何謂分子生物學(xué)？
從分子水平上研究生命現象物質(zhì)基礎的學(xué)科。研究細胞成分的物理、化學(xué)的性質(zhì)和變化以及這些性質(zhì)和變化與生命現象的關(guān)系，如遺傳信息的傳遞，基因的結構、復制、轉錄、翻譯、表達調控和表達產(chǎn)物的生理功能，以及細胞信號的轉導等。
通過(guò)研究生物大分子(核酸、蛋白質(zhì))的結構、功能和生物合成等方面，來(lái)闡明各種生命現象的本質(zhì)。研究?jì)热莅ǜ鞣N生命過(guò)程。比如光合作用、發(fā)育的分子機制、神經(jīng)活動(dòng)的機理、癌的發(fā)生等。
自20世紀50年代以來(lái)，分子生物學(xué)是生物學(xué)的前沿與生長(cháng)點(diǎn)，其主要研究領(lǐng)域包括蛋白質(zhì)體系、蛋白質(zhì)-核酸體系，其中心是分子遺傳學(xué)；以及蛋白質(zhì)-脂質(zhì)體系，即生物膜。
生物大分子，特別是蛋白質(zhì)和核酸結構功能的研究，是分子生物學(xué)的基礎?，F代化學(xué)和物理學(xué)理論、技術(shù)和方法的應用推動(dòng)了生物大分子結構功能的研究，從而出現了近30年來(lái)分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展。
分子生物學(xué)與生物化學(xué)和生物物理學(xué)關(guān)系
分子生物學(xué)與生物化學(xué)和生物物理學(xué)關(guān)系十分密切，它們之間的主要區別在于：第一，生物化學(xué)和生物物理學(xué)是用化學(xué)的和物理學(xué)的方法研究在分子水平，細胞水平，整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學(xué)問(wèn)題。而分子生物學(xué)則著(zhù)重在分子（包括多分子體系）水平上研究生命活動(dòng)的普遍規律；第二，在分子水平上，分子生物學(xué)著(zhù)重研究的是大分子，主要是蛋白質(zhì)，核酸，脂質(zhì)體系以及部分多糖及其復合體系。而一些小分子物質(zhì)在生物體內的轉化則屬生物化學(xué)的范圍；第三，分子生物學(xué)研究的主要目的是在分子水平上闡明整個(gè)生物界所共同具有的基本特征，即生命現象的本質(zhì)；而研究某一特定生物體或某一種生物體內的某一特定器官的物理、化學(xué)現象或變化，則屬于生物物理學(xué)或生物化學(xué)的范疇。
結構分析和遺傳物質(zhì)的研究
結構分析和遺傳物質(zhì)的研究在分子生物學(xué)的發(fā)展中做出了重要的貢獻。結構分析的中心內容是通過(guò)闡明生物分子的三維結構來(lái)解釋細胞的生理功能。1912年英國 W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射線(xiàn)晶體學(xué)，成功地測定了一些相當復雜的分子以及蛋白質(zhì)的結構。以后布喇格的學(xué)生W.T.阿斯特伯里和J.D.貝爾納又分別對毛發(fā)、肌肉等纖維蛋白以及胃蛋白酶、煙草花葉病毒等進(jìn)行了初步的結構分析。他們的工作為后來(lái)生物大分子結晶學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎。50年代是分子生物學(xué)作為一門(mén)獨立的分支學(xué)科脫穎而出并迅速發(fā)展的年代。首先是在蛋白質(zhì)結構分析方面，1951年L.C.波林等提出了 α-螺旋結構，描述了蛋白質(zhì)分子中肽鏈的一種構象。1955年F.桑格完成了胰島素的氨基酸序列的測定。接著(zhù) J.C.肯德魯和M.F.佩魯茨在X射線(xiàn)分析中應用重原子同晶置換技術(shù)和計算機技術(shù)分別于1957和1959年闡明了鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的立體結構。1965年中國科學(xué)家合成了有生物活性的胰島素，首先實(shí)現了蛋白質(zhì)的人工合成。
探索基因之謎
M.德?tīng)柌紖慰?/span>小組從1938年起選擇噬菌體為對象開(kāi)始探索基因之謎。噬菌體感染寄主后半小時(shí)內就復制出幾百個(gè)同樣的子代噬菌體顆粒，因此是研究生物體自我復制的理想材料。1940年G.W.比德?tīng)柡?span lang="EN-US">E.L.塔特姆提出了“一個(gè)基因，一個(gè)酶”的假設，即基因的功能在于決定酶的結構，且一個(gè)基因僅決定一個(gè)酶的結構。但在當時(shí)基因的本質(zhì)并不清楚。1944年O.T.埃弗里等研究細菌中的轉化現象，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出了DNA的雙螺旋結構，開(kāi)創(chuàng )了分子生物學(xué)的新紀元。在此基礎上提出的中心法則，描述了遺傳信息從基因到蛋白質(zhì)結構的流動(dòng)。遺傳密碼的闡明則揭示了生物體內遺傳信息的貯存方式。1961年F.雅各布和J.莫諾提出了操縱子的概念，解釋了原核基因表達的調控。到20世紀60年代中期，關(guān)于DNA自我復制和轉錄生成RNA的一般性質(zhì)已基本清楚，基因的奧秘也隨之而開(kāi)始解開(kāi)了。
僅僅30年左右的時(shí)間，分子生物學(xué)經(jīng)歷了從大膽的科學(xué)假說(shuō)，到經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗研究，從而建立了本學(xué)科的理論基礎。進(jìn)入70年代，由于重組DNA研究的突破，基因工程已經(jīng)在實(shí)際應用中開(kāi)花結果，根據人的意愿改造蛋白質(zhì)結構的蛋白質(zhì)工程也已經(jīng)成為現實(shí)。
分子生物學(xué)所揭示的蛋白質(zhì)結構
蛋白質(zhì)體系
蛋白質(zhì)的結構單位是α-氨基酸。常見(jiàn)的氨基酸共20種。它們以不同的順序排列可以為生命世界提供天文數字的各種各樣的蛋白質(zhì)。
蛋白質(zhì)的分子結購
蛋白質(zhì)分子結構的組織形式可分為 4個(gè)主要的層次。一級結構，也叫化學(xué)結構，是分子中氨基酸的排列順序。首尾相連的氨基酸通過(guò)氨基與羧基的縮合形成鏈狀結構，稱(chēng)為肽鏈。肽鏈主鏈原子的局部空間排列為二級結構。二級結構在空間的各種盤(pán)繞和卷曲為三級結構。有些蛋白質(zhì)分子是由相同的或不同的亞單位組裝成的，亞單位間的相互關(guān)系叫四級結構。
蛋白質(zhì)的特殊性質(zhì)和生理功能與其分子的特定結構有著(zhù)密切的關(guān)系，這是形形色色的蛋白質(zhì)所以能表現出豐富多彩的生命活動(dòng)的分子基礎。研究蛋白質(zhì)的結構與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)研究的一個(gè)重要內容。
隨著(zhù)結構分析技術(shù)的發(fā)展，現在已有幾千個(gè)蛋白質(zhì)的化學(xué)結構和幾百個(gè)蛋白質(zhì)的立體結構得到了闡明。70年代末以來(lái)，采用測定互補DNA順序反推蛋白質(zhì)化學(xué)結構的方法，不僅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿(mǎn)足的蛋白質(zhì)化學(xué)結構分析得以實(shí)現。
發(fā)現和鑒定具有新功能的蛋白質(zhì)，仍是蛋白質(zhì)研究的內容。例如與基因調控和高級神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)的蛋白質(zhì)的研究現在很受重視。
蛋白質(zhì)－核酸體系
生物體的遺傳特征主要由核酸決定。絕大多數生物的基因都由DNA構成。簡(jiǎn)單的病毒，如λ噬菌體的基因組是由 46000個(gè)核苷酸按一定順序組成的一條雙股DNA（由于是雙股DNA，通常以堿基對計算其長(cháng)度）。細菌，如大腸桿菌的基因組，含4×106堿基對。人體細胞染色體上所含DNA為3×109堿基對。
遺傳信息要在子代的生命活動(dòng)中表現出來(lái)，需要通過(guò)復制、轉錄和轉譯。復制是以親代 DNA為模板合成子代 DNA分子。轉錄是根據DNA的核苷酸序列決定一類(lèi)RNA分子中的核苷酸序列；后者又進(jìn)一步?jīng)Q定蛋白質(zhì)分子中氨基酸的序列，就是轉譯。因為這一類(lèi)RNA起著(zhù)信息傳遞作用，故稱(chēng)信使核糖核酸(mRNA)。由于構成RNA的核苷酸是4種，而蛋白質(zhì)中卻有20種氨基酸，它們的對應關(guān)系是由mRNA分子中以一定順序相連的 3個(gè)核苷酸來(lái)決定一種氨基酸，這就是三聯(lián)體遺傳密碼
基因在表達其性狀的過(guò)程中貫串著(zhù)核酸與核酸、核酸與蛋白質(zhì)的相互作用。DNA復制時(shí)，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開(kāi)，然后DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，復制出子代 DNA鏈。轉錄是在 RNA聚合酶的催化下完成的。轉譯的場(chǎng)所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質(zhì)的復合體，根據mRNA的編碼，在酶的催化下，把氨基酸連接成完整的肽鏈?；虮磉_的調節控制也是通過(guò)生物大分子的相互作用而實(shí)現的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過(guò)與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開(kāi)關(guān)。真核細胞染色質(zhì)所含的非組蛋白在轉錄的調控中具有特殊作用。正常情況下，真核細胞中僅2～15％基因被表達。這種選擇性的轉錄與轉譯是細胞分化的基礎。
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