1、分子生物学的发展及应用研究 摘要： 分子生物学是近三十年生物医学领域中发展最快的一门新学科。它的发展对许多学科均起若弧有力的推动作用 ,医学是受益于分子生物学发展的主要领城之一。特别是重组 DNA 技术和分子探针技术的应用 ,使人们不仅可以在基因水平上早期诊断疾病 ,而且可以按照自己的主观意愿改变基因结构 ,从而整治那些以往被认为是束手无策的难治之症 ,在血液学、肿瘤病因学、内分泌、免疫、遗传病以及产前诊断等方面都显示出独到的长处。分子生物学的意义和潜力是难以沽量的 ,学习和掌握它的基本知识和技术已成为科研工作的迫切需要。 关键词：分子生物学，发展，应用研究 分子生物学是从分子水平上研究生物体
2、的结构、组成和功能的一门科学。基因是分子生物学的基础 ,而基因的本质则是 DNA 1953 年 ,Waston 和 Crick 首次提出了 DNA 的双股螺旋结构 ,标志着分子生物学的起点。 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。现代化学和物理学理论、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。 1.发展简史 结构分析和遗传物质的研究在分子生
3、物学的发展中作出了重要的贡献。结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。 50 年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代。 另一方面， 1944 年 O.T.埃弗里等研究细菌中的转化现象，证明了 DNA 是遗传物质。 1953 年 J.D.沃森和 F.H.C.克里克提出了 DNA 的双螺旋结构，开创了分子生物学的新纪元。在此基础上提出的中心法则，描 述了遗传信息从基因到 蛋白质结构 的流动。到 20 世纪 60 年代中期，关于 DNA 自我复制和转录生成 RNA 的一般性质已基本清楚，基因的奥秘也随之而开始解开了。 仅仅 30 年左右的时间，分子
4、生物学经历了从大胆的科学假说，到经过大量的实验研究，从而建立了本学科的理论基础。进入 70 年代，由于重组 DNA 研究的突破，基因工程已经在实际应用中开花结果，根据人的意愿改造 蛋白质结构 的蛋白质工程也已经成为现实。 2.基本内容 2.1 蛋白质体系 蛋白质的结构单位是 -氨基酸 。常见的氨基酸共 20 种。它们以不同的顺序排列可以为生命世界提 供天文数字的各种各样的蛋白质。 蛋白质 分子结构 的组织形式可分为 4 个主要的层次。一级结构，也叫化学结构，是分子中氨基酸的排列顺序。首尾相连的氨基酸通过氨基与 羧基 的缩合形成链状结构，称为 肽链 。 肽链 主链原子的局部空间排列为二级结构。二
5、级结构在空间的各种盘绕和卷曲为三级结构。有些蛋白质分子是由相同的或不同的亚单位组装成的， 亚单位间的相互关系叫四级结构。 随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。 70 年代末以来，采用测定互补 DNA 顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。 2.2 蛋白质核酸体系 生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由 DNA 构成。简单的病毒，如噬菌体的基因组是由 46000 个 核苷酸 按一定顺序组成的一条
6、双股 DNA（由于是双股 DNA，通常以碱基对计算其长度）。 遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 分子。转录是根据 DNA 的 核苷酸 序列决定一类 RNA 分子中的 核苷酸 序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类 RNA 起着信息传递作用，故称信使核糖核酸 (mRNA)。由于构成 RNA 的核苷酸是 4 种，而蛋白质中却有 20 种氨基酸，它们的对应关系是由mRNA 分子中以一定顺序相连的 3 个核苷酸来决定一种氨基酸，这就是三联体遗传密码。 2.3 蛋白质脂质体系 生物体内普遍存在的膜结
7、构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各 种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非 共价键 构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。 1972 年提出的流动镶嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂双层结构 。膜蛋白分为表在蛋白质和嵌入蛋白质。膜脂和膜蛋白均处于不停的运动状态。 3.理论意义及应用 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。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
8、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。 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
9、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。 1、 分子生物学技术 在中医药研究领域中的应用。分子生物学是从分子水平来研究生命现象的一门基础学科。把分子生物学的新技术引入到中医药研究中 ,不仅为阐释中医药理 论、加深对疾病本质的认识、探讨中药的作用机理和研制新药提供了一种新的研究工具和手段 ,而且还将启迪新的思想和发展新的诊疗技术 ,并将对中医药学的变革和进步起到巨大的推动作用。 2、分子生物学方法在医学微生物中的应用。如用 PCR 检测
10、致病菌。 3、分子生物学技术用于药理学研究的应用。分子生物学已成为现代生命科学的“共同语言”。其研究与发展，一方面不断把本学科的理论和技术引向深入，目前及今后相当长时期内，将在基因组、 基因表达调控 、 结构分子生物学 、信号转导等四大前沿研究领域中开展深入持久的工作，并以此开拓新的前沿领域和新的增长点；另一方面分子生物学不断地与其它学科进行广泛而深入的横向联系和交叉融合，以期使表现型和基因型的关系得到客观准确的阐释。当今，分子生物学、 基因工程技术 和神经科学作为生物医学中最具重要性和生命力的“三架马车”，将生物医学研究载入新的纪元，并为包括 生药学 在内的传统学科的发展与创新提供强大的驱动力。 4、 分子生物学在心力衰竭研究领域中的应用。随着 分子生物学技术的迅速发展 ,拓展了心力衰竭的研究空间。微小 RNA 芯片、 小干扰 RNA、原位检测技术 (如激光 共聚焦 技术 )及 蛋白质组学 技术在心力衰竭中的研究进展以迅猛的趋势席卷生物研究的各个领域。 4.结语 在未来的发展进程中，分子生物学作为不可 或缺的一门技术其发展更加不可限量，所以良好的掌握生物分子学研究方法对于科研工作者来说至关重要。
