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分子生物学的定义及其研究内容_高尚荫文选

时间:2020-02-09百科知识联系我们
分子生物学的定义及其研究内容_高尚荫文选

分子生物学的定义及其研究内容

F.Crick说过“分子生物学下的定义是对分子生物学家有兴趣的任何东西”,这并不是说笑话而是说明“分子生物学”这个名词是不明确的。事实上这个名词包含有两种意义,第一种是具有非常普遍的意义,可作极广义的解释——试图了解在原子和分子水平上的任何生物学问题。你可以说动物习性的分子生物学并不离题太远,某些生物学家正在朝这个方向努力。第二种就是该名词的经典意义,其范围较窄。所谓经典分子生物关系到长链分子——生物大分子——核酸、蛋白质以及它们的合成。生物学上这意味着基因和它们的复制和表达,意味着基因的产物。例如,研究肌肉的收缩所包括的分子结构就是属于分子生物学的第一种意义而不是第二种。研究DNA的结构与功能则属于分子生物学的第二种意义而不是第一种。

早在1954年Astbury在美国纽约的哈维讲座的报告中还给分子生物学下了一个定义:“分子生物学包括……在经典生物学的大量出现下寻找相应的分子基础,特别是涉及生物分子的结构以及它们的演化,在其构成上加以探索并上升到更高的水平,分子生物学主要是研究三维结构,但这并不意味着它只不过是形态学的提炼,它必须同时深入到发生和功能的研究中去。”(IMB,1964)经典分子生物学的特征之一是对所有生物系统最简单的共性问题进行研究,因而选择的对象在相当长时间内集中在原核生物,如细菌、病毒或蓝绿藻。由于它们增殖快以及它们的细胞染色体内的DNA一般不与蛋白质结合在一起,这给实验工作提供了很多方便。

经典的研究强调几种思想,最基本的思想是生物信息的传递和表达。尽管生物信息极为庞杂,但它能以极简单的字母语言的形式进行传递和表达。从遗传上来说,信息储存于碱基的序列中,而各种各样的碱基序列又能通过特殊的生化机理翻译成其他语言——蛋白质的氨基酸序列。这种生化机理相当精确,然而它的基本生物学机理在原则上又是比较简单的,在自然界除发现微小的变异之外基本上是相同的。这些机理的单纯性和普遍性是促使分子生物学进展较快的一个主要原因,我们不能否认从DNA结构发现后分子生物学的研究是非常成功的,至少在经典的初期阶段是如此。对单细胞来说我们所需了解的东西已有了一个基本概况,这就意味着目前研究工作的一个方面也是一个重要的方面就是巩固、充实和填补生化方面已知微小的各种细节。

Watson在“基因的分子生物学”一书中宣称:“在大肠杆菌我们已了解至少有五分之一甚至三分之一的代谢反应,结论是非常满意的。这预示在今后的10年或20年内我们将接近搞清楚大肠杆菌细胞的一切代谢反应。因此,就是谨慎的生物学家也可以不再认为细菌细胞是没有希望弄清楚的复杂体。相反,他们不像19世纪他们的同行那样,他们现在至少有工具来描述生命的本质特征”(MGB,1978)。(www.anred.net.cn)

目前研究的第二个方面是对高等生物进行类似于对最简单的原核生物所进行并取得成功的相似水平的研究工作。而当中最大的问题在于基因表达的速率和时间不同,由于真核细胞不同于原核细胞,对它的研究要复杂得多。因此,到目前为止,研究工作仅仅局限于原核细胞。在简单的细胞研究中,我们已获得了一个基本的轮廓概念,即怎样将基因打开或关闭。但是,我们如何将这些基本的经典概念再应用到高等生物的研究工作中去呢?这就是有待于我们努力的第二个方面。

有人提出两种不同的主张,第一,是把我们已有的知识放在详细的物理化学基础上,因为大部分的工作现在处于开创阶段,所以分子生物学的一部分将成为物理和化学的分支。第二,是将其他生物现象归结到分子水平加以研究,这些现象彼此不同并且对它的了解也是不平衡的。例如,关于肌肉,我们要了解肌肉的化学能是怎样释放的,我们需要知道在这种化学能释放过程中分子间的相互反应。又如我们知道细胞通过它们的膜面对巨大的电化性梯度引入选择性的分子,这种上升的注入是非常重要的。但是我们对这些“引入机理”完全不了解,我们不了解它们的分子结构,也不了解它们是怎样工作的。

当我们开始研究多细胞生物时就面对发育问题:胚胎学、不同种类细胞、组织和器官的分化、创伤的治愈、再生等许多问题,分子生物学家现在正进入这些领域。发育、卵子怎样变成生物体,发育问题最后将包括生物学的一切问题,所有这些都将放在分子水平上加以研究。我们开始把分子生物学放在这个基点上,其他的生物学问题还在等待着人们去解决。