分子生物学研究内容

分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系 (中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系(即生物膜)。

分子生物学的发展大致可分为三个阶段。

1、准备和酝酿阶段

19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。

在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质;确定了生物遗传的物质基础是DNA。

2、现代分子生物学的建立和发展阶段

这一阶段是从20世纪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。

DNA双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础;提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式;从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。

在此期间的主要进展包括：遗传信息传递中心法则的建立;对蛋白质结构与功能的进一步认识。

3、初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段

20世纪70年代后，以基因工程技术的出现作为新的里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。

其间的重大成就包括：重组DNA技术的建立和发展;基因组研究的发展;单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展;基因表达调控机理;细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域。

可以看到在近半个世纪中它是生命科学范围发展最为迅速的一个前沿领域，推动着整个生命科学的发展。至今分子生物学仍在迅速发展中，新成果、新技术不断涌现，这也从另一方面说明分子生物学发展还处在初级阶段。

分子生物学已建立的基本规律给人们认识生命的本质指出了光明的前景，但分子生物学的历史还短，积累的资料还不够，例如：在地球上千姿万态的生物携带庞大的生命信息，迄今人类所了解的只是极少的一部分，还未认识核酸、蛋白质组成生命的许多基本规律。

即使到2005年我们已经获得人类基因组的全序列，确定了人的5万-10万个基因的一级结构，但是要彻底搞清楚这些基因产物的功能、调控、基因间的相互关系和协调，要理解80%以上不为蛋白质编码的序列的作用等等，都还要经历漫长的研究道路。可以说分子生物学的发展前景光辉灿烂，道路还会艰难曲折。

目前，分子生物学研究的前沿内容主要包括如下5个方面。

1、生物大分子的结构与功能研究

主要任务是研究生物大分子特定的空间结构及结构与其生物学功能关系的科学，属于结构分子生物学的范畴。它包括结构的测定、结构运动变化规律及结构与功能的相互关系。

目前，研究三维结构及其运动规律的手段主要是X线衍射晶体学，其次是采用二维或多维磁共振技术研究液相结构，还有人用电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法等研究生物高分子的空间结构。

2、基因表达调控研究

原核生物的基因表达调控主要发生在转录水平;真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达调控可以发生在各种不同的水平上。

基因表达调控研究主要表现在信号转导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。信号转导是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，从而引发细胞功能发生变化的应答过程。转录因子是一群直接或间接与特定基因的特定序列相结合，并在特定时间内调控基因表达强度的蛋白质因子。

3、DNA重组技术的研究与应用

DNA重组技术是核酸化学、蛋白质化学、酶工程及微生物学、遗传学、细胞学长期深入研究成果的结晶，而限制性核酸内切酶、DNA连接酶及其他工具酶的发现与应用则是这一技术得以建立的关键。

DNA重组技术有着广阔的应用前景。它可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽，如激素、抗生素、酶类及抗体等。DNA重组技术还可用于定向改造某些生物的基因组结构，使它们所具备的特殊经济价值或功能得以成百上千倍地提高。另外，DNA重组技术也是进行基础研究的重要手段。

4、基因组、转录组、蛋白质组与生物信息学研究

2003年，人类基因组序列图绘制成功。此后已有数十种原核生物及酵母、线虫、果蝇等多种真核生物基因组被基本破译，极大丰富了人类的知识宝库，加快了人类认识自然改造自然的步伐。然而，基因组计划不可能直接阐明基因的功能，更不能预测该基因所编码蛋白质的功能与活性。于是，科学家又在基因组计划的基础上提出了“蛋白组计划”，旨在快速、高效、大规模鉴定基因的产物和功能。

巨大的基因组信息给科学家带来了前所未有的挑战。依靠计算机快速高效运算并进行统计分类和结构功能预测的生物信息学就是在这样的背景下诞生的。没有生物信息学的知识，不借助于最先进的计算科学，人类就不可能最大限度地开发和运用基因组学所产生的庞大数据。

5、细胞信号转导研究

细胞信号转导研究与基因表达调控研究密不可分。当信号分子(配体)与细胞相应的受体结合后，可以激活受体分子的构型变化，使之形成专一性的离子通道，也可以激活受体分子的蛋白激酶或磷酸酯酶，还可以通过受体分子指导合成细胞内的cAMP、cGMP、IP。等第二信使分子，从而将信息转导到细胞内部，最后活化了某些蛋白质分子，使之发生构型变化，进而直接作用于靶位点，打开或关闭某些基因，调控特定基因表达。

综上，分子生物学研究的核心内容是通过核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互作用等运动规律的研究来阐明生命的分子基础，从而探讨生命的奥秘。

现今的生物实验过程中，分子生物学技术分类繁多，其中的分子生物传感器是根据分子生物所结合的固定技术，利用生物识别原件衔接在换能器上，与此同时，待检测的物品会与生物传感器发生特异性的结合识别。然后分子生物传感器就会进行内部技术识别，然后将识别的分子通过信号的方式传输出去，传输的方式又分为电信号和光信号。

剩余的待测物质会通过下一程序进行定性检测，再对物质进行检测分析。检测液体中会存在微量的蛋白物质、小分子物质和核酸等小分子物质，这些物质都可以用分子生物传感器来检测。

另外，现代医学检测技术中所涉及的技术程序十分复杂，可以成为医学临床诊断和病例病情分析的重要依据。生物传感器就是利用分子生物学的技术，生物传感器对医学临床检测大有帮助，可以帮助主治医师的临床治疗。分子生物学技术，是以核酸生化为基础的新式检验方法，目前已经广泛应用于医学的各个领域。

分子生物学研究在医学和药学各个领域的广泛渗透，使医药科学进入了分子水平，并由此诞生了许多分支学科，如分子细胞学、分子免疫学、分子病理学、分子药理学、分子神经学、分子遗传学、基因诊断学、基因治疗学等。

由于分子生物学的新理论和新技术不断渗入药学研究领域，从而使以药学、化学为主的传统药物学研究模式转化为以生命科学、药学和化学相结合的新药研究模式，药学分子生物学的概念便应运而生。因此，分子生物学研究对现代医药科学的发展产生了全面而深远的影响。

1、分子生物学技术与疾病诊断

利用现代分子生物学的技术和方法，直接检测基因(DNA或RNA)结构及其表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法称为基因诊断。目前基因诊断方法包括核酸分子杂交、DNA基因芯片、PCR、单链构象多态性分析、DNA序列测定等。

DNA基因芯片有可能成为现代医学研究及医学诊断学发展强有力的工具。基因芯片技术还可用于基因表达方法的检测、基因定位克隆和寻找新基因、基因的测序、测定基因突变的多态性等。

2、分子生物学技术与疾病治疗

基因治疗是指将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，以达到治疗疾病目的的方法。早期主要用于单基因遗传病治疗，现已扩展到肿瘤、心血管疾病、自身免疫病、感染性疾病、神经系统疾病等危害较大且不能有效治疗的疾病。

基因治疗途径很多，包括基因矫正、基因置换、基因增补、基因失活。如将p53基因导入结肠癌细胞，肿瘤细胞将会失去活性。

3、分子生物学原理与发病机制研究

通过乙肝病毒(HBV)DNA资料发现，肝癌细胞DNA整合有HBVDNA，认为乙肝与肝癌的发生有密切关系。采用分子生物学原理与技术使人们认识了某些遗传疾病的发病机制，根据人类基因组计划的作图测序，利用遗传图、物理图、转录图和序列图寻找遗传性疾病基因，如Down综合征是由于基因突变所致。

4、分子生物学技术与医药工业

重组微生物是利用DNA重组技术和组合生物技术生产有用小分子代谢产物(如维生素、氨基酸、抗生素等)的反应器，利用基因工程技术生产细胞因子、胰岛素、干扰素及血液因子等，利用转基因动物或转基因植物生产药用蛋白质。

5、药物分子生物学与新药开发研究

药物基因组学是主要以阐明药物代谢、药物转运和药物靶分子的基因多态性与药物作用包括疗效和不良反应之间关系的一门科学，是一个新兴的研究领域。

药物基因组学的分子基础是基因的多态性。它主要研究基因序列变异及其对药物的不同反应，是研制特效药物的重要途径，从而为患者和特定人群寻找合适的药物。药物基因组学主要应用于开辟全新的药物开发领域，合理用药与个体化治疗，以及药物的临床和临床前研究。

60年前分子生物学先驱Watson和Crick向世人展示了DNA的双螺旋结构，分子生物学研究突飞猛进——中心法则，基因重组，表达调控，蛋白质翻译后加工、折叠、组装、转运，生物大分子相互作用、识别、信号转导等界碑式的工作搭建了分子生物学“大厦”。

人类基因组计划的完成，标志着生命科学研究转向对人类生命的探究。要解决人的问题，分子生物学应与基础医学、临床医学、预防医学、检验医学等密切结合，研究人体各种生理和病理状态下的分子机制。正因为有了坚实的基础研究作后盾，才有效推动了新的诊断、治疗、预防方法的出现以及新的健康理念的发展。

PCR技术作为分子生物学最常见且常用的技术，应用于医学检验中，缩短了诊断时间，提高了诊断精确度，为患者争取了宝贵的治疗时间。人类基因组计划不只是告诉我们DNA的排列是什么样的，而且告诉我们疾病、癌症以及生命的本质。虽然药物繁多，但是都面对着治标不治本的难题，基因治疗给我们带来了一线曙光。

相信随着分子生物学技术的发展，各种问题都是可以解决的。