分子生物学是如何发展的？什么是中心法则？简述其产生的背景

分子生物学是如何发展的？什么是中心法则？简述其产生的背景和重要意义。

5091509077 管毓渝

分子生物学是指从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系，如遗传信息的传递，基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能，以及细胞信号的转导等。

生命体中有着多种大分子物质，其中包括糖类、蛋白质、核酸、脂类。这些物质“谁才是真正的遗传物质”这个问题伴随着分子生物学的发展，科学家在研究中和探寻中，通过实验的验证从而推动的分子生物学这门学科。

1.蛋白质的发现和认识

酶的发现：法国化学家盖吕萨克发现酵母可以将糖转化为酒精，1833年 帕耶恩(Payen)和珀索兹(Personz ) 从麦芽提取液中得到一种对热不稳定的物质，它可使淀粉水解为可溶性糖。发现了第一个酶(淀粉糖化酶)。

1835年伯齐利厄斯(Berzelius) 提出了催化作用概念，生化现象中起催化作用的物质才被称为Ferment ( 酵素)或Biocatalyst(生物催化剂)。在这里第一次提出了“酵素”的概念。

1878年 费德里克·威廉·库恩(Ferdrich Wilhelm Kǖhne) 指出在发酵现象中不是酵母本身，而是酵母中的某种物质催化了酵解反应，并给这种物质取名为酶(Enzyme，希腊文en：in+zyme：yeast，意思是在酵母中)。

德国科学家爱德华·毕希纳1897年发现一种离体酵母提取物可以使酒精发酵，即酵母细胞产生一种酶，这种酶引起发酵，他们证明离体酵母提取物可以象活体酵母细胞一样将葡萄糖转变为酒精和二氧化碳。换句话说，这一转变并不依赖于酵母细胞，而是依赖于无生命的酶。由此奠定了现代生物化学的基石。

蛋白质：生物化学创始人，德国化学家费歇尔1899年开始对氨基酸、多肽及蛋白质的研究。发展和改进了许多分析方法，认识了19种氨基酸，并认为蛋白质都是由20种氨基酸以不同数量比例和不同排列方式结合而成的。他发现将氨基酸合成，首先得到的不是蛋白质，而是他命名为多肽的一类化合物。将蛋白质进行分解首先得到的也是多肽一类化合物。1902年他提出了蛋白质的多肽结构学说。他合成了100多种多肽化合物。1907年，他制取由18种氨基酸分子组成的多肽。

2.核酸的发现和认识

1869年米歇尔在研究脓细胞的时候获得了十分重要的发现。当时人们认为脓细胞主要是由蛋白质构成，然而米歇尔注意到某种不属于迄今已知的任何蛋白质物质的存在。事实上，他证明了这种物质完全不是蛋白质并且不受消化蛋白酶——胃蛋白酶的影响。他同时还证明这种新物质仅仅来自细胞核，因此取名为“核素”（nuclein）。1889年，阿尔特曼（Richard Altmann）命名了“核酸”一词。

1910年德国化学家科赛尔在《细胞核的化学成分》中提到，和物质是由蛋白质和核酸组成。将核酸碎片使用温和的化学作用能把它部分溶解出来，能检测到含有：胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤4种含氮碱基。

3.证明DNA是遗传物质

1944年艾弗里和C.麦克劳德、M.麦卡锡利用小鼠，进行肺炎双球菌的转化实验。共同发现不同型的肺炎双球菌的转化因子是 DNA。另一方面M·Chase和A·D·Hershey采用分别标记噬菌体的DNA和蛋白质的方法，验证了DNA才是遗传物质。并且得到了世人的肯定。

4.DNA结构的探寻

结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。结构分析的中 心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。在物理学家劳厄发现X射线晶体衍射技术，将平行警惕片放在x射线和照相底片之间，结果在照相底片上显示出有规则的半点群，被爱因斯坦认为“物理学最美的实验”，并获得诺贝尔物理学奖。1912 年英国W.H.布拉格和W.L.布拉格建立了X 射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。以后布拉格的学生W.T.阿斯特伯里和J.D.贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。他们的工作为后来生物大分子结晶学的形成和发展奠定了基础。50 年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代。首先是在蛋白结构分析方面，1951 年L.C.波林等提出了α-螺旋结构，描述了蛋白质分子中肽链的一种构象。1953 年F.Sanger（桑格）利用纸电泳及色谱技术完成了胰岛素的氨基酸序列的测定，开创了蛋白质序列分析的先河。接着J.C.肯德鲁和M.F.佩鲁茨在X 射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术分别于1957 和1959 年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构。1965 年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素，首先实现了蛋白质的人工合成。

在当时大多数的科学家将新兴的X衍射技术用于蛋白质的研究，获得了很高的成就。与此同时也有一些人将这门技术运用于探究DNA之中，其中包括著名的化学家鲍林。鲍林将量子力学运用于化学，创立了杂化键轨道理论和共振论。掌握新兴的X射线技术的他可谓是当时研究结构的权威。然鲍林创立的DNA三螺旋结构却与真正的DNA双螺旋结构失之交臂。另一方面在威尔金斯的实验室，富兰克林采用X衍射技术，成功的拍出了DNA衍射的照片，虽然建立了A型DNA与后来的真正的B型DNA有所不同，但却为沃森克里克两人搭造DNA双螺旋结构奠定了强有力的基础。

在富兰克林等人的研究基础上，在埃尔文·查戈夫的A=T已经C=G的理论提示下，在加上不懈的探究。DNA结构研究史上伟大的时刻终于到来了。1953 年美国科学家J.D.沃森和英国科学家F.H.C.克里克提出了DNA 的反向平行双螺旋结构（被誉为“分子生物学第二大基石”），开创了分子生物学的新纪元。 克里克说：“我想，詹姆斯和我最值得称赞的是我们选对了问题并坚持不懈地为之奋斗。为了找到黄金，我们一路跌跌撞撞，总是犯错误，这是真的，但事实是我们仍在一直寻找黄金。” 我们所探寻真理，抑或坚持自己时，所拥有的也应当是这种态度，不然我们将会与自己的黄金失之交臂。 5.中心法则

在DNA结构提出之后，1957 年F.H.C.克里克最初提出的中心法则是： DNA→RNA→蛋白质它说明遗传信息在不同的大分子之间的转移都是单向的，不可逆的,只能从DNA 到RNA(转录)，从RNA 到蛋白质（翻译）。这两种形式的信息转移在所有生物的细胞中都得到了证实。1970 年H.M.特明和D.巴尔的摩在一些RNA 致癌病毒中发现它们在宿主细胞中的复制过程是先以病毒的RNA 分子为模板合成一个DNA 分子,再以DNA 分子为模板合成新的病毒RNA。前一个步骤被称为反向转录,是上述中心法则提出后的新的发现。因此克里克在1970 年重申了中心法则的重要性，提出了更为完整的图解形式。

这里遗传信息的转移可以分为两类：第一类用实线箭头表示，包括DNA 的复制、RNA的转录和蛋白质的翻译，即①DNA→DNA（复制）；②DNA→RNA（转录）；③RNA→蛋白质（翻译）。这三种遗传信息的转移方向普遍地存在于所有生物细胞中。第二类用虚线箭头表示，是特殊情况下的遗传信息转移，包括RNA 的复制，RNA 反向转录为DNA 和从DNA直接翻译为蛋白质。即①RNA→RNA（复制）；②RNA→DNA（反向转录）；③DNA→蛋白质。RNA 复制只在RNA 病毒中存在。反向转录最初在RNA 致癌病毒中发现，现在在人的白细胞和胎盘滋养层中也测出了与反向转录有关的反向转录酶的活性。至于遗传信息从DNA 到蛋白质的直接转移仅在理论上具可能性，在活细胞中尚未发现。

中心法则是现代生物学中最重要最基本的规律之一，其在探索生命现象的本质及普遍 规律方面起了巨大的作用，极大地推动了现代生物学的发展，是现代生物学的理论基石，并 为生物学基础理论的统一指明了方向，在生物科学发展过程中占有重要地位。它阐释了在遗传的过程中信息传递的路径，这为后来的基因工程计划、蛋白质工程提供了可行性的基础。