分子生物學(xué)（自然科學(xué)門(mén)類(lèi)）
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分子生物學(xué)
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自然科學(xué)門(mén)類(lèi)
簡(jiǎn)介
分子生物學(xué)
生物大分子，特別是蛋白質(zhì)和核酸結構功能的研究，是分子生物學(xué)的基礎。現代化學(xué)和物理學(xué)理論、技術(shù)和方法的應用推動(dòng)了生物大分子結構功能的研究，從而出現了近30年來(lái)分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展。
分子生物學(xué)和生物化學(xué)及生物物理學(xué)關(guān)系十分密切，它們之間的主要區別在于：
①生物化學(xué)和生物物理學(xué)是用化學(xué)的和物理學(xué)的方法研究在分子水平，細胞水平，整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學(xué)問(wèn)題。而分子生物學(xué)則著(zhù)重在分子（包括多分子體系）水平上研究生命活動(dòng)的普遍規律；
②在分子水平上，分子生物學(xué)著(zhù)重研究的是大分子，主要是蛋白質(zhì)，核酸，脂質(zhì)體系以及部分多糖及其復合體系。而一些小分子物質(zhì)在生物體內的轉化則屬生物化學(xué)的范圍；
③分子生物學(xué)研究的主要目的是在分子水平上闡明整個(gè)生物界所共同具有的基本特征，即生命現象的本質(zhì)；而研究某一特定生物體或某一種生物體內的某一特定器官的物理、化學(xué)現象或變化，則屬于生物物理學(xué)或生物化學(xué)的范疇。
學(xué)科關(guān)系
生物化學(xué)是生物學(xué)的分支學(xué)科，是研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結構及生命活動(dòng)過(guò)程中各種化學(xué)變化的基礎生命科學(xué)。分子生物學(xué)是在分子水平上研究生命現象的科學(xué)，通過(guò)研究生物分子的結構、功能和生物合成等方面來(lái)闡明生命現象的本質(zhì)。
科學(xué)研究是推動(dòng)生物化學(xué)和分子生物學(xué)發(fā)展的動(dòng)力，從1901年以來(lái)自然科學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎大概有550名左右，其中有200位諾獎得者涉及到生物化學(xué)和分子生物學(xué)。
發(fā)展簡(jiǎn)史
探索基因之謎
蛋白質(zhì)工程
1940年比德?tīng)?/a>和塔特姆提出了“一個(gè)基因，一個(gè)酶”的假設，即基因的功能在于決定酶的結構，且一個(gè)基因僅決定一個(gè)酶的結構。但在當時(shí)基因的本質(zhì)并不清楚。1944年埃弗里等研究細菌中的轉化現象，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。
1953年沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋結構，開(kāi)創(chuàng )了分子生物學(xué)的新紀元。并在此基礎上提出的中心法則，描述了遺傳信息從基因到蛋白質(zhì)結構的流動(dòng)。
遺傳密碼的闡明則揭示了生物體內遺傳信息的貯存方式。1961年雅各布和莫諾提出了操縱子的概念，解釋了原核基因表達的調控。到20世紀60年代中期，關(guān)于DNA自我復制和轉錄生成RNA的一般性質(zhì)已基本清楚，基因的奧秘也隨之開(kāi)始解開(kāi)了。
僅僅三十年左右的時(shí)間，分子生物學(xué)經(jīng)歷了從大膽的科學(xué)假說(shuō)，到經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗研究，從而建立了本學(xué)科的理論基礎。進(jìn)入70年代，由于重組DNA研究的突破，基因工程已經(jīng)在實(shí)際應用中開(kāi)花結果，根據人的意愿改造蛋白質(zhì)結構的蛋白質(zhì)工程也已經(jīng)成為現實(shí)。
基本內容
蛋白質(zhì)體系
分子生物學(xué)研究
蛋白質(zhì)的特殊性質(zhì)和生理功能與其分子的特定結構有著(zhù)密切的關(guān)系，這是形形色色的蛋白質(zhì)所以能表現出豐富多彩的生命活動(dòng)的分子基礎。研究蛋白質(zhì)的結構與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)研究的一個(gè)重要內容。
隨著(zhù)結構分析技術(shù)的發(fā)展，現在已有幾千個(gè)蛋白質(zhì)的化學(xué)結構和幾百個(gè)蛋白質(zhì)的立體結構得到了闡明。70年代末以來(lái)，采用測定互補DNA順序反推蛋白質(zhì)化學(xué)結構的方法，不僅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿(mǎn)足的蛋白質(zhì)化學(xué)結構分析得以實(shí)現。
蛋白質(zhì)－核酸體系
生物體的遺傳特征主要由核酸決定。絕大多數生物的基因都由DNA構成。簡(jiǎn)單的病毒，如λ噬菌體的基因組是由46000個(gè)核苷酸按一定順序組成的一條雙股DNA（由于是雙股DNA，通常以堿基對計算其長(cháng)度）。細菌，如大腸桿菌的基因組，含4×10^6堿基對。人體細胞染色體上所含DNA為3×10^9堿基對。
遺遺傳信息要在子代的生命活動(dòng)中表現出來(lái)，需要通過(guò)復制、轉錄和轉譯。復制是以親代DNA為模板合成子代DNA分子。轉錄是根據DNA的核苷酸序列決定一類(lèi)RNA分子中的核苷酸序列；后者又進(jìn)一步?jīng)Q定蛋白質(zhì)分子中氨基酸的序列，就是轉譯。因為這一類(lèi)RNA起著(zhù)信息傳遞作用，故稱(chēng)信使核糖核酸(mRNA）。由于構成RNA的核苷酸是4種，而蛋白質(zhì)中卻有20種氨基酸，它們的對應關(guān)系是由mRNA分子中以一定順序相連的3個(gè)核苷酸來(lái)決定一種氨基酸，這就是三聯(lián)體遺傳密碼。
基因在表達其性狀的過(guò)程中貫串著(zhù)核酸與核酸、核酸與蛋白質(zhì)的相互作用。DNA復制時(shí)，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開(kāi)，然后DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，復制出于代DNA鏈。轉錄是在RNA聚合酶的催化下完成的。轉譯的場(chǎng)所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質(zhì)的復合體，根據mRNA的編碼，在酶的催化下，把氨基酸連接成完整的肽鏈。基因表達的調節控制也是通過(guò)生物大分子的相互作用而實(shí)現的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過(guò)與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開(kāi)關(guān)。真核細胞染色質(zhì)所含的非組蛋白在轉錄的調控中具有特殊作用。正常情況下，真核細胞中僅2～15%基因被表達。這種選擇性的轉錄與轉譯是細胞分化的基礎。
蛋白質(zhì)－脂質(zhì)體系
生物體內普遍存在的膜結構，統稱(chēng)為生物膜。它包括細胞外周膜和細胞內具有各種特定功能的細胞器膜。從化學(xué)組成看，生物膜是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)通過(guò)非共價(jià)鍵構成的體系。很多膜還含少量糖類(lèi)，以糖蛋白或糖脂形式存在。
1972年提出的流動(dòng)鑲嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂雙層結構。膜蛋白分為表在蛋白質(zhì)和嵌入蛋白質(zhì)。膜脂和膜蛋白均處于不停的運動(dòng)狀態(tài)。
生物膜在結構與功能上都具有兩側不對稱(chēng)性。以物質(zhì)傳送為例，某些物質(zhì)能以很高速度通過(guò)膜，另一些則不能。象海帶能從海水中把碘濃縮3萬(wàn)倍。生物膜的選擇性通透使細胞內pH和離子組成相對穩定，保持了產(chǎn)生神經(jīng)、肌肉興奮所必需的離子梯度，保證了細胞濃縮營(yíng)養物和排除廢物的功能。
生物體的能量轉換主要在膜上進(jìn)行。生物體取得能量的方式，或是像植物那樣利用太陽(yáng)能在葉綠體膜上進(jìn)行光合磷酸化反應；或是像動(dòng)物那樣利用食物在線(xiàn)粒體膜上進(jìn)行氧化磷酸化反應。這二者能量來(lái)源雖不同，但基本過(guò)程非常相似，最后都合成腺苷三磷酸。對于這兩種能量轉換的機制，P.米切爾提出的化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)得到了越來(lái)越多的證據。生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達70%左右，而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20～40%，所以生物力能學(xué)的研究很受重視。對生物膜能量轉換的深入了解和模擬將會(huì )對人類(lèi)更有效地利用能量作出貢獻。
生物膜的另一重要功能是細胞問(wèn)或細胞膜內外的信息傳遞。在細胞表面，廣泛地存在著(zhù)一類(lèi)稱(chēng)為受體的蛋白質(zhì)。激素和藥物的作用都需通過(guò)與受體分子的特異性結合而實(shí)現。癌變細胞表面受體物質(zhì)的分布有明顯變化。細胞膜的表面性質(zhì)還對細胞分裂繁殖有重要的調節作用。
理論指導
理論指導意義
分子生物學(xué)
物理學(xué)的成就證明，一切物質(zhì)的原子都由為數不多的基本粒子根據相同的規律所組成，說(shuō)明了物質(zhì)世界結構上的高度一致，揭示了物質(zhì)世界的本質(zhì)，從而帶動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)科的發(fā)展。分子生物學(xué)則在分子水平上揭示了生命世界的基本結構和生命活動(dòng)的根本規律的高度一致，揭示了生命現象的本質(zhì)。和過(guò)去基本粒子的研究帶動(dòng)物理學(xué)的發(fā)展一樣，分子生物學(xué)的概念和觀(guān)點(diǎn)也已經(jīng)滲入到基礎和應用生物學(xué)的每一個(gè)分支領(lǐng)域，帶動(dòng)了整個(gè)生物學(xué)的發(fā)展，使之提高到一個(gè)嶄新的水平。
過(guò)去生物進(jìn)化的研究，主要依靠對不同種屬間形態(tài)和解剖方面的比較來(lái)決定親緣關(guān)系。隨著(zhù)蛋白質(zhì)和核酸結構測定方法的進(jìn)展，比較不同種屬的蛋白質(zhì)或核酸的化學(xué)結構，即可根據差異的程度，來(lái)斷定它們的親緣關(guān)系。由此得出的系統進(jìn)化樹(shù)，與用經(jīng)典方法得到的是基本符合的。采用分子生物學(xué)的方法研究分類(lèi)與進(jìn)化有特別的優(yōu)越性。首先，構成生物體的基本生物大分子的結構反映了生命活動(dòng)中更為本質(zhì)的方面。其次，根據結構上的差異程度可以對親繞關(guān)系給出一個(gè)定量的，因而也是更準確的概念。第三，對于形態(tài)結構非常簡(jiǎn)單的微生物的進(jìn)化，則只有用這種方法才能得到可靠結果。
高等動(dòng)物的高級神經(jīng)活動(dòng)是極其復雜的生命現象，過(guò)去多是在細胞乃至整體水平上研究，深入到分子水平研究的結果充分說(shuō)明高級神經(jīng)活動(dòng)也同樣是以生物大分子的活動(dòng)為基礎的。例如，在高等動(dòng)物學(xué)習與記憶的過(guò)程中，大腦中RNA和蛋白質(zhì)的組成發(fā)生明顯的變化，并且一些影響生物體合成蛋白質(zhì)的藥物也顯著(zhù)地影響學(xué)習與記憶的能力。又如，“生物鐘”是一種熟知的生物現象。用雞進(jìn)行的實(shí)驗發(fā)現，有一種重要的神經(jīng)傳遞介質(zhì)（5-羥色胺）和一種激素（褪黑激素）以及控制它們變化的一種酶，在雞腦中的含量呈24小時(shí)的周期性變化。正是這種變化構成了雞的“生物鐘”的物質(zhì)基礎。
應用意義
實(shí)踐應用意義
基因工程
分子生物學(xué)在生物工程技術(shù)中也起了巨大的作用，1973年重組DNA技術(shù)的成功，為基因工程的發(fā)展鋪平了道路。80年代以來(lái)，已經(jīng)采用基因工程技術(shù)，把高等動(dòng)物的一些基因引入單細胞生物，用發(fā)酵方法生產(chǎn)干擾素、多種多肽激素和疫苗等。基因工程的進(jìn)一步發(fā)展將為定向培育動(dòng)、植物和微生物良種以及有效地控制和治療一些人類(lèi)遺傳性疾病提供根本性的解決途徑。
從基因調控的角度研究細胞癌變也已經(jīng)取得不少進(jìn)展。分子生物學(xué)將為人類(lèi)最終征服癌癥做出重要的貢獻。
技術(shù)應用
親子鑒定
親子鑒定近幾年來(lái)，人類(lèi)基因組研究的進(jìn)展日新月異，而分子生物學(xué)技術(shù)也不斷完善，隨著(zhù)基因組研究向各學(xué)科的不斷滲透，這些學(xué)科的進(jìn)展達到了前所未有的高度。在法醫學(xué)上，STR位點(diǎn)和單核苷酸（SNP）位點(diǎn)檢測分別是第二代、第三代DNA分析技術(shù)的核心，是繼RFLPs（限制性片段長(cháng)度多態(tài)性）VNTRs（可變數量串聯(lián)重復序列多態(tài)性）研究而發(fā)展起來(lái)的檢測技術(shù)。作為最前沿的刑事生物技術(shù)，DNA分析為法醫物證檢驗提供了科學(xué)、可靠和快捷的手段，使物證鑒定從個(gè)體排除過(guò)渡到了可以作同一認定的水平，DNA檢驗能直接認定犯罪、為兇殺案、強奸殺人案、碎尸案、強奸致孕案等重大疑難案件的偵破提供準確可靠的依據。隨著(zhù)DNA技術(shù)的發(fā)展和應用，DNA標志系統的檢測將成為破案的重要手段和途徑。此方法作為親子鑒定已經(jīng)是非常成熟的，也是國際上公認的最好的一種方法。
與人類(lèi)自身發(fā)展
分子生物學(xué)作為現代科學(xué)的一門(mén)綜合科學(xué)，其意義不止體現在純粹的科學(xué)價(jià)值上；更為重要的是它的發(fā)展關(guān)系到人類(lèi)自身的方方面面。分子生物學(xué)又可以細致的劃分為大分子生物與電子生物學(xué)兩種。上面提到的關(guān)于在刑偵方面的應用以及包括但不限于親自鑒定、及嬰兒男女鑒定方面的內容，大體為大分子分子內容的實(shí)際用途。而電子生物生物學(xué)則是從比大分子更細致的小分子及原子角度來(lái)解釋生命的基本要素和構成，有著(zhù)更多未解的謎題和更為廣闊的科學(xué)前景。克隆技術(shù)基本上只是此項課題的一個(gè)入門(mén)階段的應用。可以想象未來(lái)隨著(zhù)研究的深入以及物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。人類(lèi)有可能成為創(chuàng )造另類(lèi)生物的“上帝”。
轉基因食品
轉基因食品（GeneticallyModifiedFoods，GMF）是利用現代分子生物技術(shù)，將某些生物的基因轉移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在形狀、營(yíng)養品質(zhì)、消費品質(zhì)等方面向人們所需要的目標轉變。以轉基因生物為直接食品或為原料加工生產(chǎn)的食品就是“轉基因食品”。可增加作物單位面積產(chǎn)量；可以降低生產(chǎn)成本；通過(guò)轉基因技術(shù)可增強作物抗蟲(chóng)害、抗病毒等的能力；提高農產(chǎn)品的耐貯性，延長(cháng)保鮮期，滿(mǎn)足人民生活水平日益提高的需求；可使農作物開(kāi)發(fā)的時(shí)間大為縮短；可以擺脫季節、氣候的影響，四季低成本供應；打破物種界限，不斷培植新物種，生產(chǎn)出有利于人類(lèi)健康的食品。
楊岐生著(zhù)書(shū)籍
題名: 分子生物學(xué)
作者: 楊岐生
責任編輯: 鄒小寧
出版社: 浙江大學(xué)出版社
出版日期: 2006-07-07
ISBN: 7-308-03628-6
分子生物學(xué)是研究和闡述生物大分子結構與功能的學(xué)科，是當代生物科學(xué)的重要分支，是一門(mén)迅速發(fā)展的基礎學(xué)科。在本書(shū)編寫(xiě)中，參考了國內外的優(yōu)秀教材，并在1994年編寫(xiě)的《分子生物學(xué)基礎》的基礎上，保持原有框架的長(cháng)處，結合多年的教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)行擴充、重寫(xiě)。全書(shū)從蛋白質(zhì)、核酸、基因及基因組結構開(kāi)始，沿著(zhù)中心法則的主線(xiàn)，闡述生物大分子在復制、轉錄、翻譯、信息傳導、基因表達調控中的相互作用和功能。編寫(xiě)時(shí)著(zhù)重分子生物學(xué)的基本概念和理論，盡量使敘述確切，能更好地反映分子生物學(xué)的發(fā)展趨向。全書(shū)分12章，包括蛋白質(zhì)分子結構、核酸的結構、基因和基因組、生物大分子的相互作用、基因工程原理、DNA的復制、基因的轉錄、轉錄后加工、蛋白質(zhì)生物合成和翻譯后加工、細胞信息傳導、原核生物基因表達的調控、真核生物基因表達的調控。通過(guò)本書(shū)的學(xué)習，使學(xué)生能了解當前分子生物學(xué)的概貌、基本思路、方法、與生命科學(xué)其他學(xué)科的聯(lián)系。
本書(shū)可作為生物學(xué)、生物技術(shù)、醫學(xué)等專(zhuān)業(yè)以及農林相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生、研究生的分子生物學(xué)課程的教材或參考書(shū)。
醫學(xué)關(guān)系
分子生物學(xué)的興起是整個(gè)自然科學(xué)的一件大事，它使整個(gè)生命科學(xué)的研究上升到一個(gè)全新的階段。在實(shí)際應用方面，它是生物工程技術(shù)的重要理論基礎，后者正在工農業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護等方面發(fā)揮著(zhù)日益顯要的作用。醫學(xué)做為生命科學(xué)的重要組成部分，所受分子生物學(xué)的滲透和影響尤其重大。
一．分子生物學(xué)使整個(gè)醫學(xué)科學(xué)研究提高到分子水平
經(jīng)典的生物學(xué)只能從生物表型的變化描述和歸納生命活動(dòng)的某些規律，所謂基因也還只是抽象的概念，表型的分子基礎也未查明。從前的醫學(xué)研究狀況大體上也是如此。只有分子生物學(xué)的研究才使醫學(xué)各科上升到基因水平、分子水平，從而出現了所謂分子微生物學(xué)、分子免疫學(xué)、分子生理學(xué)、分子病理學(xué)、分子藥理學(xué)、分子心臟病學(xué)、分子神經(jīng)病學(xué)、分子內分泌學(xué)等等全新的領(lǐng)域。不僅理論研究如此，在臨床實(shí)踐上，基因診斷和基因治療，也提到日程上來(lái)了，有些診斷方法正在付諸實(shí)施，有些則正在積極探索。
二。癌癥的研究即將出現重大的突破
癌基因的發(fā)現是分子生物學(xué)研究的重大成果。過(guò)去在癌病因學(xué)上眾說(shuō)不一的局面正在改善。由各種內外因素導致癌基因激活或異常表達很可能就是癌癥發(fā)生的根本原因。癌基因本來(lái)是正常的基因成分之一，它的生理功能是什么？它是如何被調控的？異常表達和激活的機理是什么？癌基因產(chǎn)物和生長(cháng)因子的關(guān)系是怎樣的？是否存在著(zhù)反癌基因和生長(cháng)的負調節因子？等等。這些問(wèn)題都是當前研究的熱點(diǎn)，正在取得日新月異的進(jìn)展，與此有關(guān)的是艾滋病（AIDS）的研究受到世界范圍的密切關(guān)注，這個(gè)問(wèn)題從學(xué)術(shù)上講，主要屬于分子免疫學(xué)和分子病毒學(xué)的范疇、其發(fā)病的分子機理正在被逐步深入地闡明。如果分子生物學(xué)研究成果和社會(huì )性的預防措施能夠很好地結合起來(lái)，這個(gè)疾病的流行將會(huì )較快得到制止。
三．遺傳病
隨著(zhù)醫學(xué)分子生物學(xué)研究的日益深入，有關(guān)遺傳病的一些概念正在發(fā)生變化。首先，這類(lèi)疾病不再象過(guò)去認為的那么罕見(jiàn)。至今發(fā)現按照孟德?tīng)?/a>方式遺傳的遺傳病已達3000余種。如果估計到疾病易感性和基因變異的關(guān)系，則遺傳病范圍會(huì )更加擴大，例如易患心臟病、肺氣腫、高膽固醇血癥、糖尿病、變態(tài)反應和胃潰瘍病等等的基因正在得到分離，甚至癌癥，有的學(xué)者認為也可歸屬于遺傳病的范疇，其根本原因在于DNA的損傷。其次，基因探針技術(shù)正在逐步擴大產(chǎn)前診斷和遺傳病診斷的范圍。顯然，檢查出易感某病的基因對于個(gè)人保健是十分寶貴的信息，也是針對疾病危險因素采取預防措施的科學(xué)依據。在治療上，過(guò)去一切對遺傳病的療法都只能是對癥的，從理論上講，只有基因療法才是治療遺傳病的唯一根治方法。當然，要將這種方法付諸實(shí)踐在當前尚有許多理論上和技術(shù)上的困難有待克服。
四。藥物和疫苗
隨著(zhù)基因工程的蓬勃興起而首先受益的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域就是制藥工業(yè)。現已有些多肽或蛋白質(zhì)藥物，如人胰島素、生長(cháng)激素、干擾素等能夠通過(guò)“工程菌”大量生產(chǎn)，更多的藥物則正在開(kāi)發(fā)之中。疫苗的研制正在極大地促進(jìn)預防醫學(xué)的發(fā)展，例如，乙型肝炎疫苗、非甲非乙肝炎疫苗、輪狀病毒疫苗、瘧疾疫苗等等，有些已能付諸應用，有些尚在開(kāi)發(fā)之中。通過(guò)蛋白質(zhì)工程技術(shù)，采用定點(diǎn)突變的方法，還可望制造出新型的蛋白質(zhì)。例如，白細胞介素2和β干擾素是兩種具有抗癌作用的蛋白質(zhì)，在其多肽鏈中各有三個(gè)半胱氨酸殘基，但只形成一對二硫鍵，由于分子中含有多余的一個(gè)半胱氨酸殘基，所以二個(gè)分子容易締結合成二聚體而失活，用定點(diǎn)突變法改變半胱氨酸的密碼子為絲氨酸密碼子，就可防止二聚體的形成，從而在不損害活性的情況下大大延長(cháng)這兩個(gè)蛋白質(zhì)的半衰期，提高了療效。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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