From Gene to Recombinant DNA Technology

1-1 基因的組成 （Composition of Gene） DNA（deoxyribonucleic acid, 去氧核糖核酸） 基因是染色體上具特殊序列的DNA區段，由Adenine（腺嘌呤, A）、Guanine（鳥糞嘌呤, G）、Thymine（胸腺嘧啶, T）、Cytosine（胞嘧啶, C）等四種鹼基（base）與去氧核糖（deoxyribose）及磷酸根（phosphate group）所形成的〝去氧核糖核苷酸〞（deoxyribonucleotide）的聚合體（polymer）。

DNA 腺嘌呤去氧核糖核苷酸（A, adenine deoxyribonucleotide) 鳥糞嘌呤去氧核糖核苷酸（G, guanine deoxyribonucleotide） 胞嘧啶去氧核糖核苷酸（C, cytosine deoxyribonucleotide 胸腺嘧啶去氧核糖核苷酸（T, thymine deoxyribonucleotide）

DNA雙股螺旋結構

1-2 基因構造與基因密碼 （Gene Structure and Genetic Code） 完整的基因構造：起動子（promoter）、exon（表現子）與intron（隱藏子）等區域。 遺傳訊息由DNA傳遞至mRNA的過程，稱之為〝轉錄〞（transcription），這個過程是發生在細胞核中。 所形成的mRNA接著就被運送到細胞質中的內質網，開始蛋白質的合成，這個步驟稱為〝轉譯〞（translation）。

RNA（ribonucleic acid, 核糖核酸） RNA則是由Adenine（腺嘌呤，A）、Guanine（鳥糞嘌呤，G）、Uracil （脲嘧啶，U）、Cytosine（胞嘧啶，C）等四種鹼基（base）與核糖（ribose）及磷酸根（phosphate group）所形成的〝核糖核苷酸〞（ribonucleotide）的聚合體。

RNA 腺嘌呤核糖核苷酸（A, adenine ribonucleotide） 鳥糞嘌呤核糖核苷酸（G, guanine ribonucleotide） 胞嘧啶核糖核苷酸（C, cytosine ribonucleotide） 脲嘧啶核糖核苷酸（U, uracil ribonucleotide）

基因密碼對照表 胺基酸種類 基因密碼對照表 （縮寫） 相對應的基因密碼 丙胺酸 Alanine （Ala/A） GCU, GCC, GCA, GCG 白胺酸 Leucine （Leu/L） UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG 精胺酸 Arginine （Arg/R） CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG 離胺酸 Lysine （Lys/K） AAA, AAG 天門冬醯胺酸Asparagine （Asn/N） AAU, AAC 甲硫胺酸Methionine （Met/M） AUG 天門冬胺酸Aspartic acid （Asp/D） GAU, GAC 苯丙胺酸Phenylalanine（Phe/F） UUU, UUC 半胱胺酸 cysteine Cys/C UGU, UGC 脯胺酸 Proline （Pro/P） CCU, CCC, CCA, CCG 谷胺酸鹽 Glutamine （Gln/Q） CAA, CAG 絲胺酸 Serine Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC 麩胺酸 Glutamic acid （Glu/E） GAA, GAG 蘇胺酸Threonine （Thr/T） ACU, ACC, ACA, ACG 甘胺酸 Glycine （Gly/G） GGU, GGC, GGA, GGG 色胺酸 Tryptophan （Trp/W） UGG 組織胺酸 Histidine （His/H） CAU, CAC 酪胺酸 Tyrosine （Tyr/Y） UAU, UAC 異白胺酸 Isoleucine （Ile/I） AUU, AUC, AUA 纈胺酸 Valine （Val/V） GUU, GUC, GUA, GUG 起始密碼 （START） 終止密碼 （STOP） UAG, UGA, UAA 基因密碼對照表

圖1.4 Somatostatin （體制素）形成的圖示。（圖中的號碼代表胺基酸的相對位置。） 圖1.5 Somatostatin SS-14的基因密碼與轉譯後之胺基酸序列。

1-3 重組DNA技術與蛋白質的表現（Recombinant DNA Technology and Protein Expression） 以RNA當作模版的DNA聚合酶來合成與此mRNA相對應的DNA，稱為〝complementary DNA〞（cDNA, 互補DNA）。 用限制酶與接合酶將此特定的cDNA接入〝質體〞（plasmid）中。 質體最初是在細菌中被發現的，屬於細菌染色體外的遺傳物質具有雙股螺旋的環狀結構。

圖1.6 細菌的染色體與質體。

圖1.7 細菌的質體可複製並轉移至子代細菌中。

圖1.8 載體的圖示範例（Invitrogen公司所銷售的載體）。

圖1.9 重組DNA技術的簡單圖示。

重組DNA技術Recombinant DNA Technology

圖1.10 以含有外來基因的質體表現出此基因的蛋白質產物。

1-4 重組DNA技術在商業化方面的應用 （The Applications of Recombinant DNA Technology on Product Commercialization） Genentech公司利用重組DNA技術（Recombinant DNA technology），成功研發出第一個重組人類胰島素（recombinant human insulin, rHI; 商業名稱：Humulin），在西元1982年獲得FDA核准銷售並且由Eli Lily藥廠量產。

重組DNA技術商業化的應用 研發新藥和更安全的疫苗。 治療某些遺傳性疾病、控制病毒傳染的疾病、抑制發炎。 發展生物性農藥、增加農產量並降低成本。 延緩食物腐敗的速度、降低某些食品的致敏性並且增加食物的營養成份。 研發可生物分解的塑膠（biodegradable plastic）、減少水及空氣的污染。