分子生物学的三大基石及其所揭示的生命现象本质

　　分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能，进而阐明生命现象本质的科学。研究包括蛋白质体系、蛋白质与核酸体系或分子遗传学，蛋白质与脂质体系即生物膜。1953年沃森提出的DNA分子双螺旋结构模型是分子生物学诞生的标志。

　　分子生物学是在分子水平上阐明整个生物界所共有的基本特征即生命现象本质，而研究某一特定生物体或某一特定器官的物理化学现象，属于生物物理学或生物化学范畴。1941年比德尔等提出了“一个基因，一个酶”学说，基因功能在于决定酶的结构，被誉为“分子生物学第一大基石”。1944年埃弗里等在研究细菌转化现象中，证明了DNA是遗传物质。1951年波森等描述了蛋白质分子中肽链的一种构象即 α-螺旋结构，1953年桑格完成了胰岛素氨基酸序列的测定，开创了蛋白质序列分析的先河。1953年沃森和克里克提出了DNA的反向平行双螺旋结构，被誉为“分子生物学第二大基石”，开创了分子生物学的新纪元。1958年提出的中心法则，描述了遗传信息从基因到蛋白质结构的流动，遗传密码则揭示了生物体内遗传信息的贮存方式。1961年雅各布等提出了操纵子的概念，解释了原核基因表达的调控，为“分子生物学第三大基石”。随后关于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质基本搞清，基因奥秘随之而解开，根据意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程成为现实。

　　蛋白质结构单位是α-氨基酸，常见的共有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蛋白质。蛋白质分子结构的分为 4个主要层次，一级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缩合形成链状肽链结构；肽链主链原子的局部空间排列为二级结构；二级结构在空间进行盘曲折叠形成三级结构；由亚单位组装成的蛋白质分子间相互关系为四级结构。生物体遗传特征主要由核酸决定，而生物的，基因都由 DNA构成，遗传信息需要通过复制、转录和转译，在子代生命活动中表现出来，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，而后者决定蛋白质分子中的氨基酸序列即转译。因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，即三联体遗传密码。这种选择性转录与转译是细胞分化的基础。生物膜包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜，它们在结构与功能上具有两侧不对称性，能量转换主要在膜上进行，某些物质能高速度通过膜，这种选择性通透使细胞内pH和离子组成相对稳定，能保持产生神经、肌肉兴奋所必需的离子梯度，及细胞浓缩营养物和排除废物的功能。

　　分子生物学成果表明，生命活动在生物体中都是统一的，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸，除某些病毒外的遗传物质都是DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制复制。过去生化研究靠对不同种属间形态和解剖来比较来决定，随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展，比较不同种属蛋白质或核酸的化学结构，根据差异的程度就能断定其亲缘关系。

　　举报/反馈