RNAcDNA――由2023年高考理综能力测试40(1)题〞引发的思考

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1引言高中生物《选修3?现代生物科技专题》的内容中，大量是目前发展十分快速的领域，既别致又专业，伴随而来的是新概念层出不穷。而且，好多概念还在形成之中，不同的专家由于各自的理解角度的差异，难免会有歧义产生。在这样的形势下，选修3中的不少教学内容的分寸很难把握好。因此，中学教师对一些专业概念的理解，可能就会形成一些分歧。例如对2023年高考新课标理综能力测试卷Ⅰ的40（1）题，由于各自的理解程度不一，就曾经在广大阅卷老师中，引发了猛烈探讨，虽然最终依照试题的参考答案进行评卷，但不等于说人人做到了真正理解，形成了科学认识。带着不解的教学必然有糊涂之处，以下就来分析这个问题。

2问题的提出（困惑与不解）40.[选修3：现代生物科技专题]

HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回复以下问题：（1）用基因工程方法制备HIV的某蛋白（目的蛋白）时，可先提取HIV中的，以其为模板，在的作用下合成，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。（2）略（3）略

参考答案：RNA逆（反）转录酶cDNA（或DNA）?卷过程中，阅卷老师特别是来自中学的阅卷老师，对于该题所涉及的cDNA的相关问题存有一连串的疑问：以RNA为模板合成的DNA，也就是互补DNA，简称cDNA，毕竟是双链分子，还是单链分子？在以RNA为模板合成cDNA过程中形成的RNA/DNA杂合链中RNA去了哪里？基因工程中，为什么要由RNA转变为cDNA？是为了实现DNA拼接？最终形成双链cDNA是否需要DNA聚合酶的参与？（例如，有的考生写出逆（反）转录酶和DNA聚合酶）。众多的不解与不解，纷至沓来，让人应接不暇。3摸索与思考

3.1逆（反）转录病毒

逆（反）转录病毒是一种RNA病毒，其最显明的特征就是基因组由RNA组成。逆（反）转录病毒含有一个编码逆转录酶的特别基因，能够帮助病毒将自身RNA转变为DNA，潜伏到宿主DNA基因组。其感染整合过程可简述为：病毒吸附感染细胞，随后向胞内释放出病毒RNA，在逆转录酶作用下，合成线性双螺旋DNA分子，进入细胞核，最终整合进宿主DNA基因组（图1）。HIV是人类免疫缺陷病毒的英文缩写，就是人们常说的艾滋病（AIDS）病毒，它属于逆（反）转录病毒，能诱发人类获得性免疫缺陷综合征，给大量受感染的人带去了生命危险。

由高中生物教材可知，RNA与DNA的分子结构相像，均由基本单位――核苷酸连接而成，各自的核苷酸含有4种碱基，两者

都可以储存遗传信息。两者之间的主要区别是，组成DNA的五碳糖是脱氧核糖，而RNA则是核糖；RNA的碱基组成中没有碱基T（胸腺嘧啶），而替换成碱基U（尿嘧啶）；RNA一般是单链，DNA一般为双链。以上是高中广大师生认可的内容。另外，“与DNA相比，RNA化学活性高，具有与蛋白酶一样的催化活性〞，则是高中师生不熟悉或者不常用到的。根据“RNA世界〞假说，由于RNA兼具遗传物质与催化物两种功能，所以最早的生命生化系统主要由RNA组成。在进化过程中，蛋白质结构上的多样性使得其催化能力远高于RNA，逐步取代了RNA，承受生化反应的催化主角；DNA结构的稳定性，使得其储存生物信息能力十分强，逐步取代RNA，成为生命系统中的遗传物质主角。但是，RNA基因组在一些低级生命体中仍旧存在，如逆转录病毒。3.2RNA转化为cDNA具有十分重要的现实意义

RNA分子结构的不稳定性决定了其袒露在环境中时，极易被环境中无处不在的微生物等释放的RNA酶或其他理化因素破坏降解，造成RNA所携带的生物信息被破坏而残缺不全，甚至完全丢失。RNA分子的这个缺陷给研究RNA所携带生物信息，带来很大困扰。逆转录病毒研究中，逆转录酶的发现给了生物学家一个很好的启发。利用逆转录酶，迅速及时地将RNA反转录成与其生物信息完全一致、结构稳定的cDNA，构建信息库（常被称为cDNA文库），极大地避免了RNA信息的丢失，解除了生物学家的后顾之忧，从而可以十分冷静地进行后续的生物信息获取与保存。并

且，RNA转变为cDNA后，十分便利地完成后续的DNA拼接。3.3反转录酶工作的原理

反转录酶是重组DNA技术中一个强有力的工具，应用十分普遍。反转录酶具有多种酶活性，经人工改良后，基因工程中使用的反转录酶主要有3个特点：①RNA依靠的DNA聚合酶活性，能够以RNA为模板，在引物的作用下，催化dNTP聚合成cDNA；②核糖核酸酶H（RNaseH）的活性，降解DNA-RNA杂合体中的RNA部分，RNaseH不能水解单链或双链DNA或RNA中的磷酸二酯键，即不能消化单链或双链DNA或RNA；③DNA依靠的DNA聚合酶活性，以反转录合成的第一条cDNA单链为模板，DNA-RNA杂合体中的RNA降解过程中残留的RNA片段为引物，以dNTP为底物，再合成其次条cDNA分子。4小结与展望

通过以上摸索与思考，可以得出：cDNA的本质是RNA生物信息的DNA拷贝。用基因工程方法制备HIV的某蛋白（目的蛋白）时，将HIV的RNA所携带的遗传信息，通过反转录，转化为与其信息完全一致、结构稳定的cDNA，确保了HIV的RNA信息完整，而且还极大便利了后续的基因操作。在此过程中，逆转录酶首先以RNA为模板，在引物的引领下，合成cDNA第一链，形成DNA-RNA杂合体；DNA-RNA杂合体中RNA被逆转录酶特异性降解，其残留片段作为引物，以第一链cDNA为模板，合成cDNA的其次链，最终形成双链DNA分子。

现代生物科技领域的发展日新月异，与此同时，好多高中生物教师的知识结构老化，难以适应生物科学快速发展的形势。因此，加强高中生物教师的职后培训，不断充实高中生物教师生物科学素养，应当是当下高中生物教育中一项迫在眉睫的任务。其实，不止生物，其他学科也是如此。目前，已经有地方政府的教育部门意识到该