生化科技革命Version 1.0
3.1 前言
3.2 基本概念介紹：生物→繁衍→遺傳→→細胞→染色體→DNA
3.3 生命的密碼---DNA，是什麼？有何重要性？
DNA結構及特色：Watson-Crick的雙螺旋結構；分子互補；DNA變性
3.4 解讀生命的執行者---RNA
3.5 生命舞台的主演者---蛋白質
3.6 DNA、RNA、蛋白質三者之關係---顯示出DNA的重要性
轉錄（Transcription）：由DNA製造出RNA的過程
轉譯（Translation）：由RNA製造蛋白質的過程
胺基酸手牽手團體舞
3.7 其他重要生物分子
細胞膜
碳水化合物
賀爾蒙
¤3.8 重要生物技術的簡介
1. 限制酵素的使用
2. 發酵技術
3. 基因重整技術
4. 表現序列標籤（Expressed Sequence Tag, EST）
5. 製造複製動物物的技術
（精子＋卵子）→ 受精卵 → 幹細胞 → 胚胎 → 細胞分化 → 各式不同功能細胞出現。
6. 在解開人類基因的DNA定序
¤DNA生物技術之應用
3.9 在農業上
經濟作物-蘭花的改良
基因槍的應用在植物改良
農業用的微生物製劑
3.10 在環保上
¤在人體上
3.11老化基因的探討？細胞可活到永遠？自由基與抗氧化物。
3.12 突變及單點基因多型性的影響
單點基因多型性
3.13 導致疾病的基因，及基因療法及DNA療法：
亨汀頓舞蹈症
乳癌基因
癌症及癌症基因
基因治療法
阿茲海默症
3.14 其他基因的搜尋
近視
抗輻射線照射的細菌基因
消除膽固醇的基因
暴力基因
氣喘的遺傳基因發現
肥胖基因
快樂基因
3.15 DNA指模：犯罪證據檢測，親子鑑定，千古奇案的現代觀。
DNA指模鑑定基本原理
犯罪的DNA鑑定
DNA鑑定洩漏美國柯林頓總統的桃色事件
親子鑑定
末代王朝的懸案---俄國沙皇尼古拉二世死亡之謎
3.16 複製動物的應用：桃莉羊，畜寶牛，豬身人心，CC貓等。
3.17部分複製人類器官：幹細胞的重要性”不再是上帝造人”，生物製的人類器官。
胚胎性幹細胞
利用山羊培育人類部分基因
培養帶有人類近傳基因的豬
3.18 快速偵測、疾病利器：DNA晶片、蛋白質晶片（發燒晶片，腸病毒晶片，蛇毒晶片等）
生物感測器（視覺，聞，味覺接受器等）
3.19利用DNA及蛋白質技術，尋找出新的藥物：基因體及蛋白體之研究
3.20基因對人起源歷史的貢獻
DNA序列比對人類考古學的新銓釋
由DNA生物科技看人類的起源
3.21 人類基因DNA專利大戰
如果我自身的DNA被別人專利了？
生化科技革命Version 1.0
3.1 前言
本書是希望能帶領對DNA科技在生化科技上的基本介紹，希望能學到一些紮實的基本知識。如同人體基因計畫，許多科學家原本當初認為是用最快、最新、最努力的方法進行，而預估出2005年可完成的事，但由於生化科技的日新月異結果，提前在2001年即達到預定目標，由此可看出生化科技進展不斷求新求變的驚人速度。學習新東西，尤其是科學方面的知識，對許多容是非常吃力的事，因為誰也不是天生就會這些不同東西，都是不斷接觸及學習而得來的。舉例而言，各位記得國中及高中時國文課的詩詞歌賦，及文言文解釋嗎？那些拗口的名詞解釋，對文學院學生而言，視為家常便飯，但是，對那些生化名詞，就如同外星人一般的受排斥，就無法接受？！事實上，藉由文學院學生的認知及其文筆傳播，更可帶領更多大眾學習一些生命的基本常識。更深入一層思考：如果對大學生都無法接受學習生化科技，更何況其他人？如同電腦科技在前幾年一樣，什麼叫CPU？DRAM？到目前大家都知道的普遍性。同樣道理，對法、商及管理學院學生亦同，尤其是將來要面對生化科技做為未來商機發展的人，更是需要具備有一些生化知識基礎。最近，南部某大學為此開設有關生物科技的企業管理課程，而引起國內的商業界注意。因此對本單元就具有相當的挑戰性，如何對不同人，對許多不同行的人，整理出不是宣傳廣告，而是使其具有對生命稍稍具有一點的基本常識介紹。
3.2 基本概念介紹：生物→繁衍→遺傳→→細胞→染色體→DNA
人類只是地球上一種物種，自古為了物種的繁衍，不斷上演著生存的故事。但是，到底是什麼物質，使相同物種再繁殖，而不會出現四不像的人類呢？為解答一些問題，就要以較科學的方法思考之。人類本身是由至少有六十兆的細胞組成，而不是在紅樓夢裏描述的，「男人是土做的，女人是水做的」一般。而細胞的長相，可以想像成像是粉圓一樣，粉圓中間有一顆較深色的東西，在人體的細胞中就叫做細胞核。負責「人之所以為人」的遺傳物質：染色體，就是藏在此處。如同其名，如要用顯微鏡看到這些物質，就要用顏料來染色才能見到，其形狀長的有點像大小不一的香腸一般。因此，每一顆的像粉圓的細胞，都有著人類的遺傳物質的染色體，而DNA則是組成這些染色體的基本成員之一。基於此認識後，就可以知道只要是人體的的東西，如毛髮或皮膚屑，原則上都可以偵測出DNA的。
人類這個物種有23對染色體，黑猩猩有24對，果蠅有4對。在人類中，其中的二十二對染色體，半數在兩兩成對的染色體中的一組，分別是來自雙親之一，而第二十三對則為性染色體，決定出性別，女性具有兩個X，男性則有一個X及一個Y染色體。除了DNA外，每個染色體亦包含蛋白質。那是為了能達到最大儲存訊息及最有次序排列，因此這些人類的DNA分子會緊緊圍著這些蛋白質纏繞並摺疊緊密堆積著，結果最後成為染色體的形狀。換句話說，每個細胞裡的DNA絲都在細胞核內緊密纏繞，並且濃縮個上千次，而這些DNA擠在直徑只有0．005毫米（mm，1 mm等於0.001公分）的人類細胞中的細胞核內。當整個DNA完全伸展開來時，一個細胞所含的DNA可以有兩公尺長。一個英文句點的大小，就可以包含至少兩、三百個細胞左右，或四百至六百公尺長的DNA。因此，將單一個人體內上百兆個細胞裡所有的DNA頭尾相連起來時，可以從地球到太陽來回約二十次。
在人體基因體計畫在2001年宣佈成功後，許多人都將攜帶人類DNA序列的染色體，比喻成一冊一冊的藏書，因此共有23套染色體百科全書。這些厚重的百科全書，只有字母而已，不代表任何意義，除了長度嚇人外，在每一書籍的基因組還看不出什麼任何劇情，多數的句子都是沒意義的胡言亂語，上百頁看來都在不斷反覆同樣的序列。甚至於有可能某一大斷的生命的字母排列，跟猩猩，蒼蠅，甚至酵母菌差別不大。因此，生命科學雖然是個金碧輝煌的圖書館，但包含著無價之寶，在目前現階段而言，要研究及探討這些只有字母的DNA，常被視為非常無聊的東西，需要一段相當長時間，來銓釋將其顯現出其代表的意義。也是因此，「DNA的研究」被稱為，二十一世紀的科學，許多研究大量的將投入來瞭解其中的奧秘。
各位有想過嗎？世界知名傳奇NBA籃球賽明星麥克喬登，黑人，身高超過200公分，體重超過136公斤。台灣的總統陳水扁，身高166公分，體重65公斤，雖然在身材及體重相差甚大，假定我們，把麥克喬登和陳水扁兩位的基因組DNA序列對齊並排著比較，將十分驚訝地發現，兩者都有著二十三對染色體。而且會有好長一段的DNA序列，兩人的字母都是相同的。事實上，得找上好幾千個字母，才會碰上兩條序列中，出現一個不同的拼法。任何兩個毫不相干的人，差不多每一千個鹼基裡，才會有一個不同。不管膚色，五官，高矮，人類之間均有極相似的DNA，因此才定義為人類這個物種，正如湯姆歷險記中，故事主角湯姆驚訝的發現：黑人流的血也是紅色，跟故事白人主角一樣是紅色的血，而懷疑著為何黑人被如此不平的待遇。人類DNA的相似性比起與血是紅色的事實，更突顯出對人類衝擊。
3.3 生命的密碼---DNA
對人類而言，去氧核糖核酸（DNA）有千萬兆個，但並非每個都有用，大多數的組成是垃圾DNA，據估計佔約90%。在數以萬計的DNA序列中，具有生物功能意義的DNA，即稱為基因（gene），許多不同基因組合成一個生命體，這些基因組合即叫做基因體（genome）。例如：在人類DNA找出一段DNA序列，控制及決定出人的眼睛的生長，這段DNA即叫眼睛的基因。而許多控制眼睛，鼻子，心，手腳生長基因組合成人類的基因體。事實上，即使在基因組內，大多數的組成亦是垃圾DNA，也就是不斷反覆的序列，沒有已知的功能，那很有可能是數億年以來人類不斷累積演化的成果。信不信由你，根據DNA基因比對的結果，黑猩猩的基因體，果蠅的基因體，甚至大腸桿菌的基因體比較，均與人類有相似DNA序列的組成，只是程度差異而已。例如：人類與黑猩猩在DNA層面上的相似性高達98.5%。
DNA最基本的架構可拆解為三個部分：環狀的碳水化合物，磷酸根離子（即可口可樂或是百事可樂的酸性物質），及鹼基。目前常聽到的四種字母組成DNA，這四種字母即是指其鹼基上不同的化學物質，包括腺漂呤（Adenine）、胞嘧啶（Cytosine）、鳥糞漂呤（Guanine）及胸腺嘧啶（Thymine），以A、C、G及T，是由其英文第一個字母的代表的簡寫。最重要的是，其中每個字母與另一條互補DNA上的另一個字母配對，因此「C總是與G相對，A則是對著T」，這種「鹼基對」的形成，就是DNA出名的階梯狀雙螺旋結構的主要構成物。這種結構在目前很容易在建築上看到，如有些天橋有著螺旋狀的階梯即是。這些踏板階梯鹼基對就像鹼基對一般；踏板旁邊的支撐物，就如同環狀的碳水化合物；階梯的扶手，如同DNA用著磷酸鹽（一種含氧及含磷的化學分子）連接著一樣，於是造成DNA為帶有負電荷的物質。在發現雙螺旋結構的過程中，由於華生及克立克的努力解開DNA化學分子結構，使遺傳學以跳躍式的此突飛猛進。為此，獲得了1962年的諾貝爾生理醫學獎，這種固定配對的關鍵因素，對於生物學也其有莫大的重要性。
雙股及互補，是DNA生物功能中兩大重要特色。整體而言，人類是由一個帶有四十六股（即二十三對染色體）核酸的細胞（即一個精子與一個卵子的結合），因此，細胞在分裂之前，其中的DNA基因指令必需複製，以便完整的說明指令，而可以進入每個細胞。當雙螺旋打開時，其中任一條都成為模板，由於雙股及互補的特色，由此生成新的DNA序列，會與原來的DNA完全相同，造成DNA個體數目會增多。雖然是很精確地進行DNA複製，但因DNA數量相當龐大，仍有可能發生錯誤的機會。接著，胚胎發育的奇蹟，分化出千萬兆個數目及功能不同的細胞，組合成各種組織及各類器官，彼此精密地協調運作，最後可逐漸發展一個人型，成為複雜的人類。嚴格一點來說，人類只不過是一堆不同化學分子作用組成的相當精密地生物體而已。
DNA結構及特色：華生-克立克的雙螺旋結構及DNA互補性質
假使單股的DNA便能利用其鹽基序列來攜帶生命的訊息，那麼，為何DNA需要雙股的結構？答案在於，DNA除了要儲存遺傳資訊外，它必須有辦法自我複製，而且要產生跟原來一模一樣的訊號，以便將父母親的遺傳物質傳送給子代細胞，然後再被每一個細胞所複製，使它能一輩子出現在子女全身的細胞之中。而DNA的雙股構造正是它自我複製的機制。華森在他親自撰寫、第一手報導發現DNA結構的《雙螺旋》一書中說到：「生物界裡的重要事物全是成雙成對出現的」。解釋DNA的雙股結構在自然的重要性。
DNA如何複製和自己完全相同的DNA次序呢？答案就在雙股DNA為互補的性質，亦即AT及CG特性的雙股DNA外，且此雙股的方向，彼此永遠是反向而行。當人體細胞內讀取DNA訊息時候，不論在哪一股DNA上工作，行進方向都是由前往後，對於雙股互補的DNA來說，某一股的「由前往後方向」恰與另一股的「由前往後方向」相反。再加上「G一定要配C，A一定要配T」的門當戶對關係，因此，可以確保在複製時，這兩股DNA之間鹽基配對的互補性質。如同早期鉛版印刷一般，所排用的簽字正好與所要文字的方向相反一般。每一股親代DNA就像一個格盤，只有帶著適當鹽基的DNA才能排列到另一股新的DNA上去，與形成一對鹽基對，就像面對面站著一般。換句話說，原來那股DNA上的每一個鹽基，都可以充作選擇適當核酸的模板，造成核酸單元會依次添加在新形成的那股DNA上。將所有雙股DNA分子，視為製造兩個完全相同的新分手的模板，並負責執行這個稱為「複製」（replication）的過程。因此，當新鹽基與舊股DNA的鹽基彼此手牽手、最後形成一條全新的DNA時，這種鹽基配對的規則，便確保了每一條全新的雙螺旋DNA分子，都是親代DNA分子的翻版。而所有的DNA，不論它是否帶有遺傳訊息，全都是利用這種方法複製的。
乍看之下，DNA所攜帶的訊息似乎有點太過模糊。由於DNA的雙股特性，且相互相反而行，任何一段DNA鹽基序列都可能是往前讀取或是往後讀取。因此，細胞究竟如何判斷哪一個方向的DNA序列才是正確的?基本上，鹽基的配對規則使得我們可以根據單股DNA的序列，堆測出另一股DNA的序列。由於鹽基都是以同一個角度分別自兩條蔓藤伸出，因此，負責讀取DNA鹽基序列的分子，便能夠藉由辨認這個角度，找出自己在每一股上的正確行進方向。除此之外，也有一些啟動因子的加入。
建構出組成生命的分子的順序究竟有多重要?這點可由蛋白質及DNA定序的先驅者英國的科學家桑格證實，他是有史以來能得到兩次諾貝爾獎的四個人之一，另外三位是居里夫人、鮑林及物理學家巴定。在一九六O年代的時候，桑格致力的定序法類似:「切下一個、決定一個」(divide-and-counter)。DNA序列的決定在那個時候，卻困難得多，其中不只是DNA上帶有數以千計的字母，同時DNA還是雙鏈，因此次序上，在那時候顯的相當的紊亂。
桑格在自己回憶裏提到了DNA定序的「連續反應中斷法」（chain termination），這個方法被桑格稱為「我這輩子最好的點子，不但有原創性，同時還極為成功」。直到今日，這方法還是自動DNA定序科技的化學基礎，也就是後來人體基因計畫中，解開DNA排列順序的基本方法。桑格是利用一條單般的DNA為模版，合成新的一股與之互補的DNA，在合成的過程中，把最後一個字母標上記號。新股DNA上的鹼基順序由模版DNA所決定：G總是與C配對，A則一定同T一塊。在加入鹼基及酵素合成新股之際，桑格還加入了經過改變的”雙去氧核甘”（dideoxynucleotide）。這種鹼基同正常的一樣，可以接在不斷加長的DNA新股上，但卻不能夠與接下來的鹼基形成鍵結，於是就停頓在那兒，造成訊號失落。同樣的步驟，以加入四種不同的雙去氧核甘分別重複，就產生有各種長度的DNA股混合。然後在凝膠上利用DNA的大小將這些片段分開，而在凝膠上形成階梯狀，就能讀出序列來。一九七七年，桑格及同事完成一個病毒的五千三百七十五個鹼基定序工作，顯示其方法容易操作。雖然對目前的科技而言，看起來像是由技術員操作的慣例結果，在當時，那可是有史以來第一個定出的病毒基因組DNA的完整序列，也是當時所定出最大的序列。同時，吉爾伯特及麥克森姆也發展出另一種DNA的定序法，因此吉爾伯特與桑格分享了1980年的諾貝爾獎;但桑格的方法還是較簡單，也更流行。
3.4 解讀生命的執行者---RNA
如何將一本只有DNA文字，但看不出意義的生物體百科全書解答出來呢？就是靠著RNA（核糖核酸）。這就好像二次大戰的解碼戰一般，在許多沒有意義的文字中，找出有意義的訊息。所以，RNA常被認為是DNA的跑腿者。與去氧核糖核酸最大差異之一，即多了一個氫氧基在糖的結構中。多了這一個物質，造成兩者之間的特色截然不同，甚至所對應的生物功能亦有十萬八千里的差距。生物的精巧，也在此表露無遺。也正由於此差異性，RNA分子對酸，鹼，及較高溫度的環境相當敏感而不穩定，會引發RNA斷成碎片，致使傳遞訊號脫落，而失去生物功能。例如，前幾年爆發的口蹄疫，即是一種RNA病毒。雖然傳播速度相當快，但只要稍加點熱大於攝氏65oC，就能使其失去生物活性，即可降低其活性，而不再橫行。同樣道理，這也解釋，為什麼在具百萬年的化石，大部分只能找到DNA，而非RNA或者蛋白質。正如所有中間者的角色一般，由於RNA的不穩定性及其多變的結構，也增加了研究RNA的困難度。DNA最大功能之一，即將其訊息轉化成生體所需的蛋白質或其他物質。因此，人類基因組上大多數基因的角色，是儲存製造數以千計蛋白質的指令，以建構身體並維持存活。將DNA解碼變成蛋白質的過程中，就會用上RNA當作中間物質，也是DNA的近親，但與DNA有一些主要的不同。RNA是單鏈的分子，不像DNA是雙鏈的聚合物。RNA也較不穩定，這是它成為短期信使的關鍵因素。
另一個重點是，前面提過，DNA是存在細胞核內，不會隨便跑出來的。可是酵素及許多蛋白質則是在為細胞核外，之間的傳遞及運作的物質，就是靠RNA。另外，我們體內有幾十種不同特化型式的細胞，是由於細胞核內帶有的幾萬個基因受到精密的調節，不同的細胞各有特別的指令，而有不同的表現，因此，要告知哪些基因需要活化，就好比百科全書裡的頁面索引一般，需要被精確地找尋啟動，此一工作亦是靠RNA達成。例如，HIV的病毒在如何啟動在人體的的繁殖複製，主要就是靠一段RNA的調控，而不是DNA，這些都是RNA重要的功能之一。對於人類二十三對染色體上到底有多少基因？據最新報告顯示：在幾億個DNA序列中，人類實際的基因數目，只有三到四萬組，而人體的蛋白質就有五、六萬種。如何從雙股的DNA製造出單股的RNA呢？簡單的說，首先，基因必需從細胞核內纏繞的線團中解開，其次，某個稱為RNA聚合酵素會接在基因的前端，當雙螺旋解開時，聚合酵素就就順著基因前進，建造信使RNA的分子，具有與DNA忠實互補的序列，RNA經過編輯，除去任何無用的插入序列後，就離開細胞核進到細胞質，與一些稱為核糖體的大型蛋白裝置結合，逐漸組裝成新的蛋白質，而具有生物意義。
3.5 生命舞台的主演者---蛋白質
除了水以外，蛋白質是構成我們人類身體的佔最多的物質。皮膚、肌肉、血液等這些眼睛看得到的部分，都有蛋白質存在，就連肉眼難以直接觀察到的，推動身體內所有化學變化的酵素，酸甜苦辣，七情六慾，也是蛋白質作怪的後果。即使人類之間的DNA有很高的相似性，為什麼人類的皮膚、頭髮有各種不同的顏色，鼻子大小也不一樣呢?這些問題的解答，都要由蛋白質的生合成談起。要知道蛋白質就要從氨基酸先下手，因為氨基酸是蛋白質的主要成分。首先就是耳熟能詳的氨基酸，它是一種含有鹼及酸在同一分子上的物質。很矛盾吧，勢不兩立的兩個集團：酸和鹼，竟然是同時存在人體最重要的基本物質之中，因為將氨基酸手牽手形成化學鍵接在一起，成為很長的細絲，就叫做蛋白質，如果這個蛋白質又具有生物催化功能，即能以本身較少量的存在而造成另一物質的大量產生時，就叫酵素。例如：電視廣告中的「一匙靈」洗衣粉，含有酵素成分，因此，洗潔時用量較少，就是靠著酵素所作「小兵立大功」的事。
任何一個基因裡的DNA由三個字母所組成的代碼，都攜帶著二十種不同胺基酸其中之一的指令。譬如：CAG代表的是膠胺酸（glutamine）；TGC是半胱胺酸（cysteine）等。這些胺基酸依照某個基因的序列順序排在一起，經過一些生物轉譯機制，形成體內數以千計蛋白質中的一個，成為人體的基本建材。而蛋白質為何較引人注意最大原因，是因為他的存在表現。如同坊間流行的一個俚語，「凡走過必留下痕跡」一樣。不像DNA一般存在大於90%的所謂的垃圾DNA，人體大部分的症狀表現，直間或間接都與蛋白質有所牽連。換個角度看，即使某個基因存在人體中，但是沒有機會成為蛋白質而表現出其該有的生物意義，那段基因還是無用的。也因此，許多人致力於蛋白質的研究。
在日常生活中，也常常用到蛋白質的的特性，例如：燙頭髮來改變髮型的原理，就是靠蛋白質的變化（不是用矽膠固定的）。由於頭髮中蛋白質組成中，具有兩個硫原子接在一起的結構，主要是在固定形狀用的。因此，在頭髮中，當強迫形成所要的形狀時，會將兩個不同位置的含有一個硫分子的氨基酸，強迫使這兩個硫連接在一起，產生所謂的雙硫鍵，使其無法斷裂恢復成原來形狀，因此產生所要的卷髮或直髮的造型。
事實上，蛋白質在生物體最重要的功能之一，就是藉由它們身上的氨基酸排列的立體結構，去辨識其他分子的立體形狀。蛋白質，會改變與它們契合的分子結構。酵素的三度空間結構，會形成一些大小深淺不一的口袋或凹槽，如是是跟其相吻合分子會非常精準地套合在一起，一旦完成碰觸和辨認之後，緊接下來會發生什麼事，就看該酵素的所扮演的功能而定。譬如，有些酵素與分子結合後，會把分子內的嚼碎，讓破片離開，例如，細胞內的消化酵素，負責把大分子變成小分子。另外一些酵素則相反，它們會找出兩個小分子辨識後，將小分子連接在一起形成一條特殊鍵結，變成較大的分子。例如： DNA聚合酵素，能夠把兩個去氧核糖核酸，連接成一DNA分子。正如上述，並非所有的蛋白質皆為酵素。事實上，我們體內最最常見的蛋白質為膠原蛋白（collagen），這就是我們常拿來做果凍點心的主要原料。膠原蛋白會聚積在細胞問的空隙處。
另外，我們體內防止感染的免疫系統，也完全要視蛋白質彼此辨識的能力有多強而定。所有活著的生物，包括人類在內，對於其他小型生物而言，不過是生存繁殖的溫床而已。這些包括病毒、細菌、原生動物、酵母菌及黴菌等肉眼看不見的小生物，極有能力快速且完好無缺地闖人我們體內的細胞中，把我們當成美食：一如我們食用其他死去的動植物屍體般。人類的血液就會形成一套免疫系統，藉著一組細胞及分泌性蛋白質，快速並有效率地吞噬、殺死任何入侵的微生物，以抵擋入侵者。但使用此殺手瞷時，就需要靠蛋白質將入侵者的細胞做記號，此蛋白質就叫做免疫球蛋白（immunoglobulin）或是抗體（antibody）的蛋白質。我們的血液中帶有數百萬個免疫球蛋白，外來生物的表面分子鮮少能夠完全逃過所有免疫球蛋白的守衛。人體如何利用只攜帶約三萬個不同基因的基因組，製造出數百萬個不同的免疫球蛋白?答案是靠基因的重新組合排列。假設將人分成三等分：頭，身體，腳，現有兩個人來重新組合，因此就有2x2x2 = 8種，以此類推。每一個免疫球蛋白總是臥虎藏龍般在一些免疫系統細胞上，以檢驗血液中的外來者。當某個黏結在細胞上的特定免疫球蛋白，辨認出某個入侵物時，製造該免疫球蛋白的細胞便會受刺激而分裂，生出和原來一模一樣的細胞，並精確製造出同樣的免疫球蛋白，以便和入侵物相結合而吞噬之。例如： B型肝炎疫苗。其實疫苗就是一種蛋白質。在台灣人口中，大約有百分之八十曾經被B型肝炎病毒所感染，可說是全世界的高感染區，所以，政府單位特別將防治B型肝炎列為重點項目之一。被B型肝炎感染過的人，大部分都不會有明顯病症產生，但也有少數的人會變成急性、慢性肝炎，甚至於演變成肝癌而喪失生命所以。
向家喻戶曉的種牛痘。十八世紀的時候，天花會導致感染者快速死亡的傳染病。而一位英國醫生發現擠牛奶的女工比一般人不容易感染天花，因此發展出種牛痘以預防天花的方法。其原理是利用不會發病的病毒打入人體後，會刺激細胞，產生抵抗病毒的抗體。由於細胞已經習慣產生抗體，一旦有真正能致病的病毒侵入身體時，便能經而易舉地打敗外來的敵人。最早上市的疫苗是，以生物技術方法從血漿直接中抽取的。為求能夠得到大量生產的疫苗，於是就有以遺傳工程技術來製造，也就是所謂的遺傳工程疫苗的出現。目前科學家利用生物技術，將產生B型肝炎病毒蛋白質的DNA基因，以遺傳工程方法轉移到酵母菌細胞內，由於酵母菌可以快速增長，而且可控制只長出人類所需的蛋白質，於是酵母菌就成為製造B型肝炎疫苗的小型工廠了。目前也嘗試用機器來代替酵母菌，以減少製造過程中遭受生物體有害物污染的疑慮，於是有了「合成疫苗」。生物技術不止可用來生產B型肝炎疫苗，也可以製造其他的許多疫苗，如登革熱疫苗。
3.6 DNA、RNA、及蛋白質的三角關係
轉錄（Transcription）：由DNA製造出RNA的過程
DNA如同有一張生命藏寶圖，有著各式各樣的記號和指標，而RNA如同挖掘寶藏所需的，人手，器具，領隊及精確真正的地圖等等，去執行挖寶工作，經由真正地圖指示，挖掘所得出的寶藏，即蛋白質執行生物功能。因此，RNA的製造，是來執行生命的運作的啟使者。如何由DNA製造出RNA呢？
由DNA製造出RNA的過程，就叫做轉錄。就像把電視節目錄下來到錄影帶，才可以當作他用，如教學等。電視上撥的節目就像DNA，錄在錄影帶的節目，就如同RNA。性質接近，但存在不同物體中。RNA的轉錄，是以DNA為模版，靠一種名叫RNA聚合酵素（polymerase）的幫忙完成的。首先，在此段DNA的會有特殊序列，告訴並會吸引RNA聚合酵素的到來，當與DNA結合後，此RNA聚合酵素開始沿著基因DNA讀取時，它會扭轉DNA，使DNA的雙股稍稍分開後，會沿著一條稍微解開DNA做製造工作，由於所用的原料是核糖核酸，因此，當RNA聚合酵素上偵測到一個模版DNA的G鹽基時，它會從周圍漂懸的核糖核酸分子堆裡，抓出一個C鹽基，把它與模版DNA的G鹽基配對。同樣的，每遇到T鹽基，則找一個A鹽基。但是，當DNA序列中出現的是A鹽基時，配上的鹽基卻不是T，而是與它很類似的尿嘧啶（uridine），簡稱U，（此為RNA與DNA個最大的第二個差別所在）。RNA聚合酵素會繼續沿著模版基因DNA前行，一直抓取與模版互補的，將這些分子一個一個連串起來成RNA，最後，直到讀取到一小段在模版上的DNA代表停止的序列，RNA的製造才停止。
在人體，由於有許多垃圾DNA，因此需經修剪，才能真正表現出所製造需的蛋白質。因此，衍生更遠的意義：在有細胞核的物種，在一連串的垃圾DNA中，所轉錄出的RNA需要經過編輯，才能出現出有意義的基因執行者RNA的訊號，就能精準再製造所對應的蛋白質，如同拍電影一般，所拍出的毛片，是需要經過剪輯及修飾，才會成電影的正式作品。所拔除的掉多餘的RNA叫的插入子（intron）。把它們切斷，再把餘下的轉錄版各斷裂處重新連接好之後，這段經過編輯的RNA分子便不再帶有和原來的基因或是任何其他基因相同的監基序列了。此外，任何一段轉錄版的插入子，皆有多種不同的剪接方式，因此插入子在DNA句子中也成為意義分歧性的來源，它能趕在轉譯前，增加某基因代表意義的種類。按著，為保護這些編輯過的轉錄版不致破損，在每一個轉錄版的一端套上化學分子的保護套，另一端加上一條尾巴一串含A鹽基。最後，編裁好、戴帽梳妝好、現在稱為信使RNA的轉錄版，便可以準備送人細胞質，執行蛋白質的轉譯工作。
轉譯（Translation）：由DNA到RNA，再由RNA製造蛋白質的過程
為何這個轉譯功能這麼重要？因為基因的突變所造成的生物功能變化，可用此機制解釋。在文學中，中文、英文之間，由於兩者的性質非常不同，因此之間的轉換，就叫做翻譯。以此類推，將DNA的密碼轉成蛋白質的過程，就叫做轉譯。所以，胺基酸分子不能單靠自個兒的力量，是沒辦法組裝起來，因為它們的形狀並不符合與DNA鹽基配對的原則。每一個人身上每個細胞中都有遺傳基因，這是由父母傅下來的。如果父母傳下來的是黑頭髮的遺傳訊息，那麼依照這個DNA訊息，所合成的蛋白質，可以利用體內各種養分、原料進行化學反應，得到黑頭髮的顏色呈現黑色。事實上，真正跑腿者做出蛋白質，是RNA。因此，需要將DNA變RNA兌換成生物體所知的語言RNA來負責製造程序，但RNA產生，則要靠DNA的密碼才行。再細分RNA的執行功能中，分成：信使RNA（messages RNA，mRNA）、轉移RNA（transfer RNA，tRNA）、核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）。事實上，在執行功能時，mRNA就像訂單規格，tRNA就像機器，rRNA就像廠房，所生產出的產品即蛋白質。亦即，細胞就像一座小型工廠，遺傳基因如同工廠訂單，發出命令要製造指定的產品：蛋白質，於是工廠的員工依遺傳基因的指示，搬運特定的胺基酸原料，到特定的廠房，製造出各種蛋白質成品來。他們是怎麼合作產生出蛋白質？
簡單而言：DNA位於細胞核內，而蛋白質的合成卻是在細胞質中進行的。DNA依照它上面遺傳密碼的排列，先複製一小段傳訊RNA，傳訊RNA可穿過細胞核到細胞質來，結合在核糖體（這是一個龐大、複雜的rRNA及蛋白質集合體，可以專門捕捉傳訊RNA）上。另外一種稱為轉移RNA的物質便依遺傳密碼，利用轉移RNA將體內的胺基酸帶過來，並照順序連在一起，成為蛋白質。就這樣子，DNA上的遺傳密碼就表現在最終產物蛋白質上面。為了要準備連結成一個蛋白質分子，人體二十種胺基酸中，每一種都必須先附著在某個能與自己配合的小型RNA上做轉換，這種RNA稱作轉移RNA，扮演著機器製造，或是可以說，媒人婆的角色。每一個轉移RNA都擁有三個為一組的鹽基，而這三個鹽基又可以和信使RNA上的三個互補體鹽基，形成鹽基配對。轉譯之所以可以確保不出錯，就是在於每一個特定的轉移RNA只可能和一種胺基酸結合。不只如此，信使RNA上頭相對應的三個互補鹽基的密碼，也非常專一的只符合該種特定的胺基酸的tRNA，而無法取代。細胞質裡的酵素會辨識每一個轉移RNA，並將一個特定的胺基酸分子安裝在它的莖部。每一種轉移RNA都具有一組由三個不同的RNA鹽基所排成的序列，它位在其中一個圈狀物的外凸部位，這組三鹽基序列準確地預測了何種胺基酸的RNA可以與其相接。將會附著上該轉移RNA的莖部。
轉移RNA上的三鹽基組和胺基酸分子間的這種對應性，使得核糖體機器能夠很準確地把鹽基序列轉譯成胺基酸序列。，此外，信使RNA上每三個鹽基為一組的字組，稱為密碼子（codon）;而密碼子與胺基酸分子間的對照表，即是DNA上的遺傳密碼（genetic code）基本上，信使RNA上的密碼子共有六十四種可能的組合(4x4x4 ＝ 64，三個鹽基的關係)，由於每一個鹽基都有A、G、C或U這四種選擇。其中除了特定的三種組合之外，其他六十一種組合都可以成為某一種轉移RNA特定三字組合的互補序列。到了核糖體機器上，這六十一種三字組密碼子都能和某種特定的轉移RNA形成鹽基配對，並因此而找到一個特定的胺基酸分子。藉由這種鹽基配對法，裝配線終能按造信使RNA的鹽基序列，把一個個胺基酸分子排列串連在一起。多虧了這些每個都具有雙語能力、而且毫不含糊的轉移RNA，而使得轉譯動作圓滿達成，形成手牽手連接的蛋白質。
胺基酸手牽手團體舞
這個按照DNA密碼，把基因轉為蛋白質的過程，便是以轉移RNA、胺基酸接合物及信使RNA，進入核糖體裝配線為起點。每個核糖體能攜帶兩個安置了適當胺基酸的轉移RNA，然後和信使RNA上兩個連繽約三字組進行鹽基配對。此時被核糖體握住的這兩個轉移RNA上的胺基酸分子，忽然發現彼此靠得非常緊密，於是第一個胺基酸和第一個縛移RNA之間的佔學鍵斷裂開來，而改成和第二個胺基酸結合：不過這時候，第二個胺基酸依然維持它和第二個轉移RNA之間的鍵結。在化學鍵轉移了之後，第一個轉移RNA便不再和胺基酸分子相連，也不再適合留在核糖體上，．於是它立刻出局，而原來的位置則被第二個轉移RNA所取代。現在，第二個轉移RNA的尾部已經連著兩個胺基酸分子了。按著，核糖體很精準地以三鹽基為單位。沿著信使RNA的棘齒前行，而這種脫離機制裡的棘齒，就像是鐘錶裡的齒輪結構。當核糖體以三鹽基一步的方式在信使RNA上旅行時，它始終維持握住最新加人的那一個胺基酸分子。而每一個新進人核糖體機器的轉移RNA，都會把自己的胺基酸加到逐漸增長的蛋白質分子二端，而轉移RNA本身也成為這條增長中的蛋白質與核糖體機器之問的暫時連結物。利用這種方法，裝配線每增加一個新胺基酸到日漸增長的蛋白質分子鍊上，它就會拉出信使RNA接下來的三個鹽基。這種躍進，使得核糖體得以把帶著胺基酸的適當轉移RNA，配給信使RNA上的每個三字組：其中每躍進一步，便能為增長中的蛋白質分子添加一個適當的胺基酸。
基因的突變為何會造成疾病的產生，或是抵抗疾病等生物功能變化？可用上述的機制來解釋之。基因突變能提供釋疑的大好良機，我們可利用它來釐清細胞讀取自己DNA時的精妙之處。譬如說，「蛋白質組成需要由三個鹽基來變身」這件事意味著，在DNA的基因中添加或失落鹽基，即所謂的基因突變，對將會造成錯誤蛋白質的產生。不過，我們沒有辦法預測，失去一個胺基酸會對生成蛋白質所扮演的生物意義會造成什麼影響。增加或遺失一或二個鹽基對，或是少了幾個胺基酸，若不是在重要的表現區，雖然會依然製造出一個可能有點古怪、但是還不算離譜的蛋白質分子。它們可能會造成看不出異樣的表現型，但也可能造成一開始就能看出差錯的表現型。但是，如果是添增或遺漏在重要調節功能的DNA基因組內，將會製造出沒有活性或是活性不同、功能不同的蛋白質。有這種蛋白質比沒有還糟，像是鐮刀形紅血球貧血症。在纖維囊腫的例子裡，百分之七十患者具有的突變為失落三個特定鹽基，使得某關鍵字區上少了一個色胺酸分子。
所有的裝配線在進行轉譯過程時，都是從信使RNA中的AUG密碼子開始的。這個密碼子是甲硫胺酸的密碼，但同時也是轉譯過程的開啟點。因此，所有的蛋白質都以甲硫胺酸作為第一個胺基酸分子。信使RNA中的第一個AUG，能決定接下來的序列該如何被劃分為眾多密碼子，並且能固定所有後續密碼子的讀取格式。即使某個信使RNA裡多出或損壞了一或二個鹽基，但是轉譯裝配線卻仍然會照常滑過減少或多出的突變處，繼續每隔三個鹽基就放置一個胺基酸分子。結果是，從突變點開始，所有密碼子都將變調。舉例來說，假使下列訊息AUG - GAG - CAG - CUG - AAC中，從左邊數來第六個鹽基遺失了，那麼整個訊息將被徹底扭曲成為AUG – GA□- C - AGC - UGA - AC。像這樣的突變密碼將會製造出一個發育不全的新蛋白質分子。
增加或遺失一或二個鹽基在一段DNA基因內，有時會造成一大組蛋白質消失。因為該調節區若是同時提供服務給多個串連在一起的基因時，單個調節性突變就可能使得不只一個蛋白質遭到刪除。遺傳性的色盲即是最好的例子。我們的感光能力始於眼底三組細胞的網路。每一組細胞都充滿了不同的色素，能分別感受紅光、綠光或藍光。紅色素和綠色素的編碼基因位在X染色體上：凡是發生在紅色或綠色素基因上的無意義突變，都能造成其中一種常見的色盲。這類色盲通常發生在男性身上，患者無法完全辨識增添或缺少紅色或綠色時的色彩。像這樣的色盲，依舊有能力辨識藍與紅或藍與綠，因此他們可以看見一個打了折但依舊為彩色的世界。但是在另一種較罕見也較嚴重的色盲患者身上，突變則是發生在某個調節區負責同時控制合成紅及綠色素基因的信使RNA，這種色盲使得患者所面對的是一個藍灰色調的世界，沒法看見紅色、綠色或是任何其他色彩。
增加一大數目的鹽基在一段DNA基因內，也會對身體不同部位可以產生不同的影響。在基因組裡，常常可以見到一串串由C鹽基和G鹽基所形成的DNA序列，它們分布在整個基因組上，作為基因與基因之間的屏風。科學家又發現CCG這個序列會出現在許多基因之間，而該序列每次重複約三十到五十次不等。如假使在某個卵細胞或精細胞的X染色體上，製造了一條重複五十次或更多次的CCG字串，卻可能造成很危險的結果。因為在製造卵細胞時，該段重複將會一再倍增，最後變成數千個鹽基對那麼長。這麼一來，卵細胞的X染色體要擱帶這麼一串長得如病態的DNA重複序列，將非常困難，因為它的最末一條染色體橫紋得懸掛在一長串無用的垃圾DNA，造成鄰近的基因地無法進行適當的轉錄使其產生RNA及蛋白質，干擾了正常運作。因此便注定一出生就是X染色體易脆症的患者，而這種疾病常常伴隨智能不足的症狀。
總而言之，任何鹽基對序列，不論長度為何，都像是在發掘一種我們尚未能完全掌握其字義的書寫文字。即使當人類基因組的全部序列都翻譯成一長串英文字母一條長長的A、G、C、T名單，那也不過是一部遺傳字彙的辭典而已，其中的含意，還是難以推敲。因為，任何DNA文字從單個基因到整個基因組中的全套含意，只有在知道完整的鹽基對序列，同時也瞭解所有蛋白質三維結構的完整意義之後，才能算一窺其真正的生物意義。
3.7 其他重要生物分子
細胞膜
細胞膜是由油脂所組成，由於這層膜的保護，才免除細胞內物質的流失，但也是需要補充所需物質及排除一些有害產物。如進出口貨物需穿過海關一樣，要被檢查及控管一樣，因此，物質穿過細胞膜，是需要經過特殊管道，以維持細胞正常運作。細胞膜表面有許多蛋白質及離子管道，如同有飛機場有飛機場的海關站或水運有水運的海關站一般，只是在細胞膜中更多，更複雜，更有專一的海關站。同樣通過海關可以經由報關，稅管制進口一樣，維持所需及平衡市場。雖然許多一些RNA病毒或化學物質會被這層膜給擋住，但是有時也會經由一些管道通過細胞膜進入偷偷進入細胞，就如同但偷渡，夾帶物品一般，但如所夾帶物品為毒品，則危即社會一般。
碳水化合物
醣類是人體最重要，也是最健康,也是最便宜的能源。醣類是由碳,氫,氧三種元素所組合而成,故又稱為”碳水化合物”。醣類依其組成分子的繁簡,可分成單醣、雙醣和多醣類。單醣以六碳糖（即含六個碳原子者）較為重要，常見如葡萄糖、果糖和半乳糖，熱量主要是由葡萄糖氧化得來。至於果糖和半乳糖，也能在肝中會轉變為葡萄糖。雙醣即二分子單醣結合而成，包括蔗糖，麥芽糖，乳糖。蔗糖為糖的主要成份，以甘蔗，甜菜等作為原料；麥芽糖大多存在五穀類的幼芽中，米飯在嘴裏多嚼幾下會有甜味，就是飯中的澱粉被唾液中的酵素分解產生麥芽糖，乳糖則含於乳製品之中。多醣類是由多個葡萄糖分子聚合而成，是一種聚合物。種子中的澱粉及動物肝臟與肌肉中的肝醣，都屬於多醣類。多醣類分子要被使用，必須被消化成單醣或者雙醣類分子才可，另一種多醣類是纖維素，纖維素多存在於疏菜，水果之中，纖維素的化學鍵結方式和澱粉不同人體沒有酵素可以消化，所以它無法產生熱量供人體利用，但在人體中仍具有許多重要的生理功能，是其他的營養素所無法取代。除此之外，它能促進糞便的排泄，將體內廢物有效地排出體外，纖維透過調整從腸道到血液的營養吸收，減少脂肪攝取，以降低血膽固醇值，防止患上冠狀動脈心臟病。
現今坊間最熱門的養生抗癌食品，最著名的莫過於靈芝即冬蟲夏草了！這兩種食品中都含有大量的醣類分子。靈芝之中可提取二百餘種多醣類，其中約有十餘種的多醣類具有抗癌極抑癌作用，且科學家已經證實靈芝內含的多醣能促進人體免疫功能，產生大量和抗腫瘤有關的細胞激素，有助於消減突變細胞，降低轉形成惡性腫瘤的機率，同時改善藥物或放射腺治療引發的副作用，對腫瘤防治具有重要意義。冬蟲夏草更特別了，它是是一種寄生於昆蟲內的真菌，此類真菌在冬天實際生在昆蟲裡，再逐漸把昆蟲吃掉，轉化成自己所需要的養分，以產生自己的菌絲，最後在夏季成熟並破蟲而出。因為在外觀上就猶如蟲中有草，草鑲蟲中，所以又稱蟲草。冬蟲夏草除了含有許多的維生素及人體必須氨基酸之外，更含有許多重要的多醣類，這些多醣類讓冬蟲夏草具有抗疲勞，增強體能，強化性功能等用途，讓冬蟲夏草成為一溫和的養生補品。值得一提的是,多愛美的人士,想保持完美的身段而自己進行飲食控制，如：斷食，或只吃水果，或只吃蔬菜，不吃蛋白質及脂肪。當然我們不能說愛美是一種錯誤，但是過度而不當的節食減肥，對身體會造成無法擬補的傷害，宜謹慎為之。
賀爾蒙
除了上述分子，任何一個細胞要維持正常的生命，必須仰賴複雜的化學變化。我們日常生活以吃飯維生，所吃下的澱粉質飯食，經由酵素的分解成為葡萄糖，再進一步變成生命所需的能量。像這樣推動體內新陳代謝的功臣，除了酵素之外，還有許許多多物質，這些物質從人類一出生就開始工作，直到死亡牙停止。難道它們一生長期的工作，從不曾感到倦怠嗎?別擔心，造物者的安排就是這麼奇妙 人體中，會分泌出一種稱為荷爾蒙的生化物質，它們的任務有如在軍隊中激勵士氣的軍樂隊，可以刺激﹁身體工廠﹂規律而起勁的運作，地位十分重要。荷爾蒙叉川﹁激素﹂，是由各個內分泌腺體所分泌的化學物質，種類很多，像一個人長得多高、心跳多快，都是由荷爾蒙來控制，近代生物學家比較有興趣的是與生長有關的激素。西元一九六八年，科學家首度在視床下方發現了荷爾蒙，證貿這個部位是控制荷爾蒙分泌的中樞。後來，在西元一九七二年，更發現了在腦下垂體可分泌抑制生長激素的物質，以防生長激素分泌得太多，別以為生長激素愈多愈好，分泌過多會變成大巨人，分泌太少的話，會造成腦下垂體萎縮，這種人身材特別矮小，受傷、骨折時康復比較慢，也容易營養失調、肥胖。生長激素可以應用在家畜方面，例如牛隻注射了生長激素，母牛的泌乳量可增加百分之四十，體重則增百分之十七十五。羊注射表皮生長激素的話，羊毛也會長得特別快;肉用家畜使用成長激素之後，肉質變得很好，蛋白質含量提高，脂肪與水分則相對減低，更重要的是，肉類中殘存的毒性物質也會完全消失呢! 接下來的問題是，這些成長激素從哪裡來呢?最初想到的是來自動物體，但從一個腦下垂體才得到0.04 - 0.06公克，不但量少而且價格昂貴。所幸由於生物技術的發展，科學家已能利用遺傳工程的方法來生產各種生長激素，今天，我們能享用廉價又可口的各類家畜產品，可以說是生物學家心血的結晶。