网络热词 > 分子生物学

分子生物学

在分子水平上研究生命现象的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程。比如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等。

分子生物学(molecular biology)从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来,分子生物学是生物学的前沿与生长点,其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系 (中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系(即生物膜)。

生物大分子,特别是蛋白质和核酸结构功能的研究,是分子生物学的基础。现代化学物理学理论、技术和方法的应 用推动了生物大分子结构功能的研究,从而出现了近30年来分子生物学的蓬勃发展。

分子生物学和生物化学及生物物理学关系十分密切,它们之间的主要区别在于:

①生物化学和生物物理学是用化学的和物理学的方法研究在分子水平,细胞水平,整体水平乃至群体水平等不同层次上的生物学问题。而分子生物学则着重在分子(包括多分子体系)水平上研究生命活动的普遍规律;

②在分子水平上,分子生物学着重研究的是大分子,主要是蛋白质,核酸,脂质体系以及部分多糖及其复合体系。而一些小分子物质在生物体内的转化则属生物化学的范围;

③分子生物学研究的主要目的是在分子水平上阐明整个生物界所共同具有的基本特征,即生命现象的本质;而研究某一特定生物体或某一种生物体内的某一特定器官的物理、化学现象或变化,则属于生物物理学或生物化学的范畴。

生物化学是生物学的分支学科,是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学,通过研究生物分子的结构、功能和生物合成等方面来阐明生命现象的本质。

科学研究是推动生物化学和分子生物学发展的动力,从1901年以来自然科学领域的诺贝尔奖大概有550名左右,其中有200位诺奖得者涉及到生物化学和分子生物学。

理论指导意义

分子生物学的成就说明:生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如,不论在何种生物体中,都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质,除某些病毒外,都是DNA,并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码,除个别例外,在绝大多数情况下也都是通用的。

物理学的成就证明,一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成,说明了物质世界结构上的高度一致,揭示了物质世界的本质,从而带动了整个物理学科的发展。分子生物学则在分子水平上揭示了生命世界的基本结构和生命活动的根本规律的高度一致,揭示了生命现象的本质。和过去基本粒子的研究带动物理学的发展一样,分子生物学的概念和观点也已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域,带动了整个生物学的发展,使之提高到一个崭新的水平。

过去生物进化的研究,主要依靠对不同种属间形态和解剖方面的比较来决定亲缘关系。随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展,比较不同种属的蛋白质或核酸的化学结构,即可根据差异的程度,来断定它们的亲缘关系。由此得出的系统进化树,与用经典方法得到的是基本符合的。采用分子生物学的方法研究分类与进化有特别的优越性。首先,构成生物体的基本生物大分子的结构反映了生命活动中更为本质的方面。其次,根据结构上的差异程度可以对亲缘关系给出一个定量的,因而也是更准确的概念。第三,对于形态结构非常简单的微生物的进化,则只有用这种方法才能得到可靠结果。

高等动物的高级神经活动是极其复杂的生命现象,过去多是在细胞乃至整体水平上研究,深入到分子水平研究的结果充分说明高级神经活动也同样是以生物大分子的活动为基础的。例如,在高等动物学习与记忆的过程中,大脑中RNA和蛋白质的组成发生明显的变化,并且一些影响生物体合成蛋白质的药物也显著地影响学习与记忆的能力。又如,"生物钟"是一种熟知的生物现象。用鸡进行的实验发现,有一种重要的神经传递介质(5-羟色胺)和一种激素(褪黑激素)以及控制它们变化的一种酶,在鸡脑中的含量呈24小时的周期性变化。正是这种变化构成了鸡的"生物钟"的物质基础。

实践应用意义

在应用方面,生物膜能量转换原理的阐明,将有助于解决全球性的能源问题。了解酶的催化原理就能更有针对性地进行酶的人工模拟,设计出化学工业上广泛使用的新催化剂,从而给化学工业带来一场革命。分子生物学在生物工程技术中也起了巨大的作用,1973年重组DNA技术的成功,为基因工程的发展铺平了道路。80年代以来,已经采用基因工程技术,把高等动物的一些基因引入单细胞生物,用发酵方法生产干扰素、多种多肽激素和疫苗等。基因工程的进一步发展将为定向培育动、植物和微生物良种以及有效地控制和治疗一些人类遗传性疾病提供根本性的解决途径。

从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献。

题名: 分子生物学

作者: 杨岐生

责任编辑: 邹小宁

出版社: 浙江大学出版社

出版日期: 2006-07-07

ISBN: 7-308-03628-6

分子生物学是研究和阐述生物大分子结构与功能的学科,是当代生物科学的重要分支,是一门迅速发展的基础学科。在本书编写中,参考了国内外的优秀教材,并在1994年编写的《分子生物学基础》的基础上,保持原有框架的长处,结合多年的教学实践,进行扩充、重写。全书从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始,沿着中心法则的主线,阐述生物大分子在复制、转录、翻译、信息传导、基因表达调控中的相互作用和功能。编写时着重分子生物学的基本概念和理论,尽量使叙述确切,能更好地反映分子生物学的发展趋向。全书分12章,包括蛋白质分子结构、核酸的结构、基因和基因组、生物大分子的相互作用、基因工程原理、DNA的复制、基因的转录、转录后加工、蛋白质生物合成和翻译后加工、细胞信息传导、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。通过本书的学习,使学生能了解当前分子生物学的概貌、基本思路、方法、与生命科学其他学科的联系。

本书可作为生物学、生物技术、医学等专业以及农林相关专业的本科生、研究生的分子生物学课程的教材或参考书。

分子生物学的兴起是整个自然科学的一件大事,它使整个生命科学的研究上升到一个全新的阶段。在实际应用方面,它是生物工程技术的重要理论基础,后者正在工农业生产和环境保护等方面发挥着日益显要的作用。医学做为生命科学的重要组成部分,所受分子生物学的渗透和影响尤其重大。

一.分子生物学使整个医学科学研究提高到分子水平

经典的生物学只能从生物表型的变化描述和归纳生命活动的某些规律,所谓基因也还只是抽象的概念,表型的分子基础也未查明。从前的医学研究状况大体上也是如此。只有分子生物学的研究才使医学各科上升到基因水平、分子水平,从而出现了所谓分子微生物学、分子免疫学、分子生理学、分子病理学、分子药理学、分子心脏病学分子神经病学、分子内分泌学等等全新的领域。不仅理论研究如此,在临床实践上,基因诊断和基因治疗,也提到日程上来了,有些诊断方法正在付诸实施,有些则正在积极探索。

二.癌症的研究即将出现重大的突破

癌基因的发现是分子生物学研究的重大成果。过去在癌病因学上众说不一的局面正在改善。由各种内外因素导致癌基因激活或异常表达很可能就是癌症发生的根本原因。癌基因本来是正常的基因成分之一,它的生理功能是什么?它是如何被调控的?异常表达和激活的机理是什么?癌基因产物和生长因子的关系是怎样的?是否存在着反癌基因和生长的负调节因子?等等。这些问题都是当前研究的热点,正在取得日新月异的进展,与此有关的是艾滋病(AIDS)的研究受到世界范围的密切关注,这个问题从学术上讲,主要属于分子免疫学和分子病毒学的范畴、其发病的分子机理正在被逐步深入地阐明。如果分子生物学研究成果和社会性的预防措施能够很好地结合起来,这个疾病的流行将会较快得到制止。

三.遗传病

随着医学分子生物学研究的日益深入,有关遗传病的一些概念正在发生变化。首先,这类疾病不再象过去认为的那么罕见。至今发现按照孟德尔方式遗传的遗传病已达3000余种。如果估计到疾病易感性和基因变异的关系,则遗传病范围会更加扩大,例如易患心脏病、肺气肿、高胆固醇血症、糖尿病、变态反应和胃溃疡病等等的基因正在得到分离,甚至癌症,有的学者认为也可归属于遗传病的范畴,其根本原因在于DNA的损伤。其次,基因探针技术正在逐步扩大产前诊断和遗传病诊断的范围。显然,检查出易感某病的基因对于个人保健是十分宝贵的信息,也是针对疾病危险因素采取预防措施的科学依据。在治疗上,过去一切对遗传病的疗法都只能是对症的,从理论上讲,只有基因疗法才是治疗遗传病的唯一根治方法。当然,要将这种方法付诸实践在当前尚有许多理论上和技术上的困难有待克服。

四. 药物和疫苗

随着基因工程的蓬勃兴起而首先受益的产业领域就是制药工业。现已有些多肽或蛋白质药物,如人胰岛素、生长激素、干扰素等能够通过"工程菌"大量生产,更多的药物则正在开发之中。疫苗的研制正在极大地促进预防医学的发展,例如,乙型肝炎疫苗、非甲非乙肝炎疫苗、轮状病毒疫苗、疟疾疫苗等等,有些已能付诸应用,有些尚在开发之中。通过蛋白质工程技术,采用定点突变的方法,还可望制造出新型的蛋白质。例如,白细胞介素 2和β干扰素是两种具有抗癌作用的蛋白质,在其多肽链中各有三个半胱氨酸残基,但只形成一对二硫键,由于分子中含有多余的一个半胱氨酸残基,所以二个分子容易缔结合成二聚体而失活,用定点突变法改变半胱氨酸的密码子为丝氨酸密码子,就可防止二聚体的形成,从而在不损害活性的情况下大大延长这两个蛋白质的半衰期,提高了疗效。

All rights reserved Powered by 网络热词 87994.com

copyright ©right 2010-2020。
网络热词内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com