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分子生物学的崛起

BIOX.CN 2005-5-10 19:12:35 来源:生命经纬
 


    随着对生理过程和发育过程的分析研究日益详尽和愈加复杂,人们越发认为这些过程有很多最终可以还原为生物性分子的作用。原先对这些生物性分子的研究局限于化学和生物化学领域。生物化学发端于19世纪,但起初它和有机化学并没有明显界限,生物化学研究一般都在化学研究机构进行。早期的生物化学确实和生物学关系不大,仅仅是从生物有机体提取的化合物的化学,最多也不过是和生物学过程有关的重要化合物的化学。直到现在还有一些生物化学仍然具有这种性质。分子生物学除了源于生物化学这一途径外,另一源流则来自生理学,(Florkin,1972ff;Fruton,1972,Leicester,1974)。
    生物化学的某些成就对生物学家来说特别重要。其中之一是一步一步地阐明了一些代谢途径,例如三羧酸循环以及最终论证了这一代谢途径的每个步骤都是由一个特定的
基因所控制。这类研究工作已不再单纯属于生物化学范畴而是习惯地也更合理地称之为分子生物学。分子生物学所研究的真正是分子的生物学,包括分子的修饰变化,分子的相互作用,甚至分子的进化历史。
    另一项重要的事态发展是认识到胶体化学的某些假定或设想是不切实际的,而很多重要的生物性物质是由高分子(量)的聚合物组成。20年代和Staudinger的名字密切联系着的这一事态发展,后来大大地促进了人们对胶原蛋白质,肌肉蛋白的了解,特别重要的是对DNA,RNA的了解。聚合后的有机分子具有晶体的某些性质,它们复杂的三维结构可以用X-射线晶体分析法加以说明(Bragg,Perutz,Wilkins)。通过这些研究清楚地表明高分子的三维结构,即其形态,是它们的功能的基础。虽然大多数生物性高分子最终是由有限数量的同样原子,主要是碳,氢、氧、硫、磷、氮原子聚合而成,但是都具有极其特殊的、有时是完全独特的性质。对这些高分子三维结构的研究大大有利于对其性质的认识。
    分子生物学家已经弄清了千百种生物性物质的结构及其有关代谢途径,然而他们的研究很少有像阐明了遗传物质的化学本质那样激动人心。早在1869年米歇尔就已发现大部分细胞核物质含有核酸。随后(十九世纪八十、九十年代)有人认为核素(即核酸)就是遗传物质,然而这种假说后来并没有被普遍接受。一直等到1944年艾弗里(Avery)及其同事论证了肺炎球菌的转化因子是DNA之后,有关的研究方向才发生了转变。虽然不少生物学家立即充分认识到艾弗里这一发现的重要意义,但是他们并不具备深入研究这一具有极大魔力的分子的技术手段和技术诀窍。问题很清楚,这个看来很简单的分子(当时认为和蛋白质比较起来是简单的)怎么会在受精卵的细胞核中携带着控制发育过程的全部信息?只有知道了DNA的确切结构才能开始探究它是怎样执行其独特功能的。为了解决DNA分子结构的问题当时在很多研究所之间展开了激烈的竞赛,英国剑桥卡文迪什研究所的华生和克里格于1953年脱颖而出取得了胜利。应当指出的是,如果他们两个人没有成功,则在几个月或几年之后别的人也会解决这个问题。
    每个人都听说过双螺旋的故事,但并不是每个人都充分地了解这一发现的重要意义。DNA并不直接参与有机体的发育或生理功能活动,而只是提供一套指令(遗传程序),
这套指令被译成相应的蛋白质。DNA是一幅蓝图,在身体的每个细胞中==全相同,并通过受精作用一代传给一代。DNA分子的关键组成部分是四个碱基对(总是一个嘌呤碱和一个嘧啶碱)。由三个碱基对构成的序列(三联体)确定翻译成哪一种氨基酸,而由三联体组成的序列则决定形成哪一种肽。DNA的三联体译成氨基酸是1961年DNA双螺旋结构以及遗传密码的发现是生物学中一项非常重要的突破。它彻底澄清了生物学中一些最含糊不清的问题并提出—些明确的新问题,其中有的就是目前生物学研究的前沿。它阐明了生物有机体为什么和任何无生命物质根本不同。在非生物界中绝对没有遗传程序,而生物界的遗传程序却贮存有30亿年历史的信息。同时这一纯粹唯物主义的解释也阐明了活力论者一再声称无法用化学和物理学解释的许多现象。确实这仍然是一种物理学家的解释,但较之前几个世纪的笼统机械论的解释却又是深奥复杂精细入微得多。
    与分子生物学纯粹化学性的发展的同时还有另一种性质的事态在发展。30年代电子显微镜的发明使人们对细胞结构有了完全新的认识。19世纪学者称之为原生质并认为是生命的基本物质的东西被发现原来是具有各种不同功能的细胞器组成的极其复杂的系统。其中大多数是作为特殊高分子的“生活环境”的(生物)膜系统。分子生物学目前已进入许多急待开发的新领域,其中有一些在医学上相当重要。




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