DNA连接酶不但在复制中起最后缝合缺口作用，在DNA修复、重组、剪接过程中也起缝合缺口的作用，在基因工程中，它作为重要的工具酶之一使用。
DNA复制发生在细胞周期的S期（DNA合成期）。细胞进入分裂期后，复制好的两个DNA分子分别参与形成染色体的两个单体。细胞分裂后期，每条染色体的两条染色单体各被纺锤丝牵拉，分别向细胞两极移动，随着胞体的分裂，复制好的两个DNA分子伴随着各自的染色单体进入两个子细胞。这样，遗传信息从亲代传给了子代细胞，保证了遗传物质数量的恒定性。
（三）基因的表达
基因表达是指生命过程中，储存在基因中的遗传信息，通过转录和翻译，转变成蛋白质或酶分子，形成生物特定性状的过程。
1.转录
以DNA为模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程称为转录。真核生物及人类的转录过程在细胞核中进行。
（1）转录过程转录过程就是DNA分子上的遗传信息传递到RNA的过程。转录时，细胞核中DNA分子的局部双链在酶的作用下暂时解旋，以其中一条DNA链（如3’→5’）作为RNA合成的模板链，按碱基互补配对原则（RNA中以U代T，和DNA的A配对），以四种三磷酸核苷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）为原料，在RNA聚合酶的催化下（沿DNA3’→5’滑动）合成出一条单链的RNA，RNA合成方向为5’→3’。
转录终产物RNA包括mRNA、tRNA、rRNA，分别称为信使RNA、转移RNA和核糖体RNA。mRNA可进一步翻译出蛋白质。
（2）转录产物的加工和修饰新转录出的mRNA还须经过一系列加工、修饰过程才能变得成熟，具备正常功能。
（3）反向转录或逆转录大多数生物的基因是双链DNA。少数低等生物，如一些病毒称为RNA病毒，其遗传信息贮存在单链RNA上。1970年，Temin和Baltimore分别发现这类病毒的复制分两步进行。
第一步：以RNA为模板合成RNA-DNA杂化双链，催化这一步的酶叫反转录酶，从功能上更准确地称之为依赖RNA的DNA聚合酶。
第二步：以新合成的DNA链为模板，合成DNA双链。合成的DNA也可再作模板，生成RNA，原有的RNA链可被核糖核酸酶H（RNAaseH）水解。
这一重大发现的意义在于揭示了复制不单以DNA为唯一模板，遗传信息不一定都从DNA流向RNA。RNA也可作模板，使DNA从RNA中得到遗传信息。这是一种复制的特殊形式，过程和DNA→DNA复制一样，也是从5’→3’延长，只不过模板不同，碱基配对也和复制相似，只不过用U代替了T。试管内加入RNA模板（包括从高等动物组织提取的RNA），在有反转录酶和原料dNTP存在下，也可合成DNA，这种DNA称为cDNA，即互补性DNA。
2.翻译
在mRNA指导下的蛋白质生物合成称为翻译。翻译过程实际上就是把DNA转录到mRNA的异常信息“解读”为多肽链上的氨基酸种类和顺序的过程。翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA、核糖体、有关酶以及蛋白质辅助因子的共同作用，还需要各种活化的氨基酸作为原料，并依赖ATP、GTP提供能量。整个过程在细胞质中进行，可分成以下几个步骤。
（1）氨基酰-tRNA的形成氨基酸在氨基酰-tRNA合成酶和ATP的作用下被激活，并与相应的tRNA结合成氨基酰-tRNA复合物。
（2）肽链合成起始在起始因子（IF）作用下，核糖体的小亚基结合到mRNA的起始密码子AUG上。同时，具有起始作用的蛋氨酰-tRNA（原核生物为甲酰蛋氨酰-tRNA）通过tRNA的反密码子UAC配对结合上去，然后，核糖体大亚基与小亚基结合成起始复合物。
（3）肽链的延长核糖体有两个氨基酰-tRNA的结合位点——P位（肽位）和A位（氨酰基位）。起始的蛋氨酸-tRNA结合在P位，随后，根据A位上的密码子，带有相应反密码子的氨基酰-tRNA能正确进入A位。在转肽酶催化下，P位上的氨基酰基结合到A位的氨基酰-tRNA上，形成二肽酰-tRNA。
（4）肽链的终止核糖体沿mRNA由5’端向3’端不断移动，当A位出现终止密码时（UAA、UAG或UGA）时，不再有任何氨基酰-tRNA进入A位，此时释放因子（RF）结合上去并发挥作用，使肽酰-tRNA酯键断裂，核糖体释放出多肽和tRNA，并与mRNA分离，进一步解离成两个亚基，肽链合成完毕。
转录和翻译是基因中的遗传信息表现为特定性状的两个功能过程。它们紧密联系，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。
五、基因重组和基因工程
基因有相当的保守性，亲代性状可传给子代。但是，也并非一成不变。DNA分子中可能发生某一核苷酸的缺失、置换，引起移码突变等。此外，尚可发生基因交换。有的交换在同一染色体中，有的在两个染色体之间进行。甚至一个生物体的基因可以插入另一个生物体的染色体中，并在宿主体内进行复制、转录及翻译，这就是基因重组。由此可见，基因重组是生物界固有的现象，且有很重要的意义，如物种进化、两性繁殖、病毒感染等过程中均存在天然的基因重组。
基因工程是指在试管内应用人工方法进行基因重组，把重组的基因导入细胞或细菌，进行复制、转录及翻译。利用这一技术，可以扩增DNA，生成蛋白质，或是创造生物新品种；也是研究基因表达及表达调控等理论课题的重要方法。因此，基因重组及基因工程，成为生物化学与分子生物学研究的热点。
（一）基因重组
基因重组有多种形式，如转化、转导及转位等。
由外来DNA引起生物类型改变的过程称为转化。例如致癌病毒上存在一些特殊碱基序列，称为癌基因。致癌病毒感染宿主细胞以后，癌基因随病毒基因而整合到宿主细胞的染色体中，癌基因可被转录，并翻译成蛋白质，这些特殊蛋白质能使正常宿主细胞转变为癌细胞。常用的宿主细胞为3T3纤维母细胞。把癌基因导入细胞后，重组入宿主细胞的染色体DNA中。正常的3T3纤维母细胞转化为具有恶性肿瘤行为的癌细胞，转化细胞能在琼脂中生长繁殖，能在无胸腺鼠中长成肿块，而正常细胞不能。
当噬菌体（或病毒）DNA整合进入宿主染色体中后，在利用宿主的代谢体系而进行复制时，有可能使邻近噬菌体DNA的宿主细菌基因一起被复制，成为病毒DNA的一部分，并一起组装入病毒内。当子代病毒再感染其他宿主病毒时，这段宿主来源的基因，称为转导基因，它可以像噬菌体DNA一样，一起重组入宿主的染色体中。
转位是指一个或一组基因从一处转位到基因组的另一个位置，这些游动的基因称为转位子。免疫球蛋白的生成就是通过基因转位和重组而产生的过程。
（二）基因工程
基因工程是按人的意愿用分离纯化或人工合成的DNA（目的基因）在体外与载体DNA（质粒、噬菌体等）结合，成为重组DNA，以此去转化宿主（细菌或其他细胞），筛选出能表达重组DNA的活细胞（称转化子），并将其加以纯化、传代、扩增，成为克隆，以此获得大量相同的DNA分子。因此，基因工程也称为基因克隆。
所谓克隆就是同一副本或拷贝的集合，相当于无性繁殖系；获取同一拷贝的过程称克隆化。从大量群体细胞中分离出单一细胞类型，这样产生的很多相同细胞称为克隆细胞。例如从由免疫小鼠脾细胞（能产生抗体）和骨髓瘤细胞（能在体外无限制繁殖）融合成的杂交瘤细胞群体，分离筛选出分泌某一特异性抗体称为单克隆抗体。同样，从众多不同的分子群体中分离到很多相同分子即分子克隆。现代生物技术所谈的分子克隆是指DNA（分子）克隆。
基因工程的基本过程可概括为分、切、接、转、筛5个阶段。
1.分——载体和目的基因的分离
（1）载体常用的有质粒、γ噬菌体、M13噬菌体等。
质粒是环形双链DNA，大小约为数千个碱基对，存在于大多数细菌的胞质中。每个细菌能容纳的质粒数目称为拷贝数。拷贝数越大，当然对基因工程的生产应用越有利。质粒易于从一个细菌转移入另一个细菌。质粒上往往带有一个或两三个抗药性基因，这就有利于应用它的抗药性进行下一步的筛选工作。理想的质粒，对同一种限制性内切酶只有一个切口。
质粒和噬菌体在与其宿主菌共同培养中可大量产生，但它们的DNA与细菌DNA在大小、密度、碱基组成上都有差别。因此经过破碎细菌、密度梯度离心等方法，可以获得纯化的载体DNA。
（2）目的基因可直接从染色体DNA中分离，可人工合成，也可以从mRNA合成cDNA而产生。第四种方法是组建“基因文库”，即把染色体总DNA用一种限制性内切酶随机切割成数以万计的片段，然后重组到载体中，得到数以万计的混杂质粒。然后用探针技术把目的基因“钓”取出来。
2.切——限制性内切酶的应用
限制性内切酶犹如基因工程的手术刀，它能识别核酸分子某些碱基序列并加以切开。限制性内切酶切过的DNA，有两种不同类型的切口。一种称平端切口，即在同一水平上切断DNA的两股链；另一种为粘端切口，即两链的切口错开2～4个核苷酸。
3.接——把载体和目的基因接合成体外重组体
用同一种限制性内切酶切割载体及目的基因后，无论产生的是平端切口或粘端切口，都可以用DNA连接酶把载体和目的基因连接起来。
4.转——重组体的转化
重组载体如系大肠杆菌质粒，则可在0～4℃用CaCl2处理大肠杆菌，以增大其细胞膜的通透性，然后将CaCl2处理过的细菌与重组质粒进行短暂温育，使质粒透入菌体。将DNA片段导入宿主细胞以改变其某些性状，进行转化。
重组载体如系噬菌体DNA，可进行体外包装，将其包以γ噬菌体的外壳蛋白（头部），并使其含有尾部蛋白，成为有侵染力的噬菌体，以导入宿主细胞。亦可用CaCl2处理宿主细胞，将重组DNA直接引入细胞。以噬菌体DNA导入细菌引起的转化称为转染。
进行转化和转染宜选用不含限制性内切酶的突变菌株作为宿主，以减少外源性DNA被破坏清除的可能性。
5.筛——DNA重组载体筛选与鉴定
将重组载体引入宿主细胞，并将其初步扩增后，应加以筛选，以便筛出含目的基因的菌株，并鉴定之。确定克隆株后，即可繁殖菌株进行进一步的扩增。
根据重组载体的表型进行筛选是常用方法之一。可以利用载体质粒对抗生素的抗药性进行筛选。如质粒pBR322，由4362个核苷酸对构成，对四环素及氨苄青霉素均有耐药性。将此质粒导入对上述两种抗生素无耐药性的细菌后，则此细菌变成有耐药性了。这样宿主菌是否已转化，可在培养基中加入上述抗生素予以筛选；未转化的细菌被杀死，已转化的则生成菌落。
此外，也可以利用对营养素的依赖表型来筛选。例如，目的基因是亮氨酸自养型（leu+），可把重组体转化于亮氨酸异养型（leu）的宿主中，放在不含亮氨酸的培养液中培养。能长出菌落的，表示重组体已含目的基因，即用重组体leu+补足了宿主的leu-。而不含目的基因的质粒，却不能使leu-的宿主生长。
总之，基因重组技术发展十分迅速，具有产业化能力的基因工程正在各生物领域快速发展。基因工程可从分子水平改良现有的生物品种（如大肠杆菌），它将给生化药物、食品、轻工、化工等工业赋予新的生命力。此外，基因工程在疾病基因的发现、基因诊断（遗传病诊断）、基因治疗（利用基因工程向有基因缺陷的细胞补充相应功能的基因）和遗传病预防等方面都有广泛的应用价值。
脂类代谢
脂类是脂肪及类脂的总称。脂肪是三脂肪酸甘油酯，称三酰甘油也称甘油三酯。类脂包括固醇及其酯，磷脂及糖脂等。它们是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体利用的有机化合物。
一、脂类的化学
（一）脂肪
脂肪是1分子甘油与3分子高级脂肪酸所形成的酯，故称三酰甘油，又称真脂或中性脂肪，其结构如下：
R1、R2、R3代表脂肪酸的羟基。若3个脂肪酸都相同，称为简单三酰甘油，如三硬脂酰甘油、三油酰甘油等。若含有两个或3个不同的脂肪酸则称为混合三酰甘油。自然界的脂肪中，多数是混合三酰甘油的混合物，简单三酰甘油较少，仅橄榄油和猪油含三油酰甘油高达70%。
（二）类脂
类脂是性质与脂肪类似的物质。主要有磷脂、糖脂及固醇类等。
1.磷脂类磷脂有磷酸甘油酯和神经磷脂等。磷酸甘油酯主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰胆胺、磷脂酰丝氨酸、双磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇等。
磷酸甘油酯是磷脂酸的衍生物。甘油中的两个羟基和脂肪酸结合成酯，第三羟基被磷酸酯化生成磷脂酸。磷脂酸再与其他醇羟基化合物连接，即组成不同的磷脂。
磷酸甘油酯分子中，两个长脂肪酸链为非极性，其余部分为极性，所以磷脂是两性脂类。它是生物膜的主要成分，在脂类的消化吸收及脂类的运输等方面起着非常重要的作用。
