分子生物學緒論（二）

  （二)現代分子生物學的建立和發展階段

　　這一階段是從50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑開創了分子遺傳學基本理論建立和發展的黃金。DNA雙螺旋發現的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的結構基礎；提出堿基配對是核酸復制、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最后確定了核酸是遺傳的物質基礎，為認識核酸與蛋白質的關系及其生命中的作用打下了最重要的基礎。在些期間的主要進展包括：

　　遺傳信息傳遞中心法則的建立。

　　在發現DNA雙螺旋結構同時，Watson和Crick就提出DNA復制的可能模型。其后在1956年A.Kornbery首先發現DNA聚合酶;1958年Meselson及Stahl同位素標記和超速離心分離實驗為DNA半保留模型提出了證明;1968年Okazaki(岡畸)提出DNA不連續復制模型；1972年證實了DNA復制開始需要RNA作為引物；70年代初獲得DNA拓撲異構酶，并對真核DNA聚合酶特性做了分析研究；這些都逐漸完善了對DNA復制機理的認識。

　　在研究DNA復制將遺傳信息傳給子代的同時，提出了RNA在遺傳信息傳到蛋白質過程中起著中介作用的假說。1958年Weiss及Hurwitz等發現依賴于DNA的RNA聚合酶；1961年Hall和Spiege-lman用RNA-DNA雜增色證明mRNA與DNA序列互補；逐步闡明了RNA轉錄合成的機理。

　　在此同時認識到蛋白質是接受RNA的遺傳信息而合成的。50年代初Zamecnik等在形態學和分離的亞細胞組分實驗中已發現微粒體（microsome)是細胞內蛋白質合成的部位；1957年Hoagland、Zamecnik及Stephenson等分離出tRNA并對它們在合成蛋白質中轉運氨基酸的功能提出了假設；1961年Brenner及Gross等觀察了在蛋白質合成過程中mRNA與核糖體的結合；1965年Holley首次測出了酵母丙氨酸tRNA的一級結構；特別是在60年代Nirenberg、Ochoa以及Khorana等幾組科學家的共同努力破譯了RNA上編碼合成蛋白質的遺傳密碼，隨后研究表明這套遺傳密碼在生物界具有通用性，從而認識了蛋白質翻譯合成的基本過程。

　　上述重要發現共同建立了以中心法則為基礎的分子遺傳學基本理論體系。1970年Temin和Baltimore又同時從雞肉瘤病毒顆粒中發現以RNA為模板合成DNA的反轉錄酶，又進一步補充和完善了遺傳信息傳遞的中心法則。

　　對蛋白質結構與功能的進一步認識。

　　1956-58年anfinsen和White根據對酶蛋白的變性和復性實驗，提出蛋白質的三維空間結構是由其氨基酸序列來確定的。1958年Ingram證明正常的血紅蛋白與鐮刀狀細胞溶血癥病人的血紅蛋白之間，亞基的肽鏈上僅有一個氨基酸殘基的差別，使人們對蛋白質一級結構影響功能有了深刻的印象。與此同時，對蛋白質研究的手段也有改進，1969年Weber開始應用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質分子量；60年代先后分析得血紅蛋白、核糖核酸酶A等一批蛋白質的一級結構；1973年氨基酸序列自動測定儀問世。中國科學家在1965年人工合成了牛胰島素；在1973年用1.8AX-線衍射分析法測定了牛胰島素的空間結構,為認識蛋白質的結構做出了重要貢獻。

　　（三)初步認識生命本質并開始改造生命的深入發展階段

　　70年代后，以基因工程技術的出現作為新的里程碑，標志著人類涂認識生命本質并能主動改造生命的新時期開始。其間的重大成就包括：

　　1 重組DNA技術的建立和發展

　　分子生物學理論和技術發展的積累使得基因工程技術的出現成為必然。1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等發現的限制性核酸內切酶為基因工程提供了有力的工具；1972年Bery等將SV-40病毒DNA與噬菌體P22DNA在體外重組成功，轉化大腸桿菌，使本來在真核功能中合成的蛋白質能在細菌中合成，打破了種屬界限；1977年Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978年Itakura（板倉)等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術公司用人工合成的人胰島素基因重組轉入大腸桿菌中合成人胰島素。至今我國已有人干擾素、人白介素2、人集落刺激因子、重組人乙型肝炎病毒為疫苗、基因工程幼畜腹瀉疫苗等多種基因工程藥物和疫苗進入生產或臨床試用，世界上還有幾百種基因工程藥物及其它基因工程產品在研制中，成為當今農業和醫藥業發展的重要方向，將對醫學和工農業發展作出新貢獻。

　　轉基因動植物和基因剔除植物的成功是基因工程技術發展的結果。1982年Palmiter等將克隆的生長激素基因導入小鼠受精卵細胞核內，培育得到比原小鼠個體大幾倍的”巨鼠“，激起了人們創造優良品家畜的熱情。我國水生生物研究所將生長激素基因轉入魚受精卵，得到的轉基因魚的生長顯著加快、個體增大；轉基因豬也正在研制中。用轉基因動物還能獲取治療人類疾病的重要蛋白質，導入了凝血因子IX基因的轉基因綿羊分泌的乳汁中含有豐富的凝血因子IX，能有效地用于血友病的治療。在轉基因植物方面，1994年能比普通西紅柿保鮮時間更長的轉基因西紅柿投放市場。1996年轉基因玉米、轉基因大豆相繼投入商品生產，美國最早研制得到抗蟲棉花，我國科學家將自己發現的蛋白酶抑制劑基因轉入棉花獲得抗棉鈴蟲的棉花株。到1996年全世界已有25萬公頃土地種植轉基因植物。

　　基因診斷與基因治療是基因工程在醫學領域發展的一個重要方面。1991年美國向一患先天性免疫缺陷病（遺傳性腺苷脫氨酶ADA基因缺陷)的女孩體內導入重組的ADA基因。獲得成功。我國也在1994年用導入人凝血因子IX基因的方法成功治療了乙型血友病的患者。在我國用作基因診斷的試劑盒已有近百種之多。基因診斷和基因治療正在發展之中。

　　這時期基因工程的迅速進步得益于許多分子生物學新技術的不斷涌現。包括：核酸的化學合成從手工發展到全自動合成。1975-1977年Sanger、Maxam和Gilbert先后發明了三種DNA序列的快速測定法；90年代全自動核酸序列測定儀的問世；1985年Cetus公司Mullis等發明的聚合酶鏈式反應（PCR)的特定核酸序列擴增技術，更以其高靈敏度和特異性被廣泛應用、對分子生物學的發展起到重大的推動作用。