万维百科

分子生物学史本文重定向自 分子生物學史

DNA分子结构。

分子生物学的历史开始于1930年代,统合了当时多种的和各不相同的学科,包括生物化学遗传学微生物学病毒学、与物理学。希望从更基本的层次来理解生命现象,许多的化学家物理学家,对于后来成为分子生物学产生兴趣。

在现代意义上,分子生物学试图从产生它们的大分子特性开始解释生命现象。 特别是两类大分子是分子生物学家关注的焦点:1)核酸,其中最著名的是脱氧核糖核酸(DNA),基因的组成部分,除此之外还有核糖核酸(RNA);2)蛋白质,它们是活跃于生物体的活性剂。 因此,分子生物学范围的一个定义是表征这两种类型的大分子之间的结构,功能和关系。 这个相对有限的定义足以让我们为所谓的“分子革命”建立一个日期,或至少建立其最基本发展的年代时间表。

概述

分子生物学”一词最早是由洛克斐勒基金会瓦伦·韦弗于1938年创造,意指一个以物理学及化学来解释生命的概念。此概念的可行性,来自1910年代孟德尔遗传学的重新见世,以及1920年代原子论量子力学的成熟。有许多研究者关注于生物学、化学以及物理学之间的交叉,例如后来将焦点转移到生物学的尼尔斯·波耳以及埃尔温·薛定谔。此外,从1930年代到1940年代之间,胶体化学生物物理学以及放射生物学晶体学等学门也渐趋成熟。

1940年,乔治·毕多爱德华·塔特姆证明了基因与蛋白质之间的关系[1],因此而联系了生物化学与遗传学。他们脱离原先常用的模式生物果蝇Drosophila melanogaster),改使用更合适的粉色面包霉菌Neurospora crassa),并使之成为后来的分子生物学发展主题。1944年,纽约洛克斐勒研究院奥斯瓦尔德·埃弗里,证明基因是由DNA所组成[2](参见埃弗里-麦可劳德-麦卡蒂实验)。阿弗雷德·赫希玛莎·蔡斯更于1952年确认了噬菌体的遗传物质为DNA[3](参见赫雪-蔡司实验)。1953年,詹姆斯·沃森佛朗西斯·克里克基于罗莎琳·富兰克林莫里斯·威尔金斯的研究,发现了DNA双螺旋结构[4]

到了1961年,方斯华·贾克柏贾克·莫诺,证明某些基因的产物能作用于这些基因边缘的特定位置,来调节其他基因的表现。他们也提出了一个假说,认为DNA与蛋白质之间具有一种中介物,并将之称为信使核糖核酸[5]。于1961年到1965年间,DNA所储藏的遗传讯息与蛋白质的关系逐渐明朗,研究发现遗传密码决定了DNA的核苷酸与蛋白质的氨基酸序列之间的关联性。

分子生物学的主要发现发生在仅约二十五年的时间。更新颖且更精巧的基因工程技术,在约十五年后发展成熟,提供隔离复杂生物中特定基因的利器。

分子世界的探索

如果我们在生物学历史的背景中评估分子生物学的发展,很容易注意到它是从第一次显微镜观察开始的研究高峰。早期研究人员观察生物体微观层级的组织架构,希望借此理解他们的功能。从18世纪末开始,组成生物的化学分子开始受到更多关注。19世纪德国化学家尤斯图斯·冯·李比希促成生理化学的出现,20世纪另一位德国化学家爱德华·比希纳开发出生物化学,两个研究领域共同促进了分子层级研究的发展。在化学家研究的分子与光学显微镜下可见的微小结构(如细胞核或染色体)之间,存在一个不明确的区域,即物理化学家沃尔夫冈·奥斯特瓦尔德英语Wolfgang Ostwald所称的“被忽略维度的世界”。这个世界充满了结构和性质皆不明确的化合物胶体

透过化学家和物理学家开发的新技术,如X射线衍射电子显微镜超速离心英语Ultracentrifuge电泳等,分子生物学成功地对未知世界展开一连串探索。 这些研究揭示了大分子的结构和功能。

该过程中的一个里程碑是1949年莱纳斯·鲍林博士的研究成果,该研究首次将镰刀型红血疾病患者的特定基因突变与单个蛋白质,杂合的或纯合的红细胞中的血红蛋白联系起来。

生物化学与遗传学的相遇

二十世纪的前三十年当中,由于生物化学和遗传学的相遇,分子生物学有了重大进展。生物化学研究组成生物的分子的结构和功能。在1900年到1940年之间,它描述了代谢的中心过程,例如养分的消化与吸收等。这些过程中的每一个步骤均由特定的催化。如同在于血液中的抗体或负责肌肉收缩的蛋白质一般,酶也是蛋白质。因此,研究蛋白质的结构和合成,成为生物化学家的主要目标之一。

在20世纪初发展起来的第二个生物学学科是遗传学。在1900年许霍·德弗里斯卡尔·科伦斯埃里克·冯·切尔马克英语Erich von Tschermak重新发现了孟德尔实验后,逐渐开始成形。托马斯·亨特·摩尔根于1910年透过著名的模式生物果蝇Drosophila melanogaster)的研究,更促使遗传学展开基因层级的发展。不久之后,摩根证实基因位于染色体上,并在接连的研究当中,与众多其他研究小组一起证实了基因在生物体生命和发育中的重要性。然而,基因的化学性质及其作用机制仍然是一个谜。分子生物学家致力于确定基因的结构,与描述基因和蛋白质之间的复杂关系。

分子生物学的发展不仅仅是思想史上某种内在“必然性”的结果,而且是一种典型的历史现象,具有所有未知,不可估量和偶然性:物理学在开始时的显著发展。 20世纪突出了生物学发展的相对迟滞,成为寻求经验世界知识的“新前沿”。 此外,1940年代信息论控制论理论的发展,为了应对军事紧急情况,为新生物学带来了大量肥沃的思想,尤其是隐喻。

细菌及其病毒(噬菌体)的选择作为研究生命基本机制的模型几乎是自然的 - 它们是已知存在的最小的生物 - 同时也是个体选择的结果。 最重要的是,这种模式的成功归功于德国物理学家马克斯·德尔布吕克的名声和组织意识,他能够创建一个以美国为基地的动态研究小组,其独家范围是对噬菌体的研究 :噬菌体团队英语Phage group(Phage group)[6]

新生物学发展的地理全景最重要的是先前的工作。 遗传学发展最快的美国和前卫遗传学以及高水平的生物化学研究共存的英国都是先锋派。 德国是物理学革命的摇篮,拥有世界上最优秀的思想和最先进的遗传学实验室,应该在分子生物学的发展中发挥主要作用。 但历史的不同之处在于:纳粹党在1933年上台导致了大量犹太人和非犹太人科学家的移民,法西斯主义意大利的极权主义措施的僵化也在不太极端的程度上促进了他们的移民。 他们中的大多数逃往美国或英国,为这些国家的科学活力提供了额外的冲动。 这些运动最终使分子生物学从一开始就成为真正的国际科学。

参见

参考文献

  1. ^ Beadle, G. W.; Tatum, E. L. Genetic Control of Biochemical Reactions in Neurospora. PNAS. 1941, 27 (11): 499–506. Bibcode:1941PNAS...27..499B. PMC 1078370. PMID 16588492. doi:10.1073/pnas.27.11.499.
  2. ^ Avery, Oswald T.; Colin M. MacLeod; Maclyn McCarty. Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III. Journal of Experimental Medicine. 1944-02-01, 79 (2): 137–158 [2008-09-29]. PMC 2135445. PMID 19871359. doi:10.1084/jem.79.2.137. (原始内容存档于2008-10-07).
  3. ^ Hershey, A.D. and Chase, M. (1952) "Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage"页面存档备份,存于互联网档案馆J Gen Physiol.
  4. ^ Watson J.D.; Crick F.H.C. A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (PDF). Nature. 1953, 171 (4356): 737–738 [13 Feb 2007]. Bibcode:1953Natur.171..737W. PMID 13054692. doi:10.1038/171737a0. (原始内容存档 (PDF)于2017-10-24).
  5. ^ Jacob F, Monod J. Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J Mol Biol. 1961, 3 (3): 318–356. PMID 13718526. doi:10.1016/S0022-2836(61)80072-7.
  6. ^ Keen, E. C. A century of phage research: Bacteriophages and the shaping of modern biology. BioEssays. 2015, 37 (1): 6–9. PMC 4418462. PMID 25521633. doi:10.1002/bies.201400152.
  • Fruton, Joseph. Proteins, Genes, Enzymes: The Interplay of Chemistry and Biology. New Haven: Yale University Press. 1999. ISBN 0-300-07608-8
  • Lily E. Kay, The Molecular Vision of Life: Caltech, the Rockefeller Foundation, and the Rise of the New Biology, Oxford University Press, Reprint 1996
  • Morange, Michel. A History of Molecular Biology. Cambridge, MA: Harvard University Press. 1998.

本页面最后更新于2021-06-16 03:02,点击更新本页查看原网页。台湾为中国固有领土,本站将对存在错误之处的地图、描述逐步勘正。

本站的所有资料包括但不限于文字、图片等全部转载于维基百科(wikipedia.org),遵循 维基百科:CC BY-SA 3.0协议

万维百科为维基百科爱好者建立的公益网站,旨在为中国大陆网民提供优质内容,因此对部分内容进行改编以符合中国大陆政策,如果您不接受,可以直接访问维基百科官方网站


顶部

如果本页面有数学、化学、物理等公式未正确显示,请使用火狐或者Safari浏览器