一、分子生物學(xué)的基本含義
分子生物學(xué)是從分子水平研究生命本質(zhì)為目的的一門新興邊緣學(xué)科，它以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對(duì)象，是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快并正與其它學(xué)科廣泛交叉與滲透的重要前沿領(lǐng)域。分子生物學(xué)的發(fā)展為人類認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象帶來了前所未有的機(jī)會(huì)，也為人類利用和改造生物創(chuàng)造了極為廣泛的前景。
所謂在分子水平上研究生命的本質(zhì)主要是指對(duì)遺傳、生殖、生長和發(fā)育等生命基本特征的分子機(jī)理的闡明，從而利用和改造生物奠定理論基礎(chǔ)和提供新的手段。這里的分子水平指的是那些攜帶遺傳信息的核酸和在遺傳信息傳遞及細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間通訊過程中發(fā)揮著重要作用的蛋白質(zhì)等生物大分子。這些生物大分子均具有較大的分子量，由簡單的小分子核苷酸或氨基酸排列組合以蘊(yùn)藏各種信息，并且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)以形成精確的相互作用系統(tǒng)，由此構(gòu)成生物的多樣化和生物個(gè)體精確的生長發(fā)育和代謝調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。簡明這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)的主要任務(wù)。
二、分子生物學(xué)的主要研究內(nèi)容
分子生物學(xué)主要包含以下三部分研究內(nèi)容：
1 核酸的分子生物學(xué)
核酸的分子生物學(xué)研究核酸的結(jié)構(gòu)及其功能。由于核酸的主要作用是攜帶和傳遞信息，因此分子遺傳學(xué)（moleculargenetics)是其主要組成部分。由于50年代以來的迅速發(fā)展。該領(lǐng)域已形成了比較完整的理論體系和研究技術(shù)，是目前分子生物學(xué)內(nèi)容最豐富的一個(gè)領(lǐng)域。研究內(nèi)容包括核/基因組的結(jié)構(gòu)、遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯，核酸存儲(chǔ)的信息修復(fù)與突變，基因表達(dá)調(diào)控和基因工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用等。遺傳信息傳遞的中心法則（centraldogma)是其理論體系的核心。
2 蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)
蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)研究執(zhí)行各種生命功能的主要大分子——蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。盡管人類對(duì)蛋白質(zhì)的研究比對(duì)核酸研究的歷史要長得多，但由于其研究難度較大，與核酸分子生物學(xué)相比發(fā)展較慢。近年來雖然在認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其與功能關(guān)系方面取得了一些進(jìn)展，但是對(duì)其基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)尚缺乏突破性的進(jìn)展。醫(yī)學(xué)全在線網(wǎng)站www.med126.com
3 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)
細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)研究細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間信息傳遞的分子基礎(chǔ)。構(gòu)成生物體的每一個(gè)細(xì)胞的分裂與分化及其各種功能的完成均依賴于外界環(huán)境所賦予的各種指示信號(hào)。在外源信號(hào)的刺激下，細(xì)胞可以將這些信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗猩锘瘜W(xué)變化，例如蛋白質(zhì)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變、蛋白分子的磷酸化心臟蛋白與蛋白相互作用的變化等，從而使其增殖、分化及分泌狀態(tài)等發(fā)生改變以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的需要。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的目標(biāo)是簡明這些變化的分子機(jī)理，明確每一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與傳遞的途徑及參與該途徑的所有分子的作用和調(diào)節(jié)方式以及認(rèn)識(shí)各種途徑間的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理的研究在理論和技術(shù)方面與上述核酸及蛋白質(zhì)分子有著緊密的聯(lián)系，是當(dāng)前分子生物學(xué)發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。
三、分子生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系
分子生物學(xué)是由生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、以纛信息科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、綜合融會(huì)而產(chǎn)生并發(fā)展起來的，凝聚了不同專長的科學(xué)家的共同努力。它雖產(chǎn)生于上述各個(gè)學(xué)科，但已形成它獨(dú)特的理論體系和研究手段，成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。
生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系最為密切。兩者同在我國教委和科委頒布的一個(gè)二級(jí)學(xué)科中，稱為“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”，但兩者還是區(qū)別的。生物化學(xué)是從化學(xué)角度研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，它著重研究生物體內(nèi)各種生物分子的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變與新陳代謝。傳統(tǒng)生物化學(xué)的中心內(nèi)容是代謝，包括糖、脂類、氨基酸、核苷酸、以及能量代謝等與生理功能的聯(lián)系。分子生物學(xué)則著重闡明生命的本質(zhì)——主要研究生物大分子核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、生命信息的傳遞和調(diào)控�！秶H生物化學(xué)學(xué)會(huì)》和《中國生物化學(xué)學(xué)會(huì)》現(xiàn)昀已改名為《國際生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會(huì)》和《中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會(huì)》。
細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系也十分密切。傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)主要研究細(xì)胞和亞細(xì)胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。細(xì)胞作為生物體基本的構(gòu)成單位是由許多分子組成的復(fù)雜體系，光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡下所見到的規(guī)則結(jié)構(gòu)是各種分子有序結(jié)合而形成的。探討組成細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)比單純觀察大體結(jié)構(gòu)能更加深入認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，因此現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展越來越多地應(yīng)用分子生物學(xué)的理論和方法。分子生物學(xué)則是從研究各個(gè)生物大分子的結(jié)構(gòu)入手，但各個(gè)分子不能孤立發(fā)揮作用，生命絕非組成萬分的隨意加和或混合，分子生物學(xué)還需要進(jìn)一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用，尤其是細(xì)胞整體反應(yīng)的分子機(jī)理。這在某種程度上是向細(xì)胞生物學(xué)的靠攏。分子細(xì)胞學(xué)或細(xì)胞分子生物學(xué)就因此而產(chǎn)生，成為人們認(rèn)識(shí)生命的基礎(chǔ)。
由于分子生物學(xué)涉及認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)，它也就自然廣泛的滲透到醫(yī)學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域中，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要的基礎(chǔ)。在醫(yī)學(xué)各個(gè)學(xué)科中，包括生理學(xué)、微生理學(xué)、免疫學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)以及臨床各學(xué)科分子生物學(xué)都正在廣泛地形成交叉與滲透，形成了一些交叉學(xué)科，如分子免疫學(xué)、分子病毒學(xué)、分子病理學(xué)和分子藥理學(xué)等，大大促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展。
四、分子生物學(xué)發(fā)展簡史
分子生物學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。
（一)準(zhǔn)備和醞釀階段
19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初，是現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的準(zhǔn)備和醞釀階段。在這一階段產(chǎn)生了兩點(diǎn)對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上的重大突破。
確定了蛋白質(zhì)是生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末Buchner兄弟證明酵母無細(xì)胞提取液能使糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，第一次提出酶（enzyme)的名稱，酶是生物催化劑。20世紀(jì)20-40年代提純和結(jié)晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、共同酶、細(xì)胞色素C、肌動(dòng)蛋白等)，證明酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)生命的許多基本現(xiàn)象（物質(zhì)代謝、能量代謝、消化、呼吸、運(yùn)動(dòng)等)都與酶和蛋白質(zhì)相聯(lián)系，可以用提純的酶或蛋白質(zhì)在體外實(shí)驗(yàn)中重復(fù)出來。在此期間對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)也有較大的進(jìn)步。1902年EmilFisher證明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是多肽；40年代末，Sanger創(chuàng)立二硝基氟苯（DNFB)法、Edman發(fā)展異硫氰酸苯酯法分析肽鏈N端氨基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一個(gè)多肽分子——胰島素A鏈和B鏈的氨基酸全序列分析。由于結(jié)晶X-線衍射分析技術(shù)的發(fā)展，1950年P(guān)auling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋結(jié)構(gòu)模型。所以在這階段對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)都有了認(rèn)識(shí)。
確定了生物遺傳的物質(zhì)是DNA。
雖然1868年F.Miescher就發(fā)現(xiàn)了核素（nuclein)，但是在此后的半個(gè)多世紀(jì)中并未引起重視。20世紀(jì)20-30年代已確認(rèn)了自然界有DNA和RNA兩類核酸，并闡明了核苷酸的組成。由于當(dāng)時(shí)對(duì)核苷酸和堿基的定量分析不夠精確，得出DNA中A、G、C、T含量是大致相等的結(jié)果，因而間長期認(rèn)為DNA結(jié)構(gòu)只有“四核苷酸”單位的重復(fù)，不具有多樣性，不能攜帶更多的信息，當(dāng)時(shí)對(duì)攜帶遺傳信息的侯選分子更多的是考慮蛋白質(zhì)。40年代以后的實(shí)驗(yàn)事實(shí)使人們對(duì)核酸的功能和結(jié)構(gòu)兩方面的認(rèn)識(shí)都有了長足的進(jìn)步。1944年O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子是DNA；1952年S.Furbery等的X-線衍射分析闡明了核苷酸并非平面的空間構(gòu)像，提出了DNA是螺旋結(jié)構(gòu)；1948-1953年Chargaff等用新的層析和電泳技術(shù)分析組成DNA的堿基和核苷酸量，積累了大量的數(shù)據(jù)，提出了DNA堿基組成A=T、G=C的Chargaff規(guī)則，為堿基酸對(duì)的DNA結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)打下了基礎(chǔ)。
