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分子生物学的发展

分子生物学是由20世纪初发展起来的两个生物学分支——遗传

学和生物化学的结合产生的。这两个学科分别有其自己明确的研究对

象：遗传学研究基因，而生物化学研究蛋白质和酶。当人们更清楚地

了解了这两个学科之间的关系时，分子生物学就应运而生了。

严格说来，分子生物学并不是一个新的领域，而是一种把生命有

机体看作是信息储存器和传递物的新方法。

一、分子生物学的诞生根基

在20世纪初，生物化学取代了生理化学。生物化学为医学提供

了科学的诊断方法，作为一门基础科学，它试图揭示有机体内分子转

化的途径。

第一个生物化学实验是在1897年进行的。一位德国化学家

EduardBuchner用不含细胞的酵母菌抽提液成功地在活的生物体外

实现了糖转化为酒精的发酵过程。这一发现非常重要，因为在40年

前，法国科学家Pasteur曾经强调过发酵过程代表着生命的“记号”。

生物化学沿着两个方向得到了发展：一方面它研究有机体内分子（尤

其是糖）的转换；另一方面，它鉴定了蛋白质和酶的特征，而它们是

生命的必需组分。酶是生物化学家极为关注的使生物体内发生转换的

催化介质。

20世纪的前半部分对于生物化学来说是一个很重要的时期。在

这个阶段中，生物化学家揭示了代谢的主要途径和循环——如糖酵解

途径、尿素循环、三羧酸循环（或叫Krebs循环）等等，并对细胞呼

吸进行了大量的研究。同时，物理化学领域的进步使得在生物体外开

展对酶活性的研究成为可能。一个用于对酸度进行定量描述的概念

“pH”产生了，同时人们还研制出了反映细胞内环境特性的“缓冲溶

液”系统。

在20世纪的前20年中，“胶体”理论在生物化学领域中占据了

主导性的地位。后来胶体理论逐渐被大分子理论所取代，“大分子”

这个术语是1922年由德国化学家HermannStaudinger引入的，它用

于描述质量很大的分子。另一个对理解生物化学在分子生物学的发展

中所做特殊贡献极为重要的概念是“专一性”。专一性这个概念首先

是在1890年由德国化学家EmilFischer清楚提出的，为了说明专一

性这一概念的含义，费希尔用了锁和钥匙进行比喻——酶和底物的关

系就像是锁和钥匙的关系一样。虽然这一概念是从对酶的研究中发展

起来的，但它却在免疫学领域得到了最为惊人的应用。

与生物化学比较，遗传学的发展历史也毫不逊色。1866年，

GergorMendel第一次系统地提出了“遗传定律”。一对染色体上所

携带的基因间的重组可以解释为是由发生于性细胞形成阶段的染色

体片段的交换引起的，重组现象使得研究人员能够在染色体上给不同

的基因排出顺序，进而可以建立染色体图谱。

二、分子生物学的发展

从50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的

DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗

传学基本理论建立和发展的黄金时代。在此期间的主要进展包括：

1、遗传信息传递中心法则的建立

在发现DNA双螺旋结构同时，Watson和Crick就提出DNA复制

的可能模型。其后在1956年A.Kornbery首先发现DNA聚合酶；1958

年Meselson及Stahl用同位素标记和超速离心分离实验为DNA半保

留模型提出了证明；1968年Okazaki（冈畸）提出DNA不连续复制模

型；1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物；70年代初获得

DNA拓扑异构酶，并对真核DNA聚合酶特性做了分析研究；这些都逐

渐完善了对DNA复制机理的认识。在研究DNA复制将遗传信息传给子

代的同时，提出了RNA在遗传信息传到蛋白质过程中起着中介作用的

假说。在此同时认识到蛋白质是接受RNA的遗传信息而合成的。

2、对蛋白质结构与功能的进一步认识

1956-58年Anfinsen和White根据对酶蛋白的变性和复性实验，

提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来确定的。1958年

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