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第一章 绪论

重点：1. 分子生物学的基本含义

2. DNA的发现

3. 分子生物学与其他学科的关系 难点：DNA的发现 课时分配：1.5学时

分子生物学的基本含义

分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。

所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、 生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。

1.1 引言

现代分子生物学研究的目标是要在分子水平上掌握细胞的功能并揭

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示生命是本质。

1.1.1 创世说与进化论

多少年来，人们常常会反复提出下面3个与生命和一切生物学现象有关的问题：

（1）生命是怎样起源的？

（2）为什么“有其父必有其子”？

（3）动、植物是怎样从一个受精卵发育而来的？ 对这些问题的回答： 创世说：

西方：上帝先创造了世间万物，后来又创造了男人亚当，再从亚当身上抽一根肋骨，这就成了女人夏娃，亚当和夏娃繁衍了人类。

中国：女娲团土造人 进化论：

1859年，伟大的英国生物学家达尔文（Charles Darwin）发表了著名的《物种起源》一书，确立了进化论的观点。正是达尔文的生物进化学说，打破了上帝造人的传统观念，改变了社会对人类在整个世界中的地位的看法，极大地推动了人类思想的发展。

达尔文用大量事实证明“物竟天择，适者生存”的进化论思想，他认为世界上的一切生物都是可变的，并预言从低级到高级的变化中必定有过渡物种存在。他指出物种的变异是由于大自然的环境和生物群体的生存竞争造成的，彻底否定了上帝创造万物的旧思想，推翻了物种不变的神话，使生物学真正迈入实证自然科学的行列。

1.1.2 细胞学说

早期生物科学家的另一大贡献是提出细胞理论（Cell Theory）。17世纪末，荷兰籍显微镜专家Leeuwenhoek成功制作了世界上第一架显微镜。大约与Leeuwenhoek同时代的Hooke，第一次用“细胞”这个概念来形容组成软木的最基本单元。

动、植物的基本单元是细胞，这是19世纪三大发现之一的细胞学说的核心。建立这一学说的是德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann。

1.1.3 经典的生物化学和遗传学

现代生物学的两大支柱：生物化学和遗传学

进化论和细胞学说相结合，产生了作为实验科学之一的现代生物学，

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而以研究动、植物的遗传变异规律为目标的遗传学和以分离纯化、鉴定细胞内含物质为目标的生物化学则是这一学科的两大支柱。

生物化学家Buchner第一个实现了用酵母无细胞液和葡萄糖进行氧化反应，生成乙醇，证明化学物质的转换并不需要完整的细胞而仅仅需要细胞中的某些成分。蛋白质是生活细胞中所有化学反应的执行者和催化剂。

生物化学从一开始就执行着双重使命，首先，分析细胞的组成成分；其次，弄清楚这些物质与细胞内生命现象的联系。

孟德尔通过豌豆实验，总结出生物遗传的两条基本规律——基因分离规律和自由组合规律，被公认为经典遗传学的奠基人。

在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan又提出了基因学说。

当所研究的两个基因位于同一染色体上而距离又较近时，Morgan的连锁遗传规律起主导作用；而当所研究的两个基因位于不同染色体上时，孟德尔的自由组合规律起主导作用。

1.1.4 DNA的发现

直到1953年Watson 和Crick提出DNA双螺旋模型之前，人们对于基因的理解仍然是抽象的、概念化的，缺乏准确的物质内容。

首次证明DNA是遗传物质的是Avery的细菌转化实验。 图1-1 DNA是转化源

早在1928年，英国科学家Griffith等人就发现，肺炎链球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎。细菌的毒性是由细胞表面荚膜中的多糖决定的。具有光滑外表的S型肺炎链球菌因为带有荚膜而能使小鼠发病，具有粗糙外表的R型肺炎链球菌因为没有荚膜而失去致病力，（荚膜多糖使细菌免受动物白细胞的攻击）。

首次用实验证明基因就是DNA分子的是美国著名的微生物学家Avery。他和同事首先将光滑型致病菌（S型）烧煮杀灭活性以后在侵染小鼠，发现这些死细菌自然丧失了致病力。再用活的粗糙型细菌（R型）来侵染小鼠，也不能使之发病，因为粗糙型细菌无致病力。然而，当他们将烧煮杀死的S型细菌和活的R型细菌混合再感染小鼠时，小鼠死亡。解剖死鼠，发现有大量活的S型细菌（而不是R型）。他们推测，死细菌中的某一成分——转化源将无致病力的细菌转化成致病菌。10多年后，实验证明，DNA就是转化源。死细菌DNA指导了这一可遗传的转化，从而导致了小鼠死亡。

再次证明DNA是遗传物质的噬菌体侵染细菌的实验。 图1-2

噬菌体专门寄生在细菌体内，它的头、尾外部都是由蛋白质组成的外

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