分子生物學(xué)

'''分子生物學(xué)'''是對(duì)生物在[[分子]]層次上的研究。這是一門(mén)[[生物學(xué)]]和[[化學(xué)]]之間跨學(xué)科的研究，其研究領(lǐng)域涵蓋了[[遺傳學(xué)]]、[[生物化學(xué)]]和[[生物物理學(xué)]]等學(xué)科。分子生物學(xué)主要致力于對(duì)[[細(xì)胞]]中不同系統(tǒng)之間相互作用的理解，包括[[DNA]]，[[RNA]]和[[蛋白質(zhì)生物合成]]之間的關(guān)系以及了解它們之間的相互作用是如何被調(diào)控的。 <!-- 
{{fact|有人認(rèn)為分子生物學(xué)的定義可以分成廣義和狹義。
*廣義的分子生物學(xué)泛指對(duì)生物大分子的研究，包括[[蛋白質(zhì)]]、[[核酸]]和[[多糖]]。
*狹義的分子生物學(xué)則僅指對(duì)核酸（包括[[DNA]]和[[RNA]]）的研究。(蛋白質(zhì)已成為另一大類(lèi)的學(xué)問(wèn))現(xiàn)在比較常用的含義是狹義的分子生物學(xué)}}
。 -->

== 歷史 ==

{{main|分子生物學(xué)史}}
在1930年代，由于許多[[生物化學(xué)家]]發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的許多分子參與了各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，分子生物學(xué)由此逐步建立。但直到1938年“分子生物學(xué)”一詞才由瓦倫·韋弗（Warren Weaver）提出（也有人認(rèn)為“分子生物學(xué)”一詞最早于1945年威廉·阿斯特伯里（William Astbury）首先在Harvey Lecture上應(yīng)用的<ref>龍華，“分子生物學(xué)的發(fā)展”，《生物學(xué)通報(bào)》，40: 58-60，2005</ref>）。瓦倫是當(dāng)時(shí)洛克斐勒基金會(huì)[[自然科學(xué)]]方面的主持人，他相信由于在[[X射線(xiàn)]][[晶體]]學(xué)等方面的發(fā)展，生物學(xué)正在進(jìn)入一個(gè)大的[[轉(zhuǎn)變期]]，他也因此將基金會(huì)的資金用于資助生物領(lǐng)域的研究。

== 與其他“分子尺度”[[生物科學(xué)]]的關(guān)系 ==

[[File:生物化學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)關(guān)系簡(jiǎn)圖.svg|thumb|250px|left|生物化學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)關(guān)系簡(jiǎn)圖]] 分子生物學(xué)的研究者們不僅應(yīng)用分子生物學(xué)特有的技術(shù)（參見(jiàn)本條目中“技術(shù)”一節(jié)），而且越來(lái)越多地從遺傳學(xué)、生物化學(xué)和生物物理學(xué)的技術(shù)和思路中獲得啟迪，綜合利用。因此，這些學(xué)科間越來(lái)越多地相互融合，不再有明確的分界線(xiàn)。左圖抽象地展示了對(duì)相關(guān)領(lǐng)域之間的相互關(guān)系一種可能的闡釋?zhuān)?* “生物化學(xué)”主要研究化學(xué)物質(zhì)在生物體關(guān)鍵的生命進(jìn)程中的作用。{{see also|生物化學(xué)}}
* “遺傳學(xué)”主要研究生物體間遺傳差異的影響。這些影響常?？梢酝ㄟ^(guò)研究正常遺傳組分（如[[基因]]）的缺失來(lái)推斷，如研究缺少了一個(gè)或多個(gè)正常功能性遺傳組分的[[突變體]]與正常[[表現(xiàn)型]]（又稱(chēng)為“[[野生型]]”）之間的關(guān)系。[[遺傳相互作用]]（如[[異位顯性]]）經(jīng)常會(huì)使像[[基因敲除]]這類(lèi)研究的結(jié)果難以解釋。{{see also|遺傳學(xué)}}
* “分子生物學(xué)”則主要研究[[遺傳物質(zhì)]]的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯進(jìn)程中的分子基礎(chǔ)。[[分子生物學(xué)的中心法則]]認(rèn)為“DNA制造RNA，RNA制造蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)反過(guò)來(lái)協(xié)助前兩項(xiàng)流程，并協(xié)助DNA自我復(fù)制”；雖然這一描述對(duì)分子生物學(xué)所涵蓋的內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單化（特別是RNA的新功能仍在不斷發(fā)現(xiàn)中），但仍不失為了解這一領(lǐng)域的很好的起點(diǎn)。{{Main|分子生物學(xué)的中心法則}}

在分子生物學(xué)中大量工作是定量的，而且最近的許多研究工作是在結(jié)合[[生物信息學(xué)]]和[[計(jì)算生物學(xué)]]的基礎(chǔ)之上完成的。從本世紀(jì)（二十一世紀(jì)）開(kāi)始，研究[[基因]]結(jié)構(gòu)和功能的[[分子遺傳學(xué)]]已經(jīng)成為分子生物學(xué)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。

越來(lái)越多的學(xué)科已經(jīng)將目光集中到分子水平的研究中，一方面直接研究相關(guān)分子間相互作用，如[[細(xì)胞生物學(xué)]]和[[發(fā)育生物學(xué)]]；另一方面利用分子生物學(xué)技術(shù)來(lái)研究并推測(cè)群體和[[物種]]的歷史貢獻(xiàn)（非直接，[[遺傳]]水平），如進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域中的[[群體遺傳學(xué)]]和[[系統(tǒng)發(fā)生學(xué)]]。此外，生物物理學(xué)一直都有從頭研究[[生物分子]]的傳統(tǒng)。

== 技術(shù) ==

從1950年代晚期和1960年代早期開(kāi)始，分子生物學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始學(xué)習(xí)鑒定、提純和處理細(xì)胞和[[生物體]]的分子組分。這些組分包括：DNA，[[遺傳信息]]的[[攜帶者]]；RNA，作為DNA的“近親”，既可以是DNA的臨時(shí)“工作拷貝”，又可以發(fā)揮結(jié)構(gòu)分子和酶功能，同時(shí)還是[[翻譯 (遺傳學(xué))|蛋白質(zhì)翻譯]]的結(jié)構(gòu)和功能元件；[[蛋白質(zhì)]]，細(xì)胞中的主要的結(jié)構(gòu)分子和酶分子。

=== [[克隆]]表達(dá) ===

分子生物學(xué)中最基本的技術(shù)是蛋白質(zhì)的表達(dá)和[[純化]]。首先是編碼目的[[蛋白]]的[[DNA序列]]被[[克?。ǚ肿由飳W(xué)）|克隆]]（用PCR技術(shù)和[[限制性?xún)?nèi)切酶]]）到作為[[表達(dá)載體]]的[[質(zhì)粒]]中。隨后構(gòu)建好的質(zhì)粒被引入到宿[[主細(xì)胞]]。[[編碼序列]]在質(zhì)粒上的特殊的[[啟動(dòng)子]]元件的驅(qū)動(dòng)下，被宿主細(xì)胞的表達(dá)系統(tǒng)所表達(dá)。質(zhì)粒上通常還帶有[[抗生素抗性]]標(biāo)簽以便于質(zhì)粒篩選。<ref>Cohen, S.N., Chang, A.C.Y., Boyer, H. & Heling, R.B. Construction of biologically functional bacterial plasmids ''in vitro''. ''Proc. Natl. Acad. Sci. USA'' '''70''', 3240 – 3244 (1973).</ref>

質(zhì)?？梢员徊迦氲絒[細(xì)菌]]或[[動(dòng)物細(xì)胞]]。外源DNA被引入細(xì)菌被稱(chēng)為轉(zhuǎn)化，可以通過(guò)[[電穿孔法]]、微[[注射法]]、正吸收和融合來(lái)實(shí)現(xiàn)；外源DNA被引入[[真核細(xì)胞]]，如動(dòng)物細(xì)胞，被稱(chēng)為[[轉(zhuǎn)染]]，轉(zhuǎn)染技術(shù)包括[[磷酸鈣]]法、[[脂質(zhì)體法]]和一些有專(zhuān)利權(quán)的商用轉(zhuǎn)染[[試劑]]。DNA也可以以[[病毒]]或[[病原菌]]為載體被帶入宿主細(xì)胞；應(yīng)用這種病毒或[[病菌]]的轉(zhuǎn)染技術(shù)于細(xì)胞時(shí)，用術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)就是“對(duì)細(xì)胞進(jìn)行[[轉(zhuǎn)導(dǎo)]]（transduce）”。

=== [[多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)]] ===

{{main|多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)}}

多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）是一項(xiàng)用于體外復(fù)制DNA的極為通用的技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，PCR技術(shù)可以使[[單鏈DNA]]被復(fù)制數(shù)百萬(wàn)次，也允許用事先確定好的方式對(duì)被復(fù)制的DNA序列進(jìn)行改動(dòng)。例如，PCR技術(shù)可以用于引入[[限制性酶切位點(diǎn)]]，或者對(duì)特定的DNA堿基進(jìn)行[[突變]]（改變）。PCR技術(shù)還可以用于從cDNA文庫(kù)獲得特定的DNA片段，或者從另一個(gè)角度，用于判斷一個(gè)cDNA文庫(kù)中是否含有特定的DNA片段。

=== [[凝膠電泳]] ===

{{main|凝膠電泳}}

凝膠電泳是分子生物學(xué)最主要的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是：DNA、RNA和蛋白質(zhì)可以用電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行分離。在[[瓊脂糖凝膠電泳]]中，DNA和RNA可以被[[瓊脂糖]][[凝膠]]按其分子大小進(jìn)行分離。同樣，蛋白質(zhì)可以被SDS－[[聚丙烯酰胺凝膠電泳]]（SDS-PAGE）按[[分子量]]大小分離；此外，蛋白質(zhì)還可以由于所帶電荷的不同被[[等電聚焦電泳]]分離。

=== 墨[[點(diǎn)法]] ===

==== 南方墨點(diǎn)法 ====

{{main|南方墨點(diǎn)法}}

此方法的命名源自其發(fā)明者生物學(xué)家Edwin Southern。南方墨點(diǎn)法是探測(cè)一個(gè)DNA樣品中含有特定DNA序列的方法。首先，DNA樣品為凝膠電泳所分離；然后，分離的樣品通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象被轉(zhuǎn)移到一張膜上，這一過(guò)程被稱(chēng)為“印跡”（blotting）。帶有樣品的膜就可以用與目標(biāo)序列互補(bǔ)的標(biāo)記的DNA標(biāo)記[[探針]]來(lái)探測(cè)。最初的操作手冊(cè)大都采用[[放射性標(biāo)記](méi)]，但現(xiàn)在非放射性標(biāo)記已開(kāi)始被采用。自從PCR技術(shù)被用于檢測(cè)特定DNA序列后，Southern[[印跡法]]在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用大為減少。但此方法依然有著其他一些應(yīng)用，如用于測(cè)量轉(zhuǎn)基因鼠的轉(zhuǎn)[[基因拷貝]]數(shù)，以及用于構(gòu)建[[基因]]敲除的[[胚胎]]干[[細(xì)胞系]]。

==== 北方墨點(diǎn)法 ====

{{main|北方墨點(diǎn)法}}

北方墨點(diǎn)法被用于研究特定類(lèi)別的RNA分子的表達(dá)模式（豐度和大?。?。與南方墨點(diǎn)法相似，RNA樣品為凝膠電泳按大小分離；然后轉(zhuǎn)移到膜上，并用與目標(biāo)序列互補(bǔ)的標(biāo)記的探針來(lái)探測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以根據(jù)所用探針的不同以多種方式來(lái)觀察，但大多數(shù)都顯示的是樣品中被探測(cè)的RNA條帶的相對(duì)位置，也就是分子大小；而條帶的強(qiáng)度則與樣品中目標(biāo)RNA的含量相關(guān)。這一方法可以測(cè)量目標(biāo)RNA在不同樣品中的情況，因此已經(jīng)被普遍用于研究特定基因在生物體中表達(dá)的時(shí)刻和表達(dá)量，也是這類(lèi)研究中最基本的手段。

==== 西方墨點(diǎn)法 ====

{{main|西方墨點(diǎn)法}}

大多數(shù)蛋白的[[抗體]]可以通過(guò)將少量的蛋白注入動(dòng)物（如鼠、兔、羊）以獲得對(duì)應(yīng)注入蛋白的抗體（[[多克隆抗體]]）或進(jìn)一步通過(guò)[[細(xì)胞培養(yǎng)]]獲得抗體（[[單克隆抗體]]）。這些抗體就可為許多分析和制備技術(shù)所使用。在西方墨點(diǎn)法中，蛋白質(zhì)首先根據(jù)分子大小用SDS-PAGE分離。然后將膠中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜（如PDVF膜、[[尼龍]]膜或其他可用的膜）上。然后將膜用含有抗體的溶液浸泡，由于抗體可以特異性地結(jié)合到目標(biāo)蛋白上，因此就可以探測(cè)膜中的目標(biāo)蛋白。同樣觀察結(jié)果的方法有很多，包括顯色產(chǎn)物、[[化學(xué)發(fā)光]]（chemiluminescence）或[[放射自顯影]]。一些與西方墨點(diǎn)法相似的方法可以用于直接對(duì)細(xì)胞和組織中的特定蛋白進(jìn)行[[染色]]，然而這些被稱(chēng)為“[[免疫]]染色”的方法更多的是應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)而非分子生物學(xué)。

此外，還有并不常用的“東方墨點(diǎn)法”（對(duì)[[雙向電泳]]后蛋白質(zhì)分子的印跡分析）、“西南方墨點(diǎn)法”（研究蛋白質(zhì)和DNA相互作用）和“遠(yuǎn)端西方墨點(diǎn)法”（Far Western blotting，研究蛋白質(zhì)－[[蛋白質(zhì)相互作用]]）。

值得一提的是除了南方墨點(diǎn)法的命名是來(lái)自于發(fā)明者的姓名，其他墨點(diǎn)法的命名則都是源于發(fā)明者的幽默：因?yàn)槟戏剑⊿outhern）既是墨點(diǎn)法的發(fā)明者Edwin Southern的姓，同時(shí)其英文含義為“南方”；于是隨后發(fā)明不同印跡法的研究者們紛紛將這些方法以方位命名，如Northern（“北方”），Western（“西方”）印等等。<ref> Patricia S. Thomas, Hybridization of Denatured RNA and Small DNA Fragments Transferred to Nitrocellulose ''PNAS'' 1980; '''77''': 5201-5205 [http://www.pnas.org PNAS]</ref>

=== [[微陣列]]技術(shù) ===

{{main|DNA微陣列}}

微陣列也可以用除了DNA以外的分子來(lái)制作。如抗體微陣列可被用于檢測(cè)[[血液]]樣品中含有哪些蛋白質(zhì)或細(xì)菌。

=== 過(guò)時(shí)的技術(shù) ===

{{main|過(guò)時(shí)的分子生物學(xué)技術(shù)}}

隨著新技術(shù)和新方法的不斷出現(xiàn)，舊的技術(shù)很快就被拋棄。一個(gè)很典型的例子就是DNA分子大小的測(cè)量：在（瓊脂糖／[[聚丙烯酰胺]]）凝膠電泳出現(xiàn)之前，DNA分子大小是用[[蔗糖密度梯度]]沉[[降法]]來(lái)測(cè)量的，這一方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且花費(fèi)昂貴；而在梯度沉降法出現(xiàn)之前，使用的是[[黏度]]法。盡管已經(jīng)不再為人們所關(guān)注，但了解這些過(guò)時(shí)的技術(shù)可能會(huì)對(duì)解決一些特別的問(wèn)題有幫助。

== 知名的分子生物學(xué)家 ==

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{{Col-1-of-2}}
* 佛朗西斯·克里克
* [[詹姆斯·沃森]]
* [[埃爾文·查戈夫]]
* [[羅莎琳·富蘭克林]]
* [[方斯華·賈克柏|法蘭索瓦?雅各]]
* [[馬修·梅瑟生]]
* [[克里斯汀·紐斯林-沃爾哈德]]
{{Col-2-of-2}}
* [[萊納斯·鮑林]]
* [[馬克斯·佩魯茨]]
* [[弗雷德里克·桑格]]
* [[富蘭克林·史達(dá)]]
* [[利根川進(jìn)]]
* [[莫里斯·威爾金斯]]
* [[亞歷山大·里奇]]
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== 參見(jiàn) ==
* 細(xì)胞生物學(xué)（細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和組成）
* [[DNA]]和[[染色體]]結(jié)構(gòu)
* [[蛋白質(zhì)生物合成]]（從DNA轉(zhuǎn)錄為[[RNA]]，再?gòu)腞NA翻譯成[[蛋白質(zhì)]]）
* [[蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)]]
* [[基因組]]
* [[蛋白質(zhì)組]]

== 參考文獻(xiàn) ==

<references/>

== 擴(kuò)展閱讀 ==
* {{en}}Keith Roberts, Martin Raff, Bruce Alberts, Peter Walter, Julian Lewis and Alexander Johnson, ''Molecular Biology of the Cell'' 
** 4th Edition, Routledge, March, 2002, hardcover, 1616 pages, 7.6 pounds, ISBN 0-8153-3218-1
** 3rd Edition, Garland, 1994, ISBN 0-8153-1620-8
** 2nd Edition, Garland, 1989, ISBN 0-8240-3695-6
* {{en}}Rodgers, M. The Pandora's box congress. ''Rolling Stone'' '''189''', 37 – 77 (1975).

== 外部連結(jié) ==
* {{en}}[http://www.vega.org.uk/video/programme/18 Frederick Sanger] Freeview Video Interview/Documentary by the Vega Science Trust.
* {{en}}[http://www.vega.org.uk/video/programme/1 Max Perutz] Freeview Video interview with Max Perutz by the Vega Science Trust.
* {{en}}[http://www.vega.org.uk/video/programme/41 Christiane Nüsslein-Volhard]  Freeview interview by the Vega Science Trust.
* {{en}}[http://www.biostatsresearch.com/repository/ The Collection of Biostatistics Research Archive]
* {{en}}[http://www.bepress.com/sagmb/ Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology]
* {{en}}[http://www.bepress.com/ijb/ The International Journal of Biostatistics]
* {{en}}[http://www.biolsci.org The International Journal of Biological Sciences]
* {{en}}[http://www.imcb.a-star.edu.sg/  Institute of Molecular and Cell Biology]
* {{en}}[http://www.nature.com/nrm/index.html  Nature Reviews Molecular Cell Biology]
* {{en}}[http://plato.stanford.edu/entries/molecular-biology/ Stanford Encyclopedia of Philosophy entry]
* {{en}}[http://www.biochemweb.org/  The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology]
* {{en}}[http://www.creatingtechnology.org/biomed/dna.htm  A brief history of molecular biology]
* {{en}}[http://www.scq.ubc.ca/?p=263 A Monk's Flourishing Garden: the Basics of Molecular Biology Explained] - a review from the Science Creative Quarterly
* {{en}}[http://www.horizonpress.com/gateway/ The Molecular Biology Gateway]
* {{en}}[http://www.sciam.com/article.cfm?chanID=sa006&articleID=0002F40E-3D61-1056-BD6183414B7F0104 Scientific American Magazine (April 2004 Issue) Evolution Encoded]
* {{en}}[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ National Center for Biotechnology Information]

{{生物學(xué)|Image:DNA Repair.jpg}}
{{分子生物學(xué)}}

{{基因表達(dá)}}

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==參考來(lái)源==
*[http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E5%AD%90%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6 維基百科-分子生物學(xué)]