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分子生物學(xué)
分子生物學(xué)(molecular biology)分子生物學(xué)從分子水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。自20世紀(jì)50年代以來,分子生物學(xué)是生物學(xué)的前沿與生長點,其主要研究領(lǐng)域包括蛋白質(zhì)體系、蛋白質(zhì)-核酸體系 (中心是分子遺傳學(xué))和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)體系(即生物膜)。
分子生物學(xué)
生物大分子,特別是蛋白質(zhì)和核酸結(jié)構(gòu)功能的研究,是分子生物學(xué)的基,F(xiàn)代化學(xué)和物理學(xué)理論、技術(shù)和方法的應(yīng) 用推動了生物大分子結(jié)構(gòu)功能的研究,從而出現(xiàn)了近30年來分子生物學(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(qū)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(xì)胞水平,整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學(xué)問題。而分子生物學(xué)則著重在分子(包括多分子體系)水平上研究生命活動的普遍規(guī)律;
②在分子水平上,分子生物學(xué)著重研究的是大分子,主要是蛋白質(zhì),核酸,脂質(zhì)體系以及部分多糖及其復(fù)合體系。而一些小分子物質(zhì)在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)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生物界所共同具有的基本特征,即生命現(xiàn)象的本質(zhì);而研究某一特定生物體或某一種生物體內(nèi)的某一特定器官的物理、化學(xué)現(xiàn)象或變化,則屬于生物物理學(xué)或生物化學(xué)的范疇。
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(jié)構(gòu)及生命活動過程中各種化學(xué)變化的基礎(chǔ)生命科學(xué)。分子生物學(xué)是在分子水平上研究生命現(xiàn)象的科學(xué),通過研究生物分子的結(jié)構(gòu)、功能和生物合成等方面來闡明生命現(xiàn)象的本質(zhì)。
科學(xué)研究是推動生物化學(xué)和分子生物學(xué)發(fā)展的動力,從1901年以來自然科學(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)。[
結(jié)構(gòu)分析
結(jié)構(gòu)分析和遺傳物質(zhì)的研究在分子生物學(xué)的發(fā)展中作出了重要的貢獻。結(jié)構(gòu)分析的中心內(nèi)容是通過闡明生物分子的三維結(jié)構(gòu)來解釋細(xì)胞的生理功能。1912年英國 W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射線晶體學(xué),成功地測定了一些相當(dāng)復(fù)雜的分子以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。以后布喇格的學(xué)生W.T.阿斯特伯里和J.D.貝爾納又分別對毛發(fā)、肌肉等纖維蛋白以及胃蛋白酶、煙草花葉病毒等進行了初步的結(jié)構(gòu)分析。他們的工作為后來生物大分子結(jié)晶學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基矗50年代是分子生物學(xué)作為一門獨立的分支學(xué)科脫穎而出并迅速發(fā)展的年代。首先是在蛋白結(jié)構(gòu)分析方面,1951年L.C.波林等提出了 α-螺旋結(jié)構(gòu),描述了蛋白質(zhì)分子中肽鏈的一種構(gòu)象。1953年F.Sanger(桑格)利用紙電泳及色譜技術(shù)完成了胰島素的氨基酸序列的測定,開創(chuàng)了蛋白質(zhì)序列分析的先河。接著 J.C.肯德魯和M.F.佩魯茨在X射線分析中應(yīng)用重原子同晶置換技術(shù)和計算機技術(shù)分別于1957和1959年闡明了鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)。1965年中國科學(xué)家合成了有生物活性的胰島素,首先實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的人工合成。
探索基因之謎
另一方面,M.德爾布呂克小組從1938年起選擇噬菌體為對象開始探索基因之謎。噬菌體感染寄主后半小時內(nèi)就復(fù)制出幾百個同樣的子代噬菌體顆粒,因此是研究生物體自我復(fù)制的理想材料。1941年G.W.比德爾和E.L.塔特姆提出了“一個基因,一個酶”學(xué)說(被譽為“分子生物學(xué)第一大基石”),即基因的功能在于決定酶的結(jié)構(gòu),且一個基因僅決定一個酶的結(jié)構(gòu)。但在當(dāng)時基因的本質(zhì)并不清楚。1944年O.T.埃弗里等研究細(xì)菌中的
蛋白質(zhì)工程
轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年美國科學(xué)家J.D.沃森和英國科學(xué)家F.H.C.克里克提出了DNA的反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)(被譽為“分子生物學(xué)第二大基石”),開創(chuàng)了分子生物學(xué)的新紀(jì)元。1958年Crick在此基礎(chǔ)上提出的中心法則,描述了遺傳信息從基因到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的流動。遺傳密碼的闡明則揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的貯存方式。1961年法國科學(xué)家F.雅各布和J.莫諾提出了操縱子的概念(“分子生物學(xué)第三大基石”),解釋了原核基因表達的調(diào)控。到20世紀(jì)60年代中期,關(guān)于DNA自我復(fù)制和轉(zhuǎn)錄生成RNA的一般性質(zhì)已基本清楚,基因的奧秘也隨之而開始解開了。
僅僅30年左右的時間,分子生物學(xué)經(jīng)歷了從大膽的科學(xué)假說,到經(jīng)過大量的實驗研究,從而建立了本學(xué)科的理論基矗進入70年代,由于重組DNA研究的突破,基因工程已經(jīng)在實際應(yīng)用中開花結(jié)果,根據(jù)人的意愿改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)工程也已經(jīng)成為現(xiàn)實。
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