一、DNA
DNA(為英文 Deoxyribonucleic acid的縮寫),又稱脫氧核糖核酸,是染色體的主要化學成分,同時也是基因組成的,有時被稱為“遺傳微粒”。DNA 是一種分子,可組成遺傳指令,以引導生物發育與生命機能運作。主要功能是長期性的資訊儲存,可比喻為“藍圖”或“食譜”。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合 物,如蛋白質與RNA所需。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因,其他的DNA序列,有些直接以自身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現。
二、RNA
核糖核酸(簡稱RNA),英文為RiboNucleic Acid,由至少幾十個核糖核 苷酸通過磷酸二酯鍵連接而成的一類核酸,因含核糖而得名,簡稱RNA。RNA普遍存在于動物、植物、微生物及某些病毒和噬菌體內。RNA和蛋白質生物合成 有密切的關系。在RNA病毒和噬菌體內,RNA是遺傳信息的載體。RNA一般是單鏈線形分子;也有雙鏈的如呼腸孤病毒RNA;環狀單鏈的如類病毒 RNA;1983年還發現了有支鏈的RNA分子。
三、基因
基因——有遺傳效應的DNA片斷,是控制生物性狀的基本遺傳單位。
基因有兩個特點,一是能忠實地復制自己,以保持 生物的基本特征;二是基因能夠“突變”,突變絕大多數會導致疾病,另外的一小部分是非致病突變。非致病突變給自然選擇帶來了原始材料,使生物可以在自然選擇中被選擇出最適合自然的個體。
四、DNA技術
DNA的內部結構和遺傳機制的秘密一點一點呈現在 人們眼前,特別是當人們了解到遺傳密碼是由RNA轉錄表達的以后,生物學家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密,而是開始在分子的水平上去干預生物的遺傳特 性。
如果將一種生物的DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去,將DNA重新組織就可以按照人類的愿望,設計 出新的遺傳物質并創造出新的生物類型。這種做法就像技術科 學的工程設計,按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”,“組裝”成新的基因組合,創造出新的生物。這種完全按照人 的意愿,由重新組裝基因到新生物產生的生物科學技術,就稱為“基因工程”,或者說是“遺傳工程”。
五、轉基因技術
將人工分離和修飾過的基因導入到生物體基因組中,由于導入基因的表達,引起生物體的性狀的可遺傳的修飾,這一技術稱 之為轉基因技術(Transgene technology)。人們常說的"遺傳工程"、"基因工程"、"遺傳轉化"均為轉基因的同義詞。經轉基因技術修 飾的生物體在媒體上常被稱為"遺傳修飾過的生物體"(Genetically modified organism,簡稱GMO)。
六、基因突變
突變,在生物學上的含義是指細胞中的遺傳基因(一般指DNA或RNA,對動物而言包括細胞核與線粒體中的,植物則還包括葉綠體中的)發生永久的改變。
原因可以是細胞分裂時遺傳基因 的復制發生錯誤、或受化學物質、射線、或病毒的影響。
突變通常會導致細胞運作不正常、或細胞死亡,甚至可以在較高等生物中引發癌癥。但同時,突變也被視為物種進化的推動力: 不理想的突變會經天擇過程被淘汰,而對物種有利的突變則會被累積下去。中性的突變對物種沒有影響而逐漸累積,導致間斷平衡。
七、基因工程
基因工程genetic engineering又稱基因拼接技術和DNA重組技術,是以分子遺傳學為理論基礎,以 分子生物學和微生物學的現代方法為手段,將不同來源 的基因(DNA分子),按預先設計的 藍圖,在體外構建雜種DNA分子,然后導入活細胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。基因工程技術為基因的結構和功能的研究提 供了有力的手段。
基因工程是生物工程的一個重要分支,它和細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程共同組成了生物工程。所謂基因 工程(genetic engineering)是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術,是將外源基因通過體外重組后導 入受體細胞內,使這個基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯表達的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質——DNA大分子提取出來,在離 體條件下用適當的工具酶進行切割后,把它與作為載體的DNA分子連接起來,然后與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中,以讓外源物質在其中“安家 落戶”,進行正常的復制和表達,從而獲得新物種的一種嶄新技術。
八、染色體
細胞核內由核蛋白組成、能用堿性染料染色、有結構的線狀體,是遺傳物質基因的載體。
在生物的細胞核中,有一種易被堿性染料染上顏色的物 質,叫做染色質。染色體只是染色質的另外一種形態。它們的組成成分是一樣的,但是由于構型不一樣,所以還是有一定的差別。染色體在細胞的有絲分裂間期由染 色質螺旋化形成。用于化學分析的原核細胞的染色質含裸露的DNA,也就是不與其他類分子相連。而真核細胞染 色體卻復雜得多,由四類分子組成:即DNA,RNA,組蛋白(富有賴氨酸和精氨酸的低分子量堿性蛋白,至少有五種不同類型)和非組蛋白(酸性)。DNA和 組蛋白的比例接近于1:1。
正常人的體細胞染色體數目為23對,并有一定的形態和結構。染色體在形態結構或數量上的異常被成為染色體 異常,由染色體異常引起的疾病為染色體病。現已發現的染色體病有100余種,染色體病在臨床上常可造成流產、先天愚型、先天性多發性畸形、以及癌腫等。染 色體異常的發生率并不少見,在一般新生兒群體中就可達0.5%~0.7%,如以我院平均每年3000新生兒出生數計算,其中可能有15~20例為染色體異 常者。而在早期自然流產時,約有50%~60%是由染色體異常所致。染色體異常發生的常見原因 有電離輻射、化學物品接觸、微生物感染和遺傳等。臨床上染色體檢查的目的就是為了發現染色體異常和診斷由染色體異常引起的疾病。
九、蛋白質
蛋白質是一種復雜的有機化合物,舊稱“朊”。組成蛋白質的基本單位是氨基酸,氨基酸 通過脫水縮合形成肽鏈。蛋白質是由一條或多條多肽鏈組成的生物大分子,每一條多肽鏈有二十~數百個氨基酸殘基不等;各種氨基酸殘基按一定的順序排列。蛋 白質的氨基酸序列是由對應基因所編碼。除了遺傳密碼所編碼的20種“標準” 氨基酸,在蛋白質中,某些氨基酸殘基還可以被翻譯后修飾而發生化學結構的變化,從而對蛋白質進行激活或調控。多個蛋白質可以一起,往往是通過結 合在一起形成穩定的蛋白質復合物,發揮某一特定功能。產生蛋白質的細胞器是核糖體。
蛋白質(protein)是生命的物質基礎,沒有蛋白質就沒有生命。因此,它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯系在一 起的物質。機體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與。蛋白質占人體重量的16.3%,即一個60kg重的成年人其體內約有蛋白質9.8kg。 人體內蛋白質的種類很多,性質、功能各異,但都是由20多種氨基酸按不同比例組合而成的,并在體內不斷進行代謝與更新。被食入的蛋白質在體內經過消化分解成氨基酸,吸收后 在體內主要用于重新按一定比例組合成人體蛋白質,同時新的蛋白質又在不斷代謝與分解,時刻處于動態平衡中。因此,食物蛋白質的質和量、各種氨基酸的比例, 關系到人體蛋白質合成的量,尤其是青少年的生長發育、孕產婦的優生優育、老年人的健康長壽,都與膳食中蛋白質的量有著密切的關系。
蛋 白質是由C、H、O、N組成,一般蛋白質可能還會含有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等。
十、細胞
細胞是由膜包圍著含有細胞核(或擬核)的原生質所組成,是生物體的結構和功能的基本單 位,也是生命活動的基本單位。細胞能夠通過分裂而增殖,是生物體個體發育和系統發育的基礎。細胞或是獨立的 作為生命單位,或是多個細胞組成細胞群體、組織、器官,進而各部分相互作用、相互配合,具有一定的結構及功能,形成系統和個體(動物,主要為人體);細 胞還能夠進行分裂和繁殖;細胞是遺傳的基本單位,并具有遺傳的全能性(但在基因的表達上,具有選擇性)。
十一、干細胞
干細胞(stem cells,SC)是一類具 有自我復制能力(self-renewing)的多潛能細胞,在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。
干細胞有兩種分類方法,一是 根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞(embryonic stem cell,ES細胞)和成體干細胞(somatic stem cell)。第 二種分類方法是根據干細胞的發育潛能分為三類:全能干細胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干細胞 (pluripotent stem cell)和單能干細胞(unipotent stem cell)。胚胎干細胞的發育等級較高,是全能干細胞,而 成體干細胞的發育等級較低,是多能或單能干細胞。
十二、克隆
克隆是英文"clone"或"cloning"的 音譯,而英文"clone"則起源于希臘文"Klone",原意是指幼苗或嫩枝,以無性繁殖或營養繁殖的方式培育植物,如扦插和嫁接。在大陸譯為“無性繁殖”在臺灣與港澳一般意譯為復制或轉殖或群殖。中文也有更加確切的詞表達克隆,“無性繁殖”、“無性系化”以及“純系化”。
克隆是指生物體通過體細胞進行的無性繁殖,以及由無性繁殖形成的基因型完全相 同的后代個體組成的種群。通常是利用生物技術由無性生殖產生與原個體有完全相同基因組織后代的過程。科學家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆,這門生物技術叫克隆技術,其本身的含義是無性繁殖,即由同一個祖先細胞 分裂繁殖而形成的純細胞系,該細胞系中每個細胞的基因彼此相同。
克隆也可以理解為復制、拷貝,就是從原型中產生出同樣的復制品,它的 外表及遺傳基因與原型完全相同。時至今日,“克隆”的含義已不僅僅是“無性繁殖”,凡是來自同一個祖先,無性繁殖出的一群個體,也叫“克隆”。這種來自 同一個祖先的無性繁殖的后代群體也叫“無性繁殖系”,簡稱無性系。簡單講就是一種人工誘導的無性繁殖方式。但克隆與無性繁殖是不同的。無性繁殖是指不經過 雌雄兩性生殖細胞的結合、只由一個生物體產生后代的生殖方式,常見的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、莖、葉等經過壓條或嫁接等方式產生新個 體也叫無性繁殖。綿羊、猴子和牛等動物沒有人工操作是不能進行無性繁殖的。克隆羊多利也是克隆的產物。關于克隆的設想,我國明代的大作家吳承恩已有精彩的 描述——孫悟空經常在緊要關頭拔一把猴毛變出一大群猴子,這當然是神話,但用今天的科學名詞來講就是孫悟空能迅速的克隆自己。從理論上講,猴子毛含全部脫 氧核糖核酸序列,也就是可以克隆,但是事實上,我們的技術沒有先進到這樣的地步。