分子生物学技术及与其他学科的关系

沈阳师范大学化学与生命科学学院范区 郭峰

分子生物学技术及与其他学科的关系

沈阳师范大学化学与生命科学学院范区 郭峰

随着生命科学和化学的不断发展，人们对生物体的认知已经逐渐深入到微观水平。从单个的生物体到器官到组织到细胞，再从细胞结构到核酸和蛋白的分子水平，人们意识到可以通过检测分子水平的线性结构（如核酸序列），来横向比较不同物种、同物种不同个体、同个体不同细胞或不同生理（病理）状态的差异。这就为生物学和医学的各个领域，提供了一个强有力的技术平台。目前，常用的分子生物学技术有如下几种。

一、分子生物学技术

1． 分光光度技术。分光光度法是比色法的发展。比色法只限于可见光区，分光光度法则可以扩展到紫外光区和红外光区。比色法用的单色光是滤光片，光谱带宽度从40～120nm，精度不高；分光光度法则要求近于真正单色光，其光谱带宽最大不超过3-5nm，在紫外区可到1nm以下，来自棱镜或光栅，具有较高的精度。

2． 电泳技术。电泳是指带电粒子在电场中向与自身带相反电荷的电极移动的现象。例如蛋白质具有两性电离性质。当蛋白质溶液的pH在蛋白质等电点的碱侧时，该蛋白质带负电荷，在电场中向正极移动；相反则带正电荷，在电场中向负极移动；只有蛋白质溶液pH在蛋白质的等电点时静电荷是零，在电场中不向任何一极移动。

3．放射性同位素技术。放射性同位素放射出的射线碰到各种物质的时候，会产生各种效应，包括射线对物质的作用和物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如射线能够使照相底片和核子乳胶感光，使一些物质产生荧光，可穿透一定厚度的物质，在穿透物质的过程中，能被物质吸收一部分，或者是散射一部分，还可能使一些物质的分子发生电离。另外，当射线辐照到人、动物和植物体时，会使生物体发生生理变化。

4．色谱技术。色谱法是1906年俄国植物学家Michael Tswett将有色的植物叶子色素和溶液通过装填有白垩粒子吸附剂的柱子，企图分离它们时发现并命名的。各种色素以不同的速率通过柱子，从而彼此分开。离开的色素形成易于区分的不同色带，由此得名为色谱法（Chromatography），又称层析法。新近发展起来的色谱法——气相色谱法是Martin和James于1952年首先描述的，现已成为所有色谱法中最高级和最广泛使用的一种方法。它特别适用于气体混合物或挥发性液体和固体，即便对于很复杂的混合物，其分离时间也仅为几分钟左右，这已是司空见惯。高分辨率、分析迅速和检测灵敏等几种优点的综合使气相色谱法成了几乎每个化学实验室都会采用的一种常规方法。

二、分子生物学与其他学科的关系

分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学以及信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的，凝聚了不同专长的科学家的共同努力。它虽产生于上述各个学科，但已形成它独特的理论体系和研究手段，成为一个独立的学科。

1．分子生物学与生物化学的关系。生物化学与分子生物学关系最为密切。两者同在我国原国家教委和科委颁布的一个二级学科中，称为“生物化学与分子生物学”，但两者还是有区别的。生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。传统生物化学的中心内容是代谢，包括糖、脂类、氨基酸、核苷酸以及能量代谢等与生理功能相联系。分子生物学则着重阐明生命的本质——主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能。

2．分子生物学与细胞生物学的关系。细胞生物学与分子生物学关系也十分密切。传统的细胞生物学主要研究细胞和亚细胞器的形态、结构与功能。细胞作为生物体基本的构成单位是由许多分子组成的复杂体系，光学显微镜和电子显微镜下所见到的规则结构是各种分子有序结合而形成的。探讨组成细胞的分子结构比单纯观察大体结构能更加深入认识细胞的结构与功能，因此，现代细胞生物学的发展越来越多地应用分子生物学的理论和方法。分子生物学则是从研究各个生物大分子的结构入手，但各个分子不能孤立发挥作用。生命绝非组成部分的随意加减或混合，分子生物学还需要进一步研究各生物分子间的高层次组织和相互作用，尤其是细胞整体反应的分子机理。这在某种程度上是向细胞生物学的靠拢。分子细胞学或细胞分子生物学就因此而产生，成为人们认识生命的基础。

3．分子生物学与医学的关系。由于分子生物学涉及认识生命的本质，它也就自然广泛地渗透到医学各学科领域中，成为现代医学重要的基础。分子生物学与医学各个学科包括生理学、微生理学、免疫学、病理学、药理学以及临床各学科正在广泛地形成交叉与渗透，形成了一些交叉学科，如分子免疫学、分子病毒学、分子病理学和分子药理学等，大大促进了医学的发展。

另外，分子生物学和生物化学及生物物理学关系十分密切，它们之间的主要区别在于：生物化学和生物物理学是用化学的和物理学的方法研究在分子水平、细胞水平、整体水平乃至群体水平等不同层次上的生物学问题。而分子生物学则着重在分子（包括多分子体系）水平上研究生命活动的普遍规律；在分子水平上，分子生物学着重研究的是大分子，主要是蛋白质，核酸，脂质体系以及部分多糖及其复合体系。而一些小分子物质在生物体内的转化则属生物化学的范围；分子生物学研究的主要目的是在分子水平上阐明整个生物界所共同具有的基本特征，即生命现象的本质；而研究某一特定生物体或某一种生物体内的某一特定器官的物理、化学现象或变化，则属于生物物理学或生物化学的范畴。

综上，从分子生物学的发展过程可以看到，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。分子生物学已形成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，可以说分子生物学的发展前景光辉灿烂，但道路还会艰难曲折。