分子生物學技術及與其他學科的關系

沈陽師范大學化學與生命科學學院范區 郭峰

分子生物學技術及與其他學科的關系

沈陽師范大學化學與生命科學學院范區 郭峰

隨著生命科學和化學的不斷發展，人們對生物體的認知已經逐漸深入到微觀水平。從單個的生物體到器官到組織到細胞，再從細胞結構到核酸和蛋白的分子水平，人們意識到可以通過檢測分子水平的線性結構（如核酸序列），來橫向比較不同物種、同物種不同個體、同個體不同細胞或不同生理（病理）狀態的差異。這就為生物學和醫學的各個領域，提供了一個強有力的技術平臺。目前，常用的分子生物學技術有如下幾種。

一、分子生物學技術

1． 分光光度技術。分光光度法是比色法的發展。比色法只限于可見光區，分光光度法則可以擴展到紫外光區和紅外光區。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，在紫外區可到1nm以下，來自棱鏡或光柵，具有較高的精度。

2． 電泳技術。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的現象。例如蛋白質具有兩性電離性質。當蛋白質溶液的pH在蛋白質等電點的堿側時，該蛋白質帶負電荷，在電場中向正極移動；相反則帶正電荷，在電場中向負極移動；只有蛋白質溶液pH在蛋白質的等電點時靜電荷是零，在電場中不向任何一極移動。

3．放射性同位素技術。放射性同位素放射出的射線碰到各種物質的時候，會產生各種效應，包括射線對物質的作用和物質對射線的作用兩個相互聯系的方面。例如射線能夠使照相底片和核子乳膠感光，使一些物質產生熒光，可穿透一定厚度的物質，在穿透物質的過程中，能被物質吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質的分子發生電離。另外，當射線輻照到人、動物和植物體時，會使生物體發生生理變化。

4．色譜技術。色譜法是1906年俄國植物學家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，企圖分離它們時發現并命名的。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分的不同色帶，由此得名為色譜法（Chromatography），又稱層析法。新近發展起來的色譜法——氣相色譜法是Martin和James于1952年首先描述的，現已成為所有色譜法中最高級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性液體和固體，即便對于很復雜的混合物，其分離時間也僅為幾分鐘左右，這已是司空見慣。高分辨率、分析迅速和檢測靈敏等幾種優點的綜合使氣相色譜法成了幾乎每個化學實驗室都會采用的一種常規方法。

二、分子生物學與其他學科的關系

分子生物學是由生物化學、生物物理學、遺傳學、微生物學、細胞學以及信息科學等多學科相互滲透、綜合融會而產生并發展起來的，凝聚了不同專長的科學家的共同努力。它雖產生于上述各個學科，但已形成它獨特的理論體系和研究手段，成為一個獨立的學科。

1．分子生物學與生物化學的關系。生物化學與分子生物學關系最為密切。兩者同在我國原國家教委和科委頒布的一個二級學科中，稱為“生物化學與分子生物學”，但兩者還是有區別的。生物化學是從化學角度研究生命現象的科學，它著重研究生物體內各種生物分子的結構、轉變與新陳代謝。傳統生物化學的中心內容是代謝，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系。分子生物學則著重闡明生命的本質——主要研究生物大分子核酸與蛋白質的結構與功能。

2．分子生物學與細胞生物學的關系。細胞生物學與分子生物學關系也十分密切。傳統的細胞生物學主要研究細胞和亞細胞器的形態、結構與功能。細胞作為生物體基本的構成單位是由許多分子組成的復雜體系，光學顯微鏡和電子顯微鏡下所見到的規則結構是各種分子有序結合而形成的。探討組成細胞的分子結構比單純觀察大體結構能更加深入認識細胞的結構與功能，因此，現代細胞生物學的發展越來越多地應用分子生物學的理論和方法。分子生物學則是從研究各個生物大分子的結構入手，但各個分子不能孤立發揮作用。生命絕非組成部分的隨意加減或混合，分子生物學還需要進一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用，尤其是細胞整體反應的分子機理。這在某種程度上是向細胞生物學的靠攏。分子細胞學或細胞分子生物學就因此而產生，成為人們認識生命的基礎。

3．分子生物學與醫學的關系。由于分子生物學涉及認識生命的本質，它也就自然廣泛地滲透到醫學各學科領域中，成為現代醫學重要的基礎。分子生物學與醫學各個學科包括生理學、微生理學、免疫學、病理學、藥理學以及臨床各學科正在廣泛地形成交叉與滲透，形成了一些交叉學科，如分子免疫學、分子病毒學、分子病理學和分子藥理學等，大大促進了醫學的發展。

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

綜上，從分子生物學的發展過程可以看到，在近半個世紀中它是生命科學范圍發展最為迅速的一個前沿領域，推動著整個生命科學的發展。至今分子生物學仍在迅速發展中，新成果、新技術不斷涌現，這也從另一方面說明分子生物學發展還處在初級階段。分子生物學已形成的基本規律給人們認識生命的本質指出了光明的前景，但分子生物學的歷史還短，積累的資料還不夠，可以說分子生物學的發展前景光輝燦爛，但道路還會艱難曲折。