普通分子生物學(xué)

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是生命科學(xué)核心課程系列教材之一。全書(shū)共6章，分別為緒論、DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、RNA的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的生物合成、基因表達(dá)的調(diào)控和分子生物學(xué)的研究方法。本書(shū)以分子生物學(xué)的基本理論、基本概念和基本方法為主線，重在基礎(chǔ)(體現(xiàn)普通)，兼顧前沿(彰顯學(xué)科發(fā)展特點(diǎn))，易教易學(xué)。書(shū)中穿插的知識(shí)框引入了經(jīng)典小故事、前沿發(fā)現(xiàn)等多樣形式，增加了閱讀趣味性。
本書(shū)圖文并茂，適合作為高等院校生物類專業(yè)，包括師范類、醫(yī)學(xué)生物類及農(nóng)林相關(guān)專業(yè)本科生的分子生物學(xué)教材，同時(shí)也可作為相關(guān)科研人員和技術(shù)人員的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言
第1章　緒論
 1．1　分子生物學(xué)的概念
 1．2　分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容
　1．2．1 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和修復(fù)
　1．2．2　基因表達(dá)調(diào)控
　1．2．3　DNA重組技術(shù)
　1．2．4 生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究
　1．2．5 基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)研究
　1．3　分子生物學(xué)的發(fā)展歷程
　1．3．1 DNA及其結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)
　1．3．2　遺傳密碼的破譯
　1．3．3　信使RNA的發(fā)現(xiàn)
　1．3．4　操縱子學(xué)說(shuō)
　1．3．5 中心法則的發(fā)展
　1．3．6 DNA重組技術(shù)促進(jìn)了分子生物學(xué)的發(fā)展
　1．3．7　人類基因組計(jì)劃的完成
　1．3．8 蛋白質(zhì)組學(xué)計(jì)劃的提出
　1．3．9 系統(tǒng)生物學(xué)的出現(xiàn)
　1．4　分子生物學(xué)的現(xiàn)狀與展望
　1．4．1 滲入生物科學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科
　1．4．2　在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用
　1．4．3　基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)研究仍為分子生物學(xué)的重大課題
　1．4．4 系統(tǒng)生物學(xué)將是21世紀(jì)生物學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)的核心驅(qū)動(dòng)力
　1．5　分子生物學(xué)學(xué)習(xí)方法
　本章小結(jié)
　復(fù)習(xí)題
　參考文獻(xiàn)
第2章　DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制
　2．1 DNA的結(jié)構(gòu)
　2．1．1 DNA的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)
　2．1．2 真核生物DNA的組織
　2．1．3　基因組與基因組學(xué)
　2．2 DNA的復(fù)制
 2．2．1 DNA復(fù)制的化學(xué)基礎(chǔ)
 2．2．2　原核生物DNA的復(fù)制
 2．2．3 真核生物DNA的復(fù)制
 2．2．4 DNA復(fù)制的調(diào)控
 2．3 DNA的損傷和修復(fù)
 2．3．1 DNA的損傷類型
 2．3．2 DNA損傷修復(fù)的機(jī)制
 2．3．3　基因的突變
 2．4 DNA的重組與轉(zhuǎn)座
 2．4．1 DNA的重組
 2．4．2 DNA的轉(zhuǎn)座
 本章小結(jié)
 復(fù)習(xí)題
 參考文獻(xiàn)
第3章　RNA的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄
第4章　蛋白質(zhì)的生物合成
第5章　基因表達(dá)的調(diào)控
第6章　分子生物學(xué)的研究方法
分子生物學(xué)大事年表和諾貝爾獎(jiǎng)

章節(jié)摘錄

　　第1章緒論　　分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物物理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、免疫學(xué)等學(xué)科發(fā)展起來(lái)的一門(mén)研究和闡述生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科，也是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快的一門(mén)學(xué)科。廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)方面，已成為解決生命科學(xué)難題的領(lǐng)頭學(xué)科。近年來(lái)，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及生物信息學(xué)的興起，使得分子生物學(xué)當(dāng)之無(wú)愧地成為當(dāng)今生命科學(xué)的熱點(diǎn)和前沿?！　?.1分子生物學(xué)的概念　　20世紀(jì)中期以來(lái)，隨著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的解析，生命科學(xué)研究進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。對(duì)遺傳信息載體DNA和生命功能的主要體現(xiàn)者蛋白質(zhì)的研究，成為生命科學(xué)的主要內(nèi)容。分子生物學(xué)是以核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系為主要研究?jī)?nèi)容，由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和免疫學(xué)等多種學(xué)科經(jīng)過(guò)相互交叉、相互滲透而發(fā)展起來(lái)的，從分子水平研究生命本質(zhì)的一門(mén)新興學(xué)科?！　V義上講的分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征、功能及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由被動(dòng)地適應(yīng)自然轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然的基礎(chǔ)學(xué)科。從這個(gè)角度來(lái)看，分子生物學(xué)幾乎包括了生物學(xué)領(lǐng)域的所有方面。但一些內(nèi)容，如蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和功能及酶的作用機(jī)理和動(dòng)力學(xué)等，隨著其研究的深入已逐步發(fā)展成了各自獨(dú)立的學(xué)科。因此，目前人們通常采用狹義的概念。狹義的分子生物學(xué)的研究范疇偏重于核酸（基因）的分子生物學(xué)，主要研究DNA的結(jié)構(gòu)、功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)控等過(guò)程，其中也涉及與這些過(guò)程相關(guān)的蛋白質(zhì)（包括酶）的結(jié)構(gòu)、功能?！　?.2分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容　　現(xiàn)代生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，一切生物體中的各類有機(jī)大分子都是由完全相同的單體（如蛋白質(zhì)分子中的20多種氨基酸及DNA和RNA中的8種核苷酸）所組成，由此產(chǎn)生了分子生物學(xué)的3條基本原理?！　。?）構(gòu)成生物大分子的單體在不同生物中都是相同的；　　（2）生物體內(nèi)遺傳信息的表達(dá)遵循共同的規(guī)則――中心法則；　?。?）某一特定生物體所擁有的生物大分子單體的排列決定了它的屬性?！　》肿由飳W(xué)產(chǎn)生的初始，有兩個(gè)主要研究方向：一個(gè)方向是以化學(xué)或物理學(xué)手段為主，著重研究生物大分子的結(jié)構(gòu)，特別是蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象；另一個(gè)方向是以生物學(xué)技術(shù)為主，研究生物信息的傳遞和復(fù)制。后來(lái)，在20世紀(jì)50年代初期，兩者匯合并與其他學(xué)科領(lǐng)域融合，形成了現(xiàn)代分子生物學(xué)。從嚴(yán)格意義上講，分子生物學(xué)研究的內(nèi)容難以明確界定。因?yàn)榉肿由飳W(xué)研究的對(duì)象是生物大分子，所以諸如遺傳信息的傳遞，基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)調(diào)控和表達(dá)產(chǎn)物的生理功能，以及細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)等與生物大分子相關(guān)的事件都屬于分子生物學(xué)研究的內(nèi)容。故依據(jù)當(dāng)今世界生物發(fā)展的潮流和研究方向，借鑒前人的分類方法，我們將分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要限定在下述5個(gè)方面?！　?.2.1復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和修復(fù)　　DNA是攜帶遺傳信息的化學(xué)實(shí)體，是遺傳信息的貯存者。DNA如何在多種酶以及其他相關(guān)協(xié)助分子的參與下，進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、突變及修復(fù)等是該部分的研究重點(diǎn)?！　NA的復(fù)制：生物性狀的遺傳是通過(guò)DNA自我復(fù)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而復(fù)制方式是半保留復(fù)制。因此，DNA的半保留復(fù)制機(jī)理、復(fù)制過(guò)程中各種因子的相互作用以及這些作用對(duì)復(fù)制的影響、復(fù)制的方式及特點(diǎn)等是其主要的研究?jī)?nèi)容?！　NA的轉(zhuǎn)錄與翻譯：DNA作為能夠自我復(fù)制、穩(wěn)定存在的單位，其生物功能多數(shù)是以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)出來(lái)的，即貯藏在DNA中的生物信息都必須首先被轉(zhuǎn)錄生成RNA，才能得到表達(dá)。而且，它們從非活化的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)轉(zhuǎn)變到可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的活性狀態(tài)要經(jīng)過(guò)一系列的活化過(guò)程。那么，生物信息是如何傳遞的？DNA如何轉(zhuǎn)錄為RNA，RNA與蛋白質(zhì)又是如何對(duì)應(yīng)的？因此，本部分主要研究轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程及機(jī)制，轉(zhuǎn)座的分子機(jī)制，翻譯前的mRNA分子的剪接、加工、編輯和翻譯過(guò)程中大分子的相互作用以及翻譯后多肽鏈的修飾與折疊、功能形成，密碼子的破譯及其性質(zhì)，蛋白質(zhì)合成的機(jī)制等?！　NA的突變與損傷修復(fù)：由于DNA在生命過(guò)程中有至高無(wú)上的地位，DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性及DNA損傷的修復(fù)具有特別重要的意義。DNA復(fù)制具有高度的忠實(shí)性，保證了生物遺傳的穩(wěn)定性。但DNA復(fù)制過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，正常的細(xì)胞活動(dòng)、細(xì)胞與環(huán)境的相互作用或特定的化學(xué)、物理因素都會(huì)引起DNA序列的改變――突變。那么突變發(fā)生時(shí)，細(xì)胞如何及時(shí)糾正這些錯(cuò)誤？生物體靠什么來(lái)保證DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性？這些問(wèn)題都是本部分的研究重點(diǎn)。　　1.2.2基因表達(dá)調(diào)控　　在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，生物遺傳信息的表達(dá)按一定的時(shí)序發(fā)生變化，并隨著環(huán)境的變化而不斷修正?；虮磉_(dá)可在多層次，如DNA水平、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯和翻譯后加工等水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)，但最主要的是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)。原核生物的基因組和染色體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一時(shí)間和空間內(nèi)發(fā)生，基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。真核生物有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后又有復(fù)雜的加工修飾過(guò)程，因此基因表達(dá)調(diào)控可以發(fā)生在多種水平上。目前，基因表達(dá)調(diào)控研究主要表現(xiàn)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究、RNA剪接、非編碼RNA研究等方面?！　?.2.3DNA重組技術(shù)　　DNA重組技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著分子生物學(xué)的興起而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)技術(shù)，其目的是將不同的DNA片段按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來(lái)，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀或獲得目的蛋白。DNA重組技術(shù)是核酸化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、酶工程、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)長(zhǎng)期深入發(fā)展的結(jié)晶，而限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用則是這一技術(shù)得以建立的關(guān)鍵。DNA重組技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景：第一，用于發(fā)酵工業(yè)，大量生產(chǎn)某些在正常細(xì)胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽，如激素、抗生素、酶類及抗體等。例如，在9L細(xì)菌培養(yǎng)液中，用大腸桿菌生產(chǎn)人的生長(zhǎng)激素釋放抑制因子的產(chǎn)量等于從大約50萬(wàn)頭羊的腦中提取得到的量?，F(xiàn)在人的胰島素、人的生長(zhǎng)激素、人的胸腺激素α-1、人的干擾素、牛的生長(zhǎng)激素、乙型肝炎病毒抗原和口蹄疫病毒抗原等都可用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)，其中有的還可在酵母或枯草桿菌中表達(dá)，這就為大規(guī)模的工業(yè)發(fā)酵開(kāi)辟了新的途徑。第二，用于定向改造某些生物的基因組結(jié)構(gòu)，使它們所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百上千倍的提高。例如，一種含有分解各種石油成分的重組DNA的超級(jí)細(xì)菌，能夠快速分解石油，從而恢復(fù)被石油污染的海域或土壤。美國(guó)陸軍研究發(fā)展和工程中心利用重組DNA技術(shù)，通過(guò)細(xì)菌獲得一種強(qiáng)度超過(guò)鋼的特殊纖維，以此用于生產(chǎn)防彈背心、帽子、降落傘繩索和其他高強(qiáng)度的輕型裝備。第三，用于基礎(chǔ)研究?！　》肿由飳W(xué)研究的核心是遺傳信息的結(jié)構(gòu)、傳遞和控制。那么根據(jù)中心法則，我們要研究的就是從DNA到RNA，再到蛋白質(zhì)的全過(guò)程。因此，無(wú)論是對(duì)啟動(dòng)子的研究，還是對(duì)轉(zhuǎn)錄因子、功能基因的克隆與分析都離不開(kāi)重組DNA技術(shù)。　　重組DNA技術(shù)的成就和提出的問(wèn)題促進(jìn)了遺傳學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、生物物理學(xué)和細(xì)胞學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，并且有助于這些不同學(xué)科的結(jié)合。目前生物工藝學(xué)或生物工程學(xué)這一新興學(xué)科的產(chǎn)生，就是這種趨勢(shì)的反映。　　1.2.4生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究　　生物大分子要發(fā)揮功能，必須滿足兩個(gè)條件：第一，具有特定的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）；第二，在它發(fā)揮生物學(xué)功能的過(guò)程中必定存在著結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化。沒(méi)有穩(wěn)定的三級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，生物大分子很難發(fā)揮其生物功能。結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)就是以生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化與其生物學(xué)功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，進(jìn)一步闡明生命現(xiàn)象的學(xué)科。主要利用物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)，闡明與生物大分子發(fā)揮生物功能時(shí)的結(jié)構(gòu)變化及其與其他分子相互作用的過(guò)程。它包括結(jié)構(gòu)的測(cè)定、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索和結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系3個(gè)方向的研究，如膜蛋白的拓?fù)鋵W(xué)、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中殘基的接近和移動(dòng)以及蛋白質(zhì)的三級(jí)折疊等。它是分子生物學(xué)的重要組成部分?！　?.2.5基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)研究　　20世紀(jì)90年代初期，美國(guó)生物學(xué)家提出并實(shí)施了人類基因組計(jì)劃、經(jīng)過(guò)各國(guó)科學(xué)家多年的努力，人類基因組計(jì)劃取得了巨大成績(jī)，已經(jīng)完成了人類DNA序列的框架圖，迄今已測(cè)定的表達(dá)序列標(biāo)簽幾乎覆蓋了人類所有基因。同時(shí)在利用基因表達(dá)連續(xù)分析和DNA芯片等技術(shù)研究mRNA水平上的基因活動(dòng)規(guī)律取得了較大進(jìn)展。但是，mRNA水平的基因表達(dá)狀況并不能完全代表蛋白質(zhì)水平的狀況，mRNA與蛋白質(zhì)間的相關(guān)系數(shù)僅為0.4-0.5，蛋白質(zhì)才是生命功能的主要執(zhí)行者，這促使人們從組織或細(xì)胞內(nèi)整體蛋白質(zhì)的組成、表達(dá)和功能模式去研究生命活動(dòng)的基本規(guī)律。在這樣的形勢(shì)下，生命科學(xué)已進(jìn)入后基因組時(shí)代。在后基因組時(shí)代，生物學(xué)研究的重點(diǎn)已從揭示生命所有遺傳信息轉(zhuǎn)移到在整體水平上對(duì)生物功能的研究。　　目前已有多種生物，如大腸桿菌、酵母、線蟲(chóng)、果蠅、大鼠、小鼠、擬南芥、水稻、楊樹(shù)等的基因組序列測(cè)序完畢。這極大地豐富了人類的知識(shí)寶庫(kù)，加快了人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的步伐。但是測(cè)定基因組序列僅僅是了解基因的第一步，隨著基因組測(cè)序工作的初步完成，基因組學(xué)（genomics）的研究由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)向功能基因組學(xué)（functionalgenomics）轉(zhuǎn)移，功能基因組學(xué)也往往被稱為后基因組學(xué)（post-genomics），其研究?jī)?nèi)容包括基因功能研究、基因表達(dá)分析及突變檢測(cè)等。它利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)所提供的序列信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，通過(guò)在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析影響整個(gè)生命過(guò)程的特定序列表達(dá)譜及功能，使得生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究?！　〉鞍踪|(zhì)組（proteome）指的是一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)（pro-teomics）的研究主要有兩方面：一是結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)；二是功能蛋白質(zhì)組學(xué)。其研究前沿大致分為3個(gè)方面：①針對(duì)有關(guān)基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)的生物體或組織細(xì)胞，建立其蛋白質(zhì)組或亞蛋白質(zhì)組及其蛋白質(zhì)組連鎖群，即組成性蛋白質(zhì)組學(xué)。②以重要生命過(guò)程或人類重大疾病為對(duì)象，進(jìn)行重要生理病理體系或過(guò)程的局部蛋白質(zhì)組或比較蛋白質(zhì)組學(xué)研究。③通過(guò)多種先進(jìn)技術(shù)研究蛋白質(zhì)之間的相互作用，繪制某個(gè)體系的蛋白質(zhì)，即相互作用蛋白質(zhì)組學(xué)，又稱為“細(xì)胞圖譜”蛋白質(zhì)組學(xué)。此外，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)研究的深入，又出現(xiàn)了一些新的研究方向，如亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)、定量蛋白質(zhì)組學(xué)等?！　∠到y(tǒng)生物學(xué)（systemsbiology）是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的一門(mén)新興學(xué)科，是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分間相互關(guān)系的學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)是一種整合型學(xué)科，對(duì)多細(xì)胞生物而言，要實(shí)現(xiàn)從基因到細(xì)胞、組織和個(gè)體各層次的整合，由生物體內(nèi)各種分子的鑒別及其相互作用的研究到途徑、網(wǎng)絡(luò)、模塊，最終完成整個(gè)生命活動(dòng)的路線圖。經(jīng)典的分子生物學(xué)采用多種手段研究個(gè)別的基因和蛋白質(zhì)，是一種垂直型的研究?；蚪M學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和其他各種“組學(xué)”則往往以單一的手段同時(shí)研究成千上萬(wàn)個(gè)基因或蛋白質(zhì)，是水平型研究。作為后基因組時(shí)代的新秀，系統(tǒng)生物學(xué)與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等各種“組學(xué)”的不同之處在于，它是一種以整體性研究為特征的大科學(xué)，把水平型研究和垂直型研究整合起來(lái)，成為一種“三維”研究。因此，系統(tǒng)生物學(xué)是典型的多學(xué)科交叉研究，它需要生命科學(xué)、信息科學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等各種學(xué)科的共同參與。它要研究所有的基因、所有的蛋白質(zhì)、所有組分間的相互關(guān)系?！　?.3分子生物學(xué)的發(fā)展歷程　　科學(xué)領(lǐng)域中任何一門(mén)學(xué)科的形成和發(fā)展，一般很難準(zhǔn)確地說(shuō)明它是何時(shí)、何人創(chuàng)始的?！　》肿由飳W(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，同其他學(xué)科一樣，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而艱辛的過(guò)程，逐步走向成熟而迅速發(fā)展的道路?！　?871年，Lankester就提出，生物不同種屬間的化學(xué)和分子差異的發(fā)現(xiàn)和分析，對(duì)確定系統(tǒng)發(fā)生的關(guān)系，要比整體形態(tài)學(xué)的比較研究更為重要。后來(lái)，德國(guó)、美國(guó)生理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建立和生物化學(xué)雜志的創(chuàng)辦，促進(jìn)了生物化學(xué)的發(fā)展。當(dāng)生物化學(xué)深入到研究生物大分子時(shí)，1938年Weaver在寫(xiě)給洛克菲勒基金會(huì)的報(bào)告中，首次使用了分子生物學(xué)（molecularbiology）一詞。他寫(xiě)道：“在基金會(huì)給予支持的研究中，有一系列屬于比較新的領(lǐng)域，可稱之為分子生物學(xué)……”一年以后，研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的Astbury使用了這個(gè)名詞，此后它變得越來(lái)越普遍。1941年，Beadle和Tatum提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)，說(shuō)明了基因的分子本質(zhì)是控制著酶的合成，這是生物化學(xué)和遺傳學(xué)之間的聯(lián)合邁出的第一步，也是分子生物學(xué)的第一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。特別是在1953年，Watson和Crick發(fā)表了著名論文？脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)？以后，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了遺傳學(xué)、生物化學(xué)和生物物理學(xué)的結(jié)合，推動(dòng)了分子生物學(xué)的形成和迅速發(fā)展，使生命科學(xué)全面地進(jìn)入分子水平研究的時(shí)代，這是生物科學(xué)發(fā)展史上的重大里程碑。1956年，劍橋醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)率先建立了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，1959年創(chuàng)刊了？分子生物學(xué)？雜志，1963年成立了歐洲分子生物學(xué)國(guó)際組織，分子生物學(xué)從而成為嶄新的獨(dú)立學(xué)科，帶動(dòng)著生命科學(xué)迅猛發(fā)展，成為現(xiàn)代自然科學(xué)研究中的重要領(lǐng)域?！　》肿由飳W(xué)的誕生使生物學(xué)獲得了新生，它使古老的生物學(xué)從一個(gè)描述性的科學(xué)走向精確定量的科學(xué)。它解決了“基因是DNA”、“DNA能自我復(fù)制”等生物學(xué)的核心問(wèn)題。分子生物學(xué)發(fā)展過(guò)程中很多重大事件都為該學(xué)科的發(fā)展起到了推波助瀾的作用，一些代表性的事件如下所述?！　?.3.1DNA及其結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)　　1.3.1.1DNA的發(fā)現(xiàn)　　自從孟德?tīng)柕倪z傳定律被重新發(fā)現(xiàn)以后，人們又提出一個(gè)問(wèn)題：遺傳因子是不是一種物質(zhì)實(shí)體？為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們開(kāi)始了對(duì)核酸和蛋白質(zhì)的研究?！　≡缭?868年，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并從細(xì)胞核中分離出了核酸。20世紀(jì)初，德國(guó)Kossel和他的兩個(gè)學(xué)生Johnew和Levene的研究，弄清了核酸的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，認(rèn)為它是由許多核苷酸組成的大分子。　　蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)比核酸早30年，且發(fā)展迅速。1917年，由15個(gè)甘氨酸和3個(gè)亮氨酸組成的18個(gè)肽的肽鏈成功合成。于是，有的科學(xué)家就設(shè)想，很可能是蛋白質(zhì)在遺傳中起主要作用。如果核酸參與遺傳作用，也必然是與蛋白質(zhì)連在一起發(fā)揮作用。因此，那時(shí)生物界普遍傾向于認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳信息的載體?！　?928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Griffith利用有莢膜和無(wú)莢膜的肺炎鏈球菌，首次發(fā)現(xiàn)了肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，但這種轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（轉(zhuǎn)化因子）是什么？Griffith對(duì)此并未做出回答?！　?944年，美國(guó)著名的微生物學(xué)家Avery等在Griffith工作的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)進(jìn)行了深入的研究，進(jìn)一步分離得到有活性的“轉(zhuǎn)化因子”。他們提出“轉(zhuǎn)化因子”是DNA，其攜帶有遺傳信息，并認(rèn)為DNA可能就是遺傳物質(zhì)，但卻引起遺傳學(xué)界的極大驚訝和懷疑。人們懷疑當(dāng)時(shí)的技術(shù)不能除凈蛋白質(zhì)，是殘留的蛋白質(zhì)起到轉(zhuǎn)化的作用。Avery第一個(gè)動(dòng)搖了“蛋白質(zhì)是基因”的理念，奠定了“DNA是遺傳物質(zhì)”的理論基礎(chǔ)?！　∶绹?guó)冷泉港Carnegie遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室噬菌體小組的科學(xué)家們對(duì)Avery的發(fā)現(xiàn)堅(jiān)信不疑，他們?cè)陔娮语@微鏡下觀察到了噬菌體進(jìn)入大腸桿菌的生長(zhǎng)過(guò)程。當(dāng)噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，噬菌體將其體內(nèi)的DNA全部注入細(xì)菌細(xì)胞中去，蛋白質(zhì)空殼卻留在細(xì)菌細(xì)胞外面。進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后的噬菌體DNA，就利用細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)迅速合成噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，并組裝出許多與原噬菌體一模一樣的新噬菌體釋放出去，再去侵染其他的細(xì)菌?！　?952年，該噬菌體小組主要成員Hershey和他的學(xué)生Chase用先進(jìn)的同位素標(biāo)記技術(shù)，做噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：帶35S標(biāo)記的噬菌體將空殼留在大腸桿菌外面，只有噬菌體內(nèi)部帶有32P標(biāo)記的核酸全部注入大腸桿菌，并在大腸桿菌內(nèi)成功地進(jìn)行噬菌體的繁殖。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有力地證實(shí)了DNA有傳遞遺傳信息的功能，是主要的遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)則是由DNA的指導(dǎo)合成的，這一結(jié)果立即為學(xué)術(shù)界所接受?！　∧敲矗珼NA到底是什么樣的呢？Avery在1944年的研究報(bào)告中這樣寫(xiě)道：當(dāng)溶液中乙醇的體積達(dá)到90%時(shí)，有纖維狀物質(zhì)析出。如稍加攪動(dòng)，這種物質(zhì)便會(huì)像棉線繞在線軸上一樣繞在硬棒上，溶液中的其他成分則以顆粒狀沉淀留在下面。溶解纖維狀物質(zhì)并重復(fù)沉淀數(shù)次，可提高其純度。這一物質(zhì)具有很強(qiáng)的生物學(xué)活性，初步實(shí)驗(yàn)證實(shí)它很有可能就是DNA。對(duì)DNA分子的物理化學(xué)研究導(dǎo)致了現(xiàn)代生物學(xué)翻天覆地的革命，這更是Avery所沒(méi)有想到的?！　?.3.1.2DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的破解　　在DNA被確認(rèn)為遺傳物質(zhì)之后，生物學(xué)家們不得不面臨著一個(gè)難題：DNA應(yīng)該有什么樣的結(jié)構(gòu)，才能擔(dān)當(dāng)遺傳信息載體的重任？它又是通過(guò)什么機(jī)制把生命信息一代一代地傳遞呢？DNA必須能夠攜帶遺傳信息，能夠自我復(fù)制、傳遞遺傳信息，能夠讓遺傳信息得到表達(dá)以控制細(xì)胞活動(dòng)，能夠突變并保留突變。這4點(diǎn)缺一不可，如何構(gòu)建一個(gè)DNA分子模型解釋這一切？　　1953年，美國(guó)生物學(xué)家Watson和英國(guó)生物物理學(xué)家Crick，在英國(guó)女生物物理學(xué)家Franklin和英國(guó)生物物理學(xué)家Wilkins對(duì)DNA晶體所做的X衍射分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA分子堿基配對(duì)原則，幾經(jīng)嘗試，終于在1953年3月構(gòu)建出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。雙螺旋結(jié)構(gòu)顯示出DNA分子在細(xì)胞分裂時(shí)能夠被精確復(fù)制，解釋了其在遺傳和進(jìn)化中的作用。同時(shí)，Watson和Crick還預(yù)言了遺傳信息的復(fù)制、傳遞和表達(dá)過(guò)程是從DNA→RNA→蛋白質(zhì)，并稱之為“中心法則”。不久，這一設(shè)想被其他科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)所證實(shí)。　　DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)使遺傳學(xué)的研究深入到分子層次，“生命之謎”被打開(kāi)，它不僅探明了DNA的分子結(jié)構(gòu)，更重要的是它還揭示了基因復(fù)制和遺傳信息傳遞的奧秘：由于腺嘌呤總是與胸腺嘧啶配對(duì)、鳥(niǎo)嘌呤總是與胞嘧啶配對(duì)，這說(shuō)明兩條鏈的堿基順序是彼此互補(bǔ)的，只要確定了其中一條鏈的堿基順序，另一條鏈的堿基順序也就確定了。因此，只需以其中的一條鏈為模板，即可合成另一條鏈。在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)論文后不久，Nature雜志又發(fā)表了Crick的另一篇論文，闡明了DNA的半保留復(fù)制機(jī)制?！　NA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，被譽(yù)為20世紀(jì)以來(lái)生物學(xué)方面最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生，開(kāi)啟了分子生物學(xué)時(shí)代?！　atson和Crick成功的秘訣在發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，Watson是一個(gè)對(duì)探索遺傳物質(zhì)充滿興趣的博士后，而Crick則是一個(gè)沒(méi)有生物學(xué)研究背景的物理學(xué)家，然而就是這兩個(gè)人，改寫(xiě)了生物學(xué)的歷史。他們的研究成果被譽(yù)為可與達(dá)爾文的進(jìn)化論、孟德?tīng)柕倪z傳定律相媲美的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。他們成功的秘訣是什么呢？　　……

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