FEAT之分子生物学基础
分子生物学对生物个体在分子层次上进行研究,是一门生物学和化学之间跨学科的研究,其研究领域涵盖了遗传学、生物化学和生物物理学等学科。分子生物学主要致力于对细胞中不同系统之间相互作用的理解,包括DNA、RNA和蛋白质生物合成之间的关系及它们之间的相互作用是如何被调控的。
分子生物学的研究者应用分子生物学特有的技术,并从遗传学、生物化学和生物物理学的技术和思路中获得启迪,综合利用。因此,各学科间相互融合,不再有明确的分界线。
图10-1抽象地展示了对相关领域之间的相互关系一种可能的阐释,如图10-2展示了细胞的结构。
图10-1 分子生物学与生物化学遗传学生物物理学之间的联系
图10-2 细胞结构
“分子生物学”主要研究遗传物质的复制、转录和翻译进程中的分子基础。分子生物学的中心法则认为“DNA制造RNA,RNA制造蛋白质,蛋白质反过来协助前两项流程,并协助DNA自我复制”;虽然这一描述对分子生物学所涵盖的内容过于简单化(特别是RNA的新功能仍在不断发现中),但仍不失为了解这一领域的很好的起点。
蛋白质结构测定蛋白质分子的空间结构。作为一类重要的生物大分子,蛋白质主要由碳、氢、氧、氮、硫等化学元素组成。所有蛋白质都是由20种不同的L型α氨基酸连接形成的多聚体,在形成蛋白质后,这些氨基酸转化为残基。蛋白质和多肽之间的界限并不是很清晰,研究者基于发挥功能性作用的结构域所需的残基数界定,若残基数少于40,就称之为多肽或肽。为了发挥其生物学功能,蛋白质需要正确折叠为一个特定构型,主要是通过大量的非共价相互作用(如氢键、离子键、范德华力和疏水作用)来实现;此外,在一些蛋白质(特别是分泌性蛋白质)折叠中,二硫键也起到关键作用。测定蛋白质的三维结构,可以帮助我们从分子水平上了解蛋白质的作用机制及生物电磁场的产生机制。图10-3显示了磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)的三维结构。(https://www.daowen.com)
图10-3 蛋白质三维结构的3种显示方式
左:显示全部原子;中:主链构象中二级结构类型;右:残基类型
生物分子包含有各种带电粒子、质子、电子及旁系氨基酸,如图10-4所示。每一个带电粒子都有电场环绕其周围,当带电粒子平移或转动时将产生电磁场,并辐射到周边环境。反之亦然:当周边环境的特定频率发生变化时,分子能够吸收这种特定频率的变化,包括带电粒子的运动和振动。
细胞膜的结构如图10-5所示。
图10-4 蛋白质结构示意图
图10-5 细胞膜结构