沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院范區(qū) 郭峰

分子生物學(xué)技術(shù)及與其他學(xué)科的關(guān)系

沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院范區(qū) 郭峰

隨著生命科學(xué)和化學(xué)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生物體的認(rèn)知已經(jīng)逐漸深入到微觀水平。從單個(gè)的生物體到器官到組織到細(xì)胞，再從細(xì)胞結(jié)構(gòu)到核酸和蛋白的分子水平，人們意識(shí)到可以通過檢測(cè)分子水平的線性結(jié)構(gòu)（如核酸序列），來橫向比較不同物種、同物種不同個(gè)體、同個(gè)體不同細(xì)胞或不同生理（病理）狀態(tài)的差異。這就為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，提供了一個(gè)強(qiáng)有力的技術(shù)平臺(tái)。目前，常用的分子生物學(xué)技術(shù)有如下幾種。

一、分子生物學(xué)技術(shù)

1． 分光光度技術(shù)。分光光度法是比色法的發(fā)展。比色法只限于可見光區(qū)，分光光度法則可以擴(kuò)展到紫外光區(qū)和紅外光區(qū)。比色法用的單色光是濾光片，光譜帶寬度從40～120nm，精度不高；分光光度法則要求近于真正單色光，其光譜帶寬最大不超過3-5nm，在紫外區(qū)可到1nm以下，來自棱鏡或光柵，具有較高的精度。

2． 電泳技術(shù)。電泳是指帶電粒子在電場中向與自身帶相反電荷的電極移動(dòng)的現(xiàn)象。例如蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液的pH在蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的堿側(cè)時(shí)，該蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動(dòng)；相反則帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動(dòng)；只有蛋白質(zhì)溶液pH在蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)靜電荷是零，在電場中不向任何一極移動(dòng)。

3．放射性同位素技術(shù)。放射性同位素放射出的射線碰到各種物質(zhì)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)，包括射線對(duì)物質(zhì)的作用和物質(zhì)對(duì)射線的作用兩個(gè)相互聯(lián)系的方面。例如射線能夠使照相底片和核子乳膠感光，使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光，可穿透一定厚度的物質(zhì)，在穿透物質(zhì)的過程中，能被物質(zhì)吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質(zhì)的分子發(fā)生電離。另外，當(dāng)射線輻照到人、動(dòng)物和植物體時(shí)，會(huì)使生物體發(fā)生生理變化。

4．色譜技術(shù)。色譜法是1906年俄國植物學(xué)家Michael Tswett將有色的植物葉子色素和溶液通過裝填有白堊粒子吸附劑的柱子，企圖分離它們時(shí)發(fā)現(xiàn)并命名的。各種色素以不同的速率通過柱子，從而彼此分開。離開的色素形成易于區(qū)分的不同色帶，由此得名為色譜法（Chromatography），又稱層析法。新近發(fā)展起來的色譜法——?dú)庀嗌V法是Martin和James于1952年首先描述的，現(xiàn)已成為所有色譜法中最高級(jí)和最廣泛使用的一種方法。它特別適用于氣體混合物或揮發(fā)性液體和固體，即便對(duì)于很復(fù)雜的混合物，其分離時(shí)間也僅為幾分鐘左右，這已是司空見慣。高分辨率、分析迅速和檢測(cè)靈敏等幾種優(yōu)點(diǎn)的綜合使氣相色譜法成了幾乎每個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室都會(huì)采用的一種常規(guī)方法。

二、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)以及信息科學(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。

1．分子生物學(xué)與生物化學(xué)的關(guān)系。生物化學(xué)與分子生物學(xué)關(guān)系最為密切。兩者同在我國原國家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)”，但兩者還是有區(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相聯(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。

2．分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)的關(guān)系。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。生命絕非組成部分的隨意加減或混合，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)。

3．分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。由于分子生物學(xué)涉及認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)，它也就自然廣泛地滲透到醫(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)。分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)各個(gè)學(xué)科包括生理學(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。

另外，分子生物學(xué)和生物化學(xué)及生物物理學(xué)關(guān)系十分密切，它們之間的主要區(qū)別在于：生物化學(xué)和生物物理學(xué)是用化學(xué)的和物理學(xué)的方法研究在分子水平、細(xì)胞水平、整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學(xué)問題。而分子生物學(xué)則著重在分子（包括多分子體系）水平上研究生命活動(dòng)的普遍規(guī)律；在分子水平上，分子生物學(xué)著重研究的是大分子，主要是蛋白質(zhì)，核酸，脂質(zhì)體系以及部分多糖及其復(fù)合體系。而一些小分子物質(zhì)在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化則屬生物化學(xué)的范圍；分子生物學(xué)研究的主要目的是在分子水平上闡明整個(gè)生物界所共同具有的基本特征，即生命現(xiàn)象的本質(zhì)；而研究某一特定生物體或某一種生物體內(nèi)的某一特定器官的物理、化學(xué)現(xiàn)象或變化，則屬于生物物理學(xué)或生物化學(xué)的范疇。

綜上，從分子生物學(xué)的發(fā)展過程可以看到，在近半個(gè)世紀(jì)中它是生命科學(xué)范圍發(fā)展最為迅速的一個(gè)前沿領(lǐng)域，推動(dòng)著整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展。至今分子生物學(xué)仍在迅速發(fā)展中，新成果、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這也從另一方面說明分子生物學(xué)發(fā)展還處在初級(jí)階段。分子生物學(xué)已形成的基本規(guī)律給人們認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)指出了光明的前景，但分子生物學(xué)的歷史還短，積累的資料還不夠，可以說分子生物學(xué)的發(fā)展前景光輝燦爛，但道路還會(huì)艱難曲折。