵化學(xué)工業(yè)。這種技術(shù)極適合于節(jié)省能源與資源，且為具有環(huán)保功能的現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)。（一）酵素技術(shù)酵素可說是研究生命科學(xué)上最重要的工具。近幾十年來在分子生物學(xué)及遺傳工程學(xué)上的蓬勃發(fā)展及其豐碩的成果，主要是歸功于酵素的應(yīng)用。酵素在食品工業(yè)的應(yīng)用興起最早，并且占有最重要的地位。例如，利用凝乳酶（rennin）于牛酪的制造；麥芽糖酶（maltase）在麥芽糖的制造；微生物淀粉酶（-amylase）及葡萄糖糖化酶（glucoamylase）在葡萄糖的制造；果膠水解酶（pectinase）在果汁制造上應(yīng)用于澄清助濾作用；以木瓜蛋白酶（papain）處理啤酒以防止冷藏中的混濁；以蔗糖酶（invertase）處理蔗糖液，使蔗糖轉(zhuǎn)化，以提高甜度并改善糖漿的物理特性；以葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）處理干燥蛋粉以防止變色變味等，不勝枚舉。近年來，進一步將淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶（glucoseisomerase）配合使用，并將酵素加以固定制成所謂固定化酵素反應(yīng)器（enzymereactor）（圖七），不但可以在小體積的反應(yīng)器內(nèi)，以最短的時間完成大量物質(zhì)的反應(yīng)，并可將酵素反覆使用，而建立自動化反應(yīng)系統(tǒng)。如此，利用低廉價格的淀粉為原料，已可制成品質(zhì)與蔗糖轉(zhuǎn)化物相同的異構(gòu)化糖產(chǎn)品或高果糖漿（highfructosesyrup），威脅蔗糖工業(yè)的存在。目前更可將異構(gòu)化糖液中的葡萄糖和果糖分離后，將葡萄糖循環(huán)于反應(yīng)器內(nèi)，而獲得高純度的果糖，可供特殊用途。在醫(yī)藥上，一些消化酵素制劑除用于幫助消化的醫(yī)療外，酵素直接應(yīng)用于其他疾病的治療，則是近年才興起的新用途。例如，由人尿分離得到的尿激酶（urokinase）及取自微生物的類似酵素鏈激酶（streptokinase），均被使用于血栓`癥的治療；由鳳梨莖分離得到的鳳梨蛋白酶（bromelin）可作為消炎劑及肉品嫩化劑；得自大腸菌的天冬醢胺酶（asparaginase）可用以治療小兒性白血癥病患。此外，尚有許多臨床檢驗用的酵素被開發(fā)應(yīng)用。在尖端科技的遺傳工程研究發(fā)展中，酵素也扮演著不可缺少的角色，目前已知可用于基因操作的酵素已有數(shù)十種之多。其中比較常用的酵素是核酸內(nèi)切限制酶（restrictionendonuclease），它擔(dān)任剪刀的角色，在遺傳工程中，核酸內(nèi)切限制酶就是負(fù)責(zé)將DNA切開，將所需要的那一段DNA切下來。下一步操作則需要將此段DNA「膠合」在適當(dāng)?shù)募?xì)胞的DNA中，使其具備這段DNA的特性，而扮演膠合劑角色的酵素稱為連接酶（ligase）。在酵素的應(yīng)用方面，固定化酵素（immobilizedenzymes）（圖七）將是未來酵素工業(yè)的主流。目前酵素工業(yè)受到的限制，部分是由于酵素的供應(yīng)量不足所引起，固定化酵素技術(shù)的引進，使工業(yè)界能發(fā)展出一套新流程，其特色為酵素穩(wěn)定性的增加，以及能夠?qū)⒔退剞D(zhuǎn)化效率作最有效的控制。此外，將細(xì)菌、酵母菌、真菌、植物與動物細(xì)胞固定，可以成為固定化復(fù)合酵素系統(tǒng)（immobilizedmulti-enzymesystems），其優(yōu)點可以彌補以往極昂貴，費時且低效率的化學(xué)轉(zhuǎn)化程序。因此，現(xiàn)有產(chǎn)品以及新產(chǎn)品皆可應(yīng)用酵素技術(shù)來生產(chǎn)。圖七、酵素的固定化方法及各種反應(yīng)器的模式圖S：基質(zhì)P：生成物E：固定化酵素或酵素液（A）CSTR（連續(xù)攪拌槽型反應(yīng)器）（B）中空系膜型反應(yīng)器（C）三相流動層反應(yīng)器（D）回轉(zhuǎn)圓板型反應(yīng)器（E）流動層型反應(yīng)器（F）中空系膜型反應(yīng)器（G）PER（充填層反應(yīng)器）

（二）醱酵技術(shù)所謂「醱酵工業(yè)」就是以微生物的細(xì)胞機能處理大量物質(zhì)，使之轉(zhuǎn)換為高價值產(chǎn)品的工業(yè)。其中「微生物」扮演關(guān)鍵性角色。例如前述牛奶會變酸，是乳酸菌的作用；酒類會成為醋酸，就是醋酸菌活動的結(jié)果；而飯菜會變酸，也是由于空氣中霉菌和細(xì)菌的作用。因此，利用微生物這種「轉(zhuǎn)化物質(zhì)」的能力，以最經(jīng)濟的方法生產(chǎn)符合人類生活所需要的產(chǎn)品，這就是醱酵工業(yè)技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)末期，由于青霉素（panicillin）的大量生產(chǎn)，使醱酵工業(yè)的實質(zhì)及技術(shù)發(fā)生了巨大的改變。戰(zhàn)后，微生物反應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)益加進展，抗生素、酵素、胺基酸、單細(xì)胞蛋白質(zhì)等復(fù)雜化合物的生產(chǎn)，或?qū)︻惞檀?、生物堿等復(fù)雜分子加以特異反應(yīng)的技術(shù)開發(fā)，致使舊有的醱酵工業(yè)完全改觀。以大型的通氣攪拌醱酵槽作大量培養(yǎng)的方法，在今日已成為很普遍的手法，而在此發(fā)展中累積的學(xué)術(shù)研究成果甚為可觀。圖八、各種型式的生物反應(yīng)器氣泡型（bubbletype），（2）空氣升液型（airlifttype）槳葉輪翼氣泡型（paddle-impeller-bubbletype）渦輪式攪動型（turbine-impellertype）渦輪式覺動通風(fēng)管型（turbine-impeller-drafttubetype）（三）生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器是將過去屬于理化學(xué)的工業(yè)，改變以微生物或酵素作為觸媒的發(fā)酵化學(xué)工業(yè)的生體反應(yīng)利用技術(shù)（上頁圖八）。這種技術(shù)能夠節(jié)省大量能源，資源得以充分利用，不致浪費，是既環(huán)保又先進的一種化學(xué)工業(yè)。有關(guān)微生物或酵素的操作、生物產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)需要有特殊的處理程序及特殊的管理與控制方法。因此，程序與系統(tǒng)工程（processandsystemengineering）在生物技術(shù)的應(yīng)用與工業(yè)化過程中，扮演著重要的角色。一般用生物反應(yīng)器進行生物轉(zhuǎn)化的程序可用圖九表示如下：圖九、生物轉(zhuǎn)化程序的流程四、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)（一）微生物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)利用基因重組技術(shù)或細(xì)胞融合技術(shù)育成能生產(chǎn)有用物質(zhì)（例如，胰島素、干擾素、生長激素等醫(yī)藥品）或能進行高效率酒精醱酵的微生物，在進入工業(yè)化量產(chǎn)前都需要確立能迅速且廉價的細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)。這種技術(shù)為生物工業(yè)成立的必須條件。尤其是以基因重組技術(shù)培育成功的微生物（例如，大腸桿菌），在細(xì)胞內(nèi)移植的質(zhì)體，通常在培養(yǎng)過程中，容易自宿主細(xì)胞脫離出來。因此，如何避免質(zhì)體的脫落，是在細(xì)胞大量培養(yǎng)上必須解決的問題。（二）植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。（三）動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。五、植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物的細(xì)胞或組織可在培養(yǎng)基上形成愈傷組織（callus）（注16）。植物的細(xì)胞具有「全能性」（totipotency），因此愈傷組織可分化成具備根、莖、葉的完整植物體。植物組織培養(yǎng)技術(shù)包括莖頂培養(yǎng)技術(shù)，花藥培養(yǎng)技術(shù)、體細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)及胚培養(yǎng)技術(shù)。圖十、十一、十二分別為植物組織培養(yǎng)室的平面設(shè)計圖，以及可做示范的豆苗莖頂培養(yǎng)的簡易步驟及工具。圖十、植物組織培養(yǎng)室的平面設(shè)計圖圖十一、簡易的莖頂培養(yǎng)技術(shù)（豆苗的莖頂培養(yǎng)）

圖十二、豆苗莖頂培養(yǎng)的器皿及工具六、胚移植技術(shù)及細(xì)胞核移植技術(shù)（一）胚移植技術(shù)有關(guān)家畜受精卵的移植技術(shù)，在1960年代后期已開始研究，如今已進入實用化的階段。但在1975年以后，又另外開發(fā)了受精卵分割胚的移植技術(shù)，這種新生物技術(shù)在家畜生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，遂更加受到矚目。1978年，英國的魏拉遜（Willadsen）在顯微鏡下操作（手術(shù)），分切兩細(xì)胞期的受精卵胚成為兩個分切胚，并將此分切胚移植于母羊的子宮，而成功地生產(chǎn)了一卵雙胞胎。從此，胚移植的研究開發(fā)大為盛行，目前在羊、老鼠及牛的胚移植技術(shù)上，也有很大的進展，已證實了一卵多胎生產(chǎn)的可行性。（二）細(xì)胞核移植技術(shù)從優(yōu)良家畜的體細(xì)胞取出細(xì)胞核，另自非優(yōu)良母畜的子宮內(nèi)取出受精卵，并取出其胚細(xì)胞的細(xì)胞核后，移植上述體細(xì)胞核，再將此具有優(yōu)良細(xì)胞核的受精卵移植于非優(yōu)良母畜的子宮內(nèi)（所謂借腹生產(chǎn)），使其發(fā)育生長，使可生產(chǎn)優(yōu)良的子畜。1996年，英國洛斯林研究室發(fā)表的純系復(fù)制綿羊「桃莉」（注17），使是第一個成功的體細(xì)胞核移植家畜。伍、生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用生物技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上，如藥物及疫苗制造、基因診斷、基因治療等，已為醫(yī)療事業(yè)帶來革命性發(fā)展。一、藥物的制造遺傳工程能將各種生物（包括人類）的基因轉(zhuǎn)殖到可大量繁殖的細(xì)胞，如細(xì)菌、酵母菌、動物及植物細(xì)胞，以制造藥物。尤其是細(xì)菌已成為「生物工廠」，可以大量生產(chǎn)藥物，最先應(yīng)用遺傳工程技術(shù)生產(chǎn)的藥物是胰島素。含血纖維蛋白溶酶基因的轉(zhuǎn)殖山羊，可生產(chǎn)血纖維蛋白溶酶，用于治療心臟病及動脈阻塞，一頭含此基因的羊每天可生產(chǎn)7萬美元的藥物。市場上遺傳工程藥物及疫苗已相當(dāng)多。

已經(jīng)在使用的遺傳工程藥物藥物名稱治療病癥胰島素糖尿病生長激素腦垂體分泌不良、侏儒癥血纖維蛋白溶酶心臟病、血管阻塞干擾素癌癥紅血球生成素（刺激紅血球形成的激素）貧血癥白血球介素2（協(xié)助T淋巴球形成）癌癥腫瘤壞死因子癌癥人類凝血第八因子血友病二、疫苗的制造疫苗方面最有成就的是B型肝炎遺傳工程疫苗，將B型肝炎表面抗原基因轉(zhuǎn)殖到酵母菌內(nèi)，酵母菌就可產(chǎn)生B型肝炎表面抗原，將這種表面抗原做成疫苗，可以有效的預(yù)防B型肝炎感染。研發(fā)中的還有食品疫苗，例如將B型肝炎病毒的表面抗原基因轉(zhuǎn)殖于香蕉，使香蕉果實中含有少量病毒的表面抗原，只要吃這類香蕉就可刺激人體產(chǎn)生抗體，而達(dá)成免疫作用。三、單株抗體（monoclonalantibody）由單一B淋巴球與骨髓瘤細(xì)胞融合的融合瘤細(xì)胞，產(chǎn)生的單一抗體稱為單株抗體，用于治療或檢驗特定蛋白質(zhì)。四、基因治療遺傳疾病可能由一個或多個基因的功能受損害而引起。治療遺傳疾病可以設(shè)法以健康的基因替換缺陷的基因，或者改變受精卵的基因組成。基因治療被認(rèn)為是二十一世紀(jì)的醫(yī)療希望，特別是遺傳疾病。五、檢驗利器－DNA指紋DNA指紋亦稱DNA鑒定（圖十三），已廣泛應(yīng)用在親子和刑事醫(yī)學(xué)的鑒定。DNA指紋是利用限制酶將DNA分子切成許多長短不一的片段。各種片段在電場中移動時，片段短者移動較快，片段長者移動較慢。移動后的DNA經(jīng)過特別處理，會顯現(xiàn)不同的帶狀分布。在親子鑒定時，由于子代繼承父母各一半的基因，所以DNA指紋中有一半環(huán)帶的分布與父親相同，而另一半則與母親相同。經(jīng)過仔細(xì)比對后，親子關(guān)系就可以鑒定。圖十三、DNA指紋六、組織工程和器官移殖器官移殖是重要的醫(yī)療過程，但器官移殖有器官來源缺乏、排斥等問題。利用組織工程培養(yǎng)器官是解決問題方法之一，目前已有培養(yǎng)的皮膚、血管、肝臟、膀胱等器官正在使用或研發(fā)中。七、試管嬰兒利用體外受精技術(shù)，將卵在體外受精，培養(yǎng)成為初期胚胎，然后殖入子宮中發(fā)育成嬰兒。自1978年技術(shù)成功后，現(xiàn)在普遍用來解決不能生育的問題。

陸、生物技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用利用微生物大量生產(chǎn)商品，尤其是藉基因工程改變微生物的基因組成，大量生產(chǎn)工業(yè)酵素、化學(xué)原料、食品原料。一、食品工業(yè)：人工甜味劑—阿斯巴甜、果寡糖、甲殼素等。二、化妝品工業(yè)：如含「紫草」紅色素的口紅，取代人工色素。三、能源工業(yè)：生質(zhì)能源如醱酵產(chǎn)生酒精、甲烷等。四、清潔工業(yè)：清潔劑中含蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等酵素，借以清除油污。五、皮革工業(yè)：蛋白酶、脂肪酶除去毛發(fā)、油脂。六、生產(chǎn)化學(xué)原料：如胺基酸、乙醇、丙酮、乳酸、醋酸、淀粉等。柒、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用一、傳統(tǒng)育種與基因工程改造植物之差別傳統(tǒng)育種基因工程改造植物1.耗時1.省時2.有遺傳學(xué)上的限制2.可自任何生物取得選殖基因3.不可有效的控制育種結(jié)果3.確實的殖入所需要的遺傳基因二、植物生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（一）抗殺草劑基因轉(zhuǎn)殖作物。（二）利用生物技術(shù)增加作物之固氮能力。（三）抗蟲基因轉(zhuǎn)殖作物。（四）抗寒作物。（五）抗逆境作物。（六）改進作物質(zhì)量。1.增加蛋白質(zhì)含量2.增加植物組織中人體必需氨基酸的含量3.增加作物之營養(yǎng)價值4.增加飼料的消化性能5.藥用植物之發(fā)展（七）植物成熟期調(diào)整及增加收獲后之耐貯性等，如1994年美國加州基因公司（calgene）所開發(fā)的生技西紅柿（Bio-tomato）（注18），使具有耐儲藏的特性。三、動物生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（一）增加牛乳、肉、蛋及飼料作物的產(chǎn)量。（二）禽、畜牧的預(yù)防及治療。（三）改進畜產(chǎn)品的質(zhì)量1.如利用遺傳工程生產(chǎn)低膽固醇的蛋。2.利用遺傳工程減少豬肉的脂肪含量等。（四）利用遺傳工程生產(chǎn)特殊蛋白質(zhì)1.利用動物轉(zhuǎn)殖基因技術(shù)，培育基因轉(zhuǎn)移動物，如使牛能在牛乳中生產(chǎn)胰島素或荷爾蒙。2.利用羊奶生產(chǎn)人類之凝血因子。（五）利用動物胚胎技術(shù)加速純系動物之繁殖效率。（六）利用生技產(chǎn)品來增加禽畜之生產(chǎn)效能。四、微生物生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（一）醱酵技術(shù)1.醱酵的目的（1）食品保存（2）增加食物之營養(yǎng)價值（3）改進食物之風(fēng)味（4）生產(chǎn)微生物細(xì)胞、酵素、代謝產(chǎn)物等2.醱酵的種類（1）傳統(tǒng)的醱酵（2）生物反應(yīng)器（二）微生物生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用1.生物防治微生物之生產(chǎn)2.固氮菌之生產(chǎn)3.反芻動物有益腸內(nèi)菌的生產(chǎn)4.動物荷爾蒙或胰島素之生產(chǎn)5.乳酸菌的生產(chǎn)（三）微生物生物技術(shù)在食品工業(yè)上的應(yīng)用1.改進醱酵食品的質(zhì)量2.發(fā)展新的加工食品3.改進食品的安全4.食品安全檢驗技術(shù)的應(yīng)用（四）微生物生物技術(shù)在環(huán)境保護上的應(yīng)用1.生物分解作用2.有毒物質(zhì)之分解捌、與生物技術(shù)相關(guān)的行業(yè)一、與農(nóng)業(yè)相關(guān)的行業(yè)酵素、食品添加、飼料、動植物育種、農(nóng)藥、疫苗、植物荷爾蒙、肥料、病害診斷等。二、其他相關(guān)行業(yè)質(zhì)量管制、動植物檢疫、制造業(yè)、生產(chǎn)業(yè)、信息系統(tǒng)業(yè)、市場營銷、行政管理。玖、生物技術(shù)與人文生物科技的進步，帶給人類美麗的遠(yuǎn)景，也帶來潛在的和未知的危險。所謂「水可載舟，亦可覆舟」，生物科技對生態(tài)和社會可能造成的好處與風(fēng)險都需要仔細(xì)評估。有關(guān)社會、法律、生態(tài)、倫理道德等方面的問題都需要未雨綢繆。一、潛在危險（一）操作過程的潛在危險在微生物遺傳工程的操作過程，可能會制造出危險的有毒生物、廢棄物，或者發(fā)生微生物逸出事件。為了防止事件的發(fā)生，需制定嚴(yán)格的安全規(guī)則和周密的隔離措施。（二）遺傳工程產(chǎn)物的潛在危險遺傳工程產(chǎn)物具有潛在的危險性和副作用，長期使用是否會有后遺癥？又如用來生產(chǎn)胰島素和生長激素的大腸菌，如果回到人體。將是禍害無窮，因為過多的胰島素及生長激素對人體是有害的?；蜣D(zhuǎn)殖食物可能引起生病、過敏等。二、社會觀點看生物技術(shù)醫(yī)療技術(shù)、新品種生物的專利，是否會造成壟斷？貧富不均造成資源享用的不公平（有錢人可做基因轉(zhuǎn)殖）；生物科技是否對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生排擠作用？這些都是整個社會的問題。當(dāng)1970年，美國展開鐮刀型細(xì)胞貧血癥篩檢工作，協(xié)助人民發(fā)現(xiàn)自己潛在的疾病。但是有些美國的非洲后裔青年因帶有此病基因，被保險公司拒絕投保，有的無法進入空軍官校或航空公司工作等，顯現(xiàn)可能造成無意的傷害或基因歧視。三、倫理觀與法律觀看生物技術(shù)所有基因工程發(fā)展的產(chǎn)物，實際上都伴隨著倫理和法律問題。諸如：（一）沖擊倫理關(guān)系人如果可以復(fù)制，人類社會的倫理關(guān)系，例如親子、夫妻關(guān)系將受到嚴(yán)重影響。試管嬰兒技術(shù)為許多無法生育的夫婦帶來希望。但父親、代理孕母、母親等關(guān)系復(fù)雜，會帶來不少倫理和法律的問題。（二）誰有權(quán)利人類基因體的完成，將開啟基因診斷與治療發(fā)展的大門，同時它也產(chǎn)生了倫理與法律問題，譬如誰有權(quán)利檢視他人的基因體（隱私權(quán)）？如何使用這些遺傳信息？個人的基因體是否影響到職業(yè)選擇的公平性？保險公司是否可以拒絕基因組圖中有致命遺傳疾病基因的人投保？四、生物技術(shù)的生態(tài)風(fēng)險和對生物演化的影響轉(zhuǎn)殖生物其實是人類創(chuàng)新的新生物，可能會加速生物的演化，影響原有的生態(tài)系。轉(zhuǎn)殖生物可能發(fā)生下列變化：（一）轉(zhuǎn)殖生物可能發(fā)生突變，產(chǎn)生超出人類預(yù)期的影響。（二）轉(zhuǎn)殖生物可能產(chǎn)生基因的擴散抗殺草劑植物在自然界可藉傳粉作用，將基因四處散播，野草可能會獲得此抗殺草劑基因，成為抗殺草劑的野草，使殺草劑失去殺草的功效。（三）轉(zhuǎn)殖生物可能產(chǎn)生超級植物抗病蟲害植物可抗病蟲害，將在自然界成為超級植物，大量繁殖形成生態(tài)的大災(zāi)難?？赡芙档蜕锲绠惗?，不利生態(tài)的平衡。（四）人成為生物演化的力量之一，是相當(dāng)危險的人類的科技固然進步很多，但對生命現(xiàn)象的了解仍然有限，對演化與自然平衡的機制仍未能全盤掌握，冒然的改造生物基因，對未來生命世界的影響，仍是個未知數(shù)。如果是不好的影響該怎么辦？！五、人類對生物技術(shù)應(yīng)有的態(tài)度總之，就目前的基因工程發(fā)展而言，一切尚在人類的掌握中，未曾有嚴(yán)重危險事件發(fā)生，人類對生物技術(shù)應(yīng)有的基本態(tài)度應(yīng)該是：（一）生物技術(shù)是以服務(wù)人類為原則。（二）必須尊重人權(quán)、平等和隱私。（三）誡慎小心，未雨綢繆。（四）應(yīng)與自然界的生物共存共榮，不應(yīng)過度干預(yù)自然法則。

〔注1〕原核細(xì)胞原核細(xì)胞為不具細(xì)胞核構(gòu)造的細(xì)胞，這是相對于真核細(xì)胞的名詞。原核細(xì)胞攜帶遺傳情報的DNA呈環(huán)狀，以裸露狀態(tài)存于細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）中。相對地，真核細(xì)胞的DNA則包在細(xì)胞核中。此外，原核細(xì)胞沒有粒線體、葉綠體、高爾基氏體（Golgibody）等真核細(xì)胞可見的各種胞器（organelle），即使以電子顯微鏡觀察，細(xì)胞質(zhì)部分也看不到清楚的構(gòu)造。生命演化過程中出現(xiàn)的原始細(xì)胞可能是原核細(xì)胞，現(xiàn)存于地球上的所有生物，可能均源自30億年以前誕生的原核細(xì)胞。由原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，可大分為「細(xì)菌」（真細(xì)菌）與「原始細(xì)菌」（archaebacteria）兩群。原核生物主要包含由一個細(xì)胞構(gòu)成一個個體的「單細(xì)胞生物」，細(xì)胞通常為1～10微米大，最近則發(fā)現(xiàn)由一個100微米以上細(xì)胞所構(gòu)成的巨大原核生物。〔注2〕細(xì)胞核細(xì)胞核為由雙重膜形成的胞器，真核細(xì)胞即因具有細(xì)胞核而得「真核」之名。細(xì)胞核為細(xì)胞中最顯著的構(gòu)造，通常一個真核細(xì)胞擁有一個細(xì)胞核。細(xì)胞核將攜帶遺傳情報的DNA包住。雙重膜的內(nèi)側(cè)膜稱為內(nèi)膜；外側(cè)膜稱為外膜，外膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。核膜上開有許多小孔（核孔），細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間的連絡(luò)，即透過核孔進行。真核細(xì)胞DNA的「轉(zhuǎn)錄」（transcription，DNA情報轉(zhuǎn)寫成mRNA），在核中進行。mRNA經(jīng)核孔來到細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中進行「轉(zhuǎn)譯」（translation，根據(jù)mRNA的情報，進行蛋白質(zhì)的合成）。不具細(xì)胞核的原核生物，不論轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)譯都在細(xì)胞質(zhì)中進行。真核細(xì)胞如何獲得細(xì)胞核仍不清楚。真核細(xì)胞的祖先可能因原核細(xì)胞的細(xì)胞膜向內(nèi)側(cè)縊縮，包住DNA，而形成細(xì)胞核?！沧?〕真核細(xì)胞真核細(xì)胞內(nèi)含有具雙重膜所包圍的細(xì)胞核，因此而得「真核」之名。真核細(xì)胞除了細(xì)胞核之外，還擁有高爾基氏體、葉綠體（若為植物）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum）等胞器，以及細(xì)胞骨架（cytoskeleton）。真核細(xì)胞的大小一般為5～100微米，比原核細(xì)胞大，有攜帶大量遺傳情報的DNA。原核細(xì)胞的RNA、蛋白質(zhì)與DNA同樣在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成；真核細(xì)胞攜帶遺傳情報的DNA則包在細(xì)胞核中，因此其RNA在細(xì)胞核中合成，蛋白質(zhì)則在細(xì)胞質(zhì)中合成。地球上廣見的動物、植物、真菌等均由真核細(xì)胞構(gòu)成。真核細(xì)胞在原核細(xì)胞出現(xiàn)20億年以后，大約15億年前出現(xiàn)，因攜帶遠(yuǎn)比原核細(xì)胞多的遺傳情報，任務(wù)并由胞器分擔(dān)，因此而可發(fā)展出復(fù)雜的功能。我們可以說，由于真核細(xì)胞這種優(yōu)秀細(xì)胞的誕生，地球上的生物遂得以多樣性的演化?！沧?〕基因基因是指細(xì)胞內(nèi)決定生物遺傳性狀的單位，這是孟德爾于1865年所提倡的概念。我們可以觀察到，細(xì)胞核中的染色體如孟德爾所提倡的基因般，分配到配子。摩根于1926年發(fā)表「基因?qū)W說」（genetheory），闡明基因排列在染色體上。細(xì)胞核中有核酸、蛋白質(zhì)等種種物質(zhì)；核酸是由核糖、磷酸、4種鹼基所形成的單純物質(zhì)，蛋白質(zhì)則是種類非常多的復(fù)雜分子，因此當(dāng)初預(yù)測基因的主體物質(zhì)可能是蛋白質(zhì)。1928年葛里菲斯將S型肺炎雙球菌（Diplococcuspneumoniae）加熱殺死后，加在R型肺炎雙球上，發(fā)現(xiàn)R型菌會轉(zhuǎn)變成S型菌的性狀轉(zhuǎn)換（transform）現(xiàn)象；1944年，歐茲華德．艾佛里發(fā)表，引起這種性狀轉(zhuǎn)換的物質(zhì)（遺傳物質(zhì)）為DNA。1952年赫西與杰斯利用噬菌體作實驗，證實遺傳物質(zhì)就是DNA?！沧?〕DNADNA為脫氧核糖核酸，是構(gòu)成基因的物質(zhì)，也是一種核酸。核酸為在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)的酸性物質(zhì)，因而得名。DNA分子由「脫氧核糖（deoxyribose）、磷酸、鹼基（base）組成的核苷酸單位」長長相連成２股，以同一軸為中心卷成螺旋狀的「雙螺旋構(gòu)造」。糖與磷酸形成外側(cè)的鏈（chain）部分，鹼基則朝向內(nèi)側(cè)。DNA的鹼基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）４種。華生和克里克根據(jù)鹼基的存在比發(fā)現(xiàn)，A與T為１對１、G與C為１對１，另外根據(jù)X光拍攝的DNA晶體結(jié)構(gòu)照片，于1953年發(fā)表DNA的雙螺旋構(gòu)造模型（華生－克里克模型）。2股DNA的鹼基以A與T、G與C的形式結(jié)合【稱作「鹼基對」（basepair）】，呈扭轉(zhuǎn)的梯子形狀，這個構(gòu)造可妥善說明基因的特微?！沧?〕DNA的復(fù)制遺傳物質(zhì)（geneticmaterial）DNA于細(xì)胞分裂時必須正確復(fù)制，分配到子細(xì)胞。復(fù)制時，DNA雙股間的鹼基鍵被切斷，成為2條單股的DNA。細(xì)胞內(nèi)有許多分別擁有A、T、G、C鹽基的核苷酸，這些核苷酸如同零件，對應(yīng)單股DNA的鹼基排列方式【鹽基序列（basesequence）】連接成新股DNA。DNA2股的鹼基序列并不相同，1股的鹼基序列為另1股鹼基序列的模板（template）。例如原股的鹼基序列為ATCTGA，復(fù)制股的鹼基序列是TAGACT。這種構(gòu)造彼此「互補」（complementary）。如此形成2條雙股DNA，每條雙股DNA由原來的1股DNA與新合成的1股DNA構(gòu)成，新形成的2條雙股DNA與原來的雙股DNA一模一樣。這種復(fù)制方法，稱作「半保留復(fù)制」（semi-conservativereplication）?！沧?〕染色體位于真核細(xì)胞細(xì)胞核中的DNA，與名為組織蛋白（histone）的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成細(xì)絲狀的「染色質(zhì)」（chromatin），染色質(zhì)無法以顯微鏡觀察。細(xì)胞分裂時，染色質(zhì)縮合（condensation）成粗繩狀，才可用顯微鏡觀察；這種繩狀構(gòu)造稱作「染色體」（chromosome），因容易被顯微鏡觀察用色素染上顏色，而得染色體之名。細(xì)胞分裂時能夠觀察到的染色體數(shù)，依生物種類而異，果蠅有8條，人類有46條。每條染色體由1條DNA分子構(gòu)成，人類的遺傳情報分布在46條染色體（46條DNA分子）上。將人類1個體細(xì)胞中的46條DNA全部連在一起，長可達(dá)2公尺。DNA與蛋白質(zhì)形成名為染色質(zhì)的復(fù)合體后，整齊摺疊，收納在直徑10微米左右的細(xì)胞核中?！沧?〕DNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯根據(jù)DNA的遺傳情報（亦即鹼基序列）制造蛋白質(zhì)時，首先須將DNA的鹽基序列轉(zhuǎn)寫成mRNA，再根據(jù)mRNA的鹼基序列實際合成蛋白質(zhì)。將DNA的情報轉(zhuǎn)寫成mRNA的過程稱作「轉(zhuǎn)錄」，由mRNA合成蛋白質(zhì)稱作「翻譯」。轉(zhuǎn)錄時，DNA鹼基序列會用來合成互補的mRNA?；パa的序列指鹼基與鹼基鍵結(jié)的序列，A與T（RNA為U）、G與C。假設(shè)DNA的序列為CAT，與DNA序列互補的mRNA序列為GUA。在轉(zhuǎn)譯的過程中，mRNA會與細(xì)胞內(nèi)名為核糖體的粒子結(jié)合，tRNA則會運來與mRNA「密碼子」對應(yīng)的胺基酸。胺基酸在核糖上逐漸連接，直到出現(xiàn)代表「終止」的密碼子。連接的胺基酸離開核糖體，摺疊成蛋白質(zhì)。〔注9〕RNARNA為核糖核酸，是核酸的一種，雖與DNA同樣以糖、磷酸、鹼基所形成的核苷酸為構(gòu)成單位，但RNA中的糖為核糖，4種鹼基中的A、G、C與DNA共通，T則被U【尿嘧啶（uracil）】取代。RNA是協(xié)助基因（DNA）制造蛋白質(zhì)的物質(zhì)，依角色不同，分為mRNA【信使RNA（messengerRNA）】、tRNA【轉(zhuǎn)移RNA（messengerRNA）】rRNA【核糖體RNA（ribosomalRNA）】３種。mRNA在根據(jù)的DNA基因情報合成蛋白質(zhì)時，扮演著傳遞胺基酸種類、順序等情報的角色，以１股DNA為模板而形成。指定蛋白質(zhì)情報的那股DNA，稱作「有意義鏈」（sensestrand）。tRNA于蛋白質(zhì)合成時，將胺基酸運到核糖體。構(gòu)成蛋白質(zhì)的胺基酸有２０種，不同的tRNA分別對應(yīng)不同的胺基酸。rRNA則是蛋白質(zhì)的合成場所－核糖體粒子?！沧?0〕遺傳密碼遺傳密碼（geneticcode）為決定蛋白質(zhì)胺基酸序列（aminoacidsequence）的DNA鹼基排列。雖然基因的主體為DNA，但實際形成生物體組織、進行體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的，卻幾乎全是蛋白質(zhì)。若說DNA為生物體的設(shè)計圖，蛋白質(zhì)就是實戰(zhàn)部隊，DNA的情報未轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)即不具意義。也就是說，DNA的遺傳情報（遺傳密碼）為制造蛋白質(zhì)的情報。蛋白質(zhì)為20種胺基酸以各種順序長長相連的物質(zhì)。制造蛋白質(zhì)時，哪個胺基酸以哪種順序排列，都由DNA的鹼基序列（basesequence）指定。也就是說，遺傳密碼為鹼基序列。密碼以字表示時，采用鹽基的縮寫-A、T、G、C。鹽基以3個為一組，指定1個胺基酸。3個1組的鹼基序列，稱作「密碼子」（coden）?！沧?1〕密碼子遺傳密碼以3個1組鹽基指定1個胺基酸，3個1組的鹽基序列稱作「密碼子」。顯示哪個密碼子對應(yīng)哪個胺基酸的表，稱作「遺傳密碼表」。雖然蛋白質(zhì)按照DNA的情報制造，但在制造前須先轉(zhuǎn)錄DNA鹽基為mRNA，蛋白質(zhì)實際上是依照mRNA的鹽基序列合成。〔注12〕基因重組技術(shù)基因重組技術(shù)為將某DNA片段插入其他DNA分子的技術(shù)，又稱作「DNA重組技術(shù)」。利用這種技術(shù)，可讓大腸桿菌專門制造人類細(xì)胞才能制造的蛋白質(zhì)?；蛑亟M技術(shù)的基本步驟如下：（1）溶掉具目標(biāo)蛋白質(zhì)基因的人類細(xì)胞，取出DNA；（2）以「限制酶」切斷DNA，制作目標(biāo)基因斷片；（3）將DNA斷片連接于「載體」DNA分子上；（4）將載有人類DNA的載體轉(zhuǎn)殖到大腸桿菌；（5）培養(yǎng)具備人類功能基因的大腸桿菌，該基因會制造目標(biāo)蛋白質(zhì)。大腸桿菌能夠簡單地大量培養(yǎng)，因此可以用基因重組技術(shù)有效生產(chǎn)胰島素等治療上有用的蛋白質(zhì)。利用基因重組技術(shù)，不僅可將基因轉(zhuǎn)殖到細(xì)菌，也可轉(zhuǎn)殖到動植物等真核生物的培養(yǎng)細(xì)胞。目前已培育出具備導(dǎo)入基因，而能使乳汁中帶有人類蛋白質(zhì)的「基因轉(zhuǎn)殖動物」（transgenicanimal）

〔注13〕限制酶限制酶為細(xì)菌用來切斷DNA的酵素，因在設(shè)限處切斷DNA而得限制酶之名；原是大腸桿菌等細(xì)菌用來切斷感染自己的噬菌體DNA，以自我防衛(wèi)的酵素。我們已在各種細(xì)菌找到各種限制酶。基因重組技術(shù)則利用限制酶，于目標(biāo)位置切斷DNA。像EcoRI、BamHI限制酶的切斷位置，即如下所示：EcoRI切斷位置GAATTCCTTAAGBamHI切斷位置GGATCCCCTAGG限制酶切斷的DNA由DNA連接酶連接。扮演剪刀角色的限制酶與扮演漿糊角色的DNA連接酶，為基因重組上不可或缺的工具?！沧?4〕載體載體指在基因重組技術(shù)上扮演「搬運基因」角色的DNA分子，主要載體有質(zhì)體（plasmid）、噬菌體（phage）、反轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）。細(xì)菌除了染色體DNA以外，還擁有若干小型環(huán)狀DNA，這些小型環(huán)狀DNA就是質(zhì)體。噬菌體（又稱為ba