分子生物学的展望小论文

扫描版（部分文字乱码）分子生物学技术在动物营养学上的应用及其发展前景(上)摘要：本文从营养与基因表达调控、基因工程、转基因等三个方面综述了分子生物学技术在动物营养学中应用的最新进展，并对动物营养学的发展前景作了展望。自从发现双螺旋结构以来，分子生物学取得了飞跃性的发展，形成了以基因工程为主要内容的的现代分子生物学技术@在生物学、医学等研究中得到广泛的应用，几乎渗透到生命科学的每一个领域，成为研究和揭示生命现象本质和规律的一种重要工具。当前，世界各国都将分子生物学纳入本国科技发展的重点，可以预见，"21世纪将是生命科学的世纪，全世界所共同面临的许多重大问题，诸如饥饿与营养、疾病、能源与环境污染等问题的根本解决，在很大程度上将依赖于分子生物学技术的发展和应用。及时全面的了解和掌握分子生物学理论和技术的发展动态及研究热点，将具有重要的意义。就目前来看，我国动物营养学方面的研究工作基本尚处在机体水平：即在机体水平上研究各种营养素对机体的作用、在机体内的代谢与平衡、影响机体吸收营养素的因素等问题。分子水平方面的研究还刚刚起步，尚处于初级阶段。动物机体的生理病理变化，如生长发育、新陈代谢、遗传变异、免疫与疾病等，就本质而言，都是动物基因的表达调控发生了改变的结果，许多生理现象的彻底阐明，最终需要在基因水平上进行解释，所以动物营养学的各方面研究应与分子生物学技术，尤其是基因工程技术相结合，从分子水平上来解释各种营养素对机体的作用机制、动物机体的生理病理变化等问题，这也是动物营养学今后发展的必然趋势之一。*营养与基因的表达调控随着分子生物学技术不断发展，越来越多与代谢有关的动物基因被克隆和鉴定，人们对营养与基因调控的关系越来越感兴趣。营养与动物基因表达调控的研究已成为当今动物营养学研究的一个热点领域；如何通过改变日粮组成成分来调节体内相关基因的表达，从而使动物体处于最佳生长状况已成为现代动物营养学研究的重点；通过营养对动物基因表达的调控途径及其机制的研究，将为人们如何更加有效地对某些特定有益基因的表达提供理论依据。已有大量证据表明，主要的营养物质如糖、脂肪酸、氨基酸以及一些微量元素（如锌）对动物体内许多基因的表达都有影响。!"!营养对磷酸烯醇式丙酮酸激酶基因表达的调控PEPCK是动物肝和肾中糖元异生作用的关键酶，目前较为研究清楚的是日粮中糖含量对PEPCK基因表达的调控。糖类对PEPCK的调控主要是通过对其启动子的作用，当动物进食含有大量糖类的饲料时，PEPCK的启动了就会关闭，从而导致ABA8C水平大幅度下降，而当禁食或饲喂高蛋白质低糖的饲料时，PEPCK的启动子就会处于打开状态，从而PEPCK水平得到大幅度提高，其具体调控机制大致如下：?556D4（*0)#）等通过对大鼠ABA8C基因的分析表明，ABA8C基因启动子位于1 E+.至F#,之间，其中包含了大多数激素调控基因转录所必需的组织特异性调控元件。日粮中糖的含量水平会影响胰岛素、;?GA等激素的相对水平，而胰岛素与;?GA等激素相对水平又会影响到特异性!"#!转录因子的活性，特异性转录因子与$%$&’启动子上的相应调控元件结合与否，又会影响$%$&’基因的表达(，)。现有大量证据表明，$%$&’基因一系列复杂的调控元件中，有包括胰岛素、甲状腺激素、糖皮质激素、视黄酸对$%$&’基因转录的正调控元件和胰岛素对$%$&’基因转录的负控调元件，在上述调控元件中，*+,$调控元件-&.%/和$(-0/调控元件是最重要的两种，*+,$对$%$&’基因的诱导和胰岛素对$%$&’基因的抑制作用就是通过这两个调控元件来进行调控的。因此，当进食含大量糖类的饲料时，由于*+,$水平的急剧下降以及胰岛素水平的急剧上升，从而抑制$%$&’基因的表达，导致肝中$%$&’水平大幅度下降，当禁食或饲喂高蛋白低糖的饲料时，则情况恰好相反。!"#营养对脂肪酸合成酶（$%&）基因表达的调控1+2是脂肪酸合成的主要限制酶，存在于脂肪、肝脏及肺等组织中，在动物体内起催化丙二酰&3+连续缩合成长链脂肪酸的反应，其活性高低将直接控制着体内脂肪合成的强弱，从而影响整个机体中脂肪的含量。有关营养与1+2基因的表达调控，2!4!&56789-:;;(/曾报道：糖类能诱导1+2基因的转录，而脂肪则抑制这种诱导的表达。&3<=9等（:;;>）试验研究也表明，当给禁食后的成年鼠饲喂含高糖低脂肪的饲料时，1+2基因的表达就增强，而且相应的?.@+含量的增加幅度与碳水化合物的摄入量也成正比。糖类对1+2基因表达的影响。为区分活体中激素水平变化的协同作用，13?,葡萄糖的作用效果。最近H3I73J等-:;;G/试验研究也表明，在成年大鼠肝细胞培养物中G E磷酸E"E脱氧葡萄糖水平与1+2的?.@+含量呈正相关。因此G E磷酸E"E脱氧葡萄糖极有可能是参与1+2基因表达的重要中间代谢物。脂肪对1+2基因表达的影响。&56789-:;;(/的研究表明，脂肪抑制1+2基因表达主要与脂肪抑制1+2基因转录的能力和脂肪中脂肪酸的碳链长度、双键位置和双键的数量有关，饱和脂肪酸和（J E;）族脂肪酸不能抑制1+2基因的表达，多不饱和脂肪酸（$K1+）中的-J E G/和-J E(/族脂肪酸是1+2基因的有效抑制剂，研究表明，日粮中$K1+可使1+2?.@+的水平降低D>C E;>C。蛋白质对1+2基因表达的影响。,I5LJ97-:;;:/研究表明，高蛋白饲粮将抑制猪脂肪组织中1+2基因的表达，脂肪组织中1+2基因的?.M@+的含量会显著下降：用蛋白质含量分别为:)C、:#C、")C的日粮饲喂G>E::>8N的肥育猪，其脂肪组织中1+2?.@+的含量分别下降了#!:)C、::!D(C和)#!"C。由此可见日粮蛋白质将会影响脂肪组织中1+2基因的表达，但这种调控具体发生在哪个水平及其作用机理目前还不清楚。!"’营养对()*+,*基因表达的影响长期以来，我国商品猪的瘦肉率较国际优良品种低，而目前常规的育种方法已很难使之有大幅度的提高。因此OP6JN等（:;;)）小鼠3Q基因的克隆成功为这方面的研究提供了新的思路。由于R9=SIJ基因具有可以大大降低动物体脂含量这一特性，因此通过营养对R9=SIJ基因表达调控的研究，将有助于深入了解R9=SIJ对动物体重的调控机制。王方年等（:;;;）研究表明，浓度从B??35 TR到:>??35 T R葡萄糖可以显著地促进脂肪细胞中59=SIJ基因的表达。!"-营养与神经肽.（/0.）基因表达的影响@$U是一种含(G个氨基酸残基的生物活性多肽，在体内具有收缩血管、影响激素分泌、调节生物节律及摄食行为等多种生物学功能，其中促进动物采食是@$U最主要的功能之一。试验研究表广东饲料第;卷第G期">>>年:"月综述广东饲料第#卷第$期"%%%年&"月综述明，限饲特别是限制能量采食将会显著提高’()在下丘脑中的表达量，*+,-.等（#/）在限饲、低碳水化合物、低脂肪、低蛋白质日粮组成的试验条件下，发现下丘脑中’()0 1’2显著提高345。!"#微量元素对基因表达的调控&!4!&锌对基因表达的调控锌作为动物体的一种必需微量元素，具有增强机体免疫功能、促进细胞增值分化、参与核酸蛋白质代谢、维持细胞周期正常进行等生物学功能。上述作用以前曾被认为主要是由于含锌酶活性的改变以及对细胞信号传导系统产生影响的结果，但近年来的研究表明，事实并不如此，锌主要是通过对基因的转录和表达的影响而产生一系列的生物学效应。6,7+.89.:;#<=认为，锌离子是>’2聚合酶的一个重要组成成分，锌对于维持>’2聚合酶的活性具有相当的重要性；另外锌通过影响1’2聚合酶活性及转录因子的作用，能够导致基因转录异常，从而使蛋白质表达也发生变化；还有饲料中锌的含量，可以通过影响金属调节蛋白的转录活性而影响金属硫蛋白（6?）基因的表达，@A88,BC:等（#3）认为可将6?基因的表达量作为体内锌状况的重要衡量指标。67’C88;#4=发现低锌日粮限制动物生长的直接原因是由于低锌抑制了体内DEF G D、EH受体、EH结合蛋白等基因的表达。&!4!"其他微量元素对基因表达的调控镉、铜、汞等元素的增加将显著提高6?基因的表达量。I+JA;#/=研究表明高铜将显著提高体内EH基因的表达水平。IC+K,:L.K等（M$）认为铁可以通过控制01’2的稳定性和翻译过程，调节铁蛋白的水平。"基因工程技术所谓基因工程，就是按照人们的意愿在体外获得目的基因，再按预先的设计，在体外将目的基因进行酶切连接，构建成适当的表达裁体，然后导入细菌或动物细胞或机体内，以研究该目的基因的结构与功能、表达的调控机制、或者获得该基因的表达产物。分子生物学技术的核心就是基因工程，而基因克隆和表达是基因工程的核心技术。下面就抗菌肽、植酸酶，甜菜碱等，对基因工程技术在动物营养学领域中的应用作一简单阐述。$"!抗菌肽基因工程自从NJ0C:等（M&）首次从美国惜古比天蚕;HOC8JP+JKC 7.7KJP,:=中成功地分离到两种抗菌肽蚕素（7.7KJP,:）2和N后，国内外很多科学家对这一类抗菌肽进行了深入细致的研究，发现在许多昆虫、植物、哺乳动物中均有这样的多肽存在，它们由<%多个氨基酸残基组成，不同来源的多肽的氨基酸序列具有较强的保守性且共同具有如下特点：（&）’端由碱性氨基酸残基组成；（"）Q端均酰胺化；（<）绝大多数多肽在第二位均为?KP，它对杀菌活性至关重要；（/）它们都有较广的杀菌谱。其抗菌机制大致如下：抗菌肽作用于细菌的细胞膜，破坏膜的完整性，造成离子通道，最终导致细胞内含物的泄漏。由于抗菌肽具有广谱杀菌作用、相对分子量较小、热稳定、水溶性好等优点，更为重要的是抗菌肽对真核细胞几乎没有作用，仅仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞，在目前不少病原菌对原有抗生素逐步产生耐药性，尤其是肉用动物长期使用抗生素受到严格检查和批评时，对畜禽体内自然产生的抗菌肽功能的了解以及设计一种方法来调节动物体内自然抗菌肽的功能便显得极为重要，其中通过抗菌肽基因的克隆与表达而大量生产抗菌肽是一种较为直接而有效的方法。目前昆虫和植物抗菌肽基因工程，在国内外已有不少成功的报道，但就畜禽抗菌肽基因工程国内外尚未见报道。因此，运用基因工程技术，通过对畜禽抗菌肽的研究，对提高畜禽的抗病能力、减少甚至替代抗生素的使用将起积极的促进作用。目前，猪抗菌肽（(1 G<#）已被发现（8..等，M#），它是一个分子量为/3道尔顿的肽，从猪肠中分离，属于富含(KJ G 2KL的肽家族，不裂解野生型大肠杆菌，但对突变型R&"有作用，其作用机制是通过阻断蛋白质和>’2的合成，从而导致这些成分的降解。(1 G<#在一个单层囊泡中可以诱导钙的降低和电流的线性增加，此诱导与肽浓度和膜上甘油磷酸脂（带负电荷）有关。另外在猪小肠中，还发现另一种抗菌肽7.7KJP,:(&，它是以裂解细菌来完成杀菌作用的。2:S.K99J:;#4=运用基因工程技术从猪骨髓1’2中克隆到一种新型的7>’2，其编码一个3M残基的抗菌肽’R G 8O9,:，有三个分子内二硫键，这种肽对’R G敏感型的肿瘤细胞株)2Q G&有裂解活性，但不裂解红血球细胞。;!"#!分子生物学技术在动物营养学上的应用及其发展前景$下%郑家茂赵国芬许梓荣!"!植酸酶的基因工程植酸酶的研究已有近.’年的历史，植酸酶作为一种单胃动物的饲料添加剂，其饲喂效果已在世界范围内得到广泛的确证，随着饲料工业的发展和分子生物学的兴起，从(’年代开始的植酸酶的分子生物学研究，已成为世界性的研究热点之一。目前国内外研究的主要思路集中在通过基因工程这一手段解决饲用植酸酶的两个主要问题：一个是植酸酶在天然材料中表达水平太低，这造成植酸酶难以大量生产及生产成本过高的问题，通过基因工程技术，利用生物反应器则有望成百上千倍地提高它的表达量；另一个问题是天然植酸酶的一些酶学性质，如耐温性，/0适性、催化活性等不能完全适合饲料加工业和养殖业的要求，利用基因工程手段在分子水平上对植酸酶基因进行改造，从而提高其在饲料中使用的有效性。#!#!&在微生物中高效表达植酸酶基因目前，植酸酶基因表达的研究主要集中在来源于曲霉的植酸酶基因/123和/425上。06789:;<=>?4@8等$&(("%将来源于3!A:BCDDEFFG"&"-的/123基因导回原菌株，使/12基因的拷贝数增加到&-个以上，从而使植酸酶的表达量提高到,H’’C I D4。J174:B1等（&((-）在3!K72L6?中表达来源于酵母的植酸酶基因和来源于3!;:操纵元能在烟草中表达，因此将.’/01研究室得到的%&’操纵元;!:?@7A,片段导入烟草，探讨甜菜碱是否能表达是一个诱人的研究领域。"转基因技术转基因技术是指用实验手段，将外源基因导入动物细胞或动物受精卵中，由此稳定整合到动物基因组，并能遗传给子代。目前常用的转基因技术主要有：显微注射法；胚胎多能干细胞虫；精子裁体法；反转录病毒载体法以及电转移技术等等，其中显微注射法是最常用、最有效的基因导入技术。目前培育成功的转基因动物绝大部分是采用该方法获得的。最早的转基因动物是将疱疹病毒基因与BCDE早期启动子联在一起，用显微注射法导入小鼠受精卵获得的转基因小鼠。目前，在动物营养领域转基因技术的研究主要包括："!3提高动物生长性能生长激素$FG+在动物生产中基本上采用注射方法，虽然有一定的促生长作用，但程序复杂繁琐，解决思路之一就是采用转基因技术。G(11&/等$35;8+人生长激素$HFG+转基猪研究成功，这种转基因猪的生长速度比对照组高出38I，日增重可达3#:"J，饲料利用率提高#3I，采食量减少#EI，陈永福$3553+用自己构建的融合基因KL9 M NFG获得了转基猪，其生长速度提高33!;I O 3D!#I，饲料利用率提高3EI。另外，转基因羊、转基因鸡、转基因兔、转基因牛、转基因鱼等研究也相继获得成功。"!#改变动物体内的代谢途径动物营养研究表明，有些生长发育和维持所必需的营养物质必须由外界供给，例如赖氨酸，但是否可以不必由外界供给呢？可行的方案不外乎这么两种：一种是重建动物体内某些丢失的代谢途径；另一种是导入目前在动物体内尚未发现的代谢途径。转基因技术的出现提供了通过改变动物代谢途径从而让动物自身合成赖氨酸的可能性。-&&.等$355E+已经清楚大肠杆菌合成赖氨酸途径中的酶基因编码，运用基因转移技术也证明了在细胞中施行这些途径的可行性，因此-&&.等提出设想：把赖氨酸在微生物中生物合成的途径导入动物体内，使动物自身就能合成赖氨酸。"!"提高动物产毛性能由于胱氨酸在羊瘤胃中降解，所以饲料中加入胱氨酸并不能提高产毛量。因此能够得到一种自身合成胱氨酸的转基因羊，将会大大提高羊毛产量。P(/Q$3553+发现某些细菌能将硫固定并转化为胱氨酸，他们分别在大肠杆菌和沙门氏菌中分离到了丝氨酸乙酸转移酶基因和K 4乙酰丝氨硫化氢解酶基因，并且将这两种基因与金属硫蛋白$L9+基因启动子联接；并在"R端装上FG基因的序列，然后将这组调控序列通过转基因技术导入羊体内而得到高产羊毛转基因绵羊。D展望综上所述，以基因工程为核心的分子生物学技术应用于动物营养学研究领域，具有很大的潜力，它不仅为动物营养学研究提供了一套全新的技术和方法，而且可在基因水平上解决许多动物机体生理病理变化、营养素的代谢调节机制以及其与机体的相互关系等问题。我们可以设想，基因工程抗菌肽完全可以减少甚至替代抗生素的使用；随着转基因技术的日益完善，各种生长性能优越的动物新品种将层出不穷；用转基因动物来大量生产各种生理活性物质，也将成为现实。无可置疑，#3世纪是高新技术畜牧业应用大发展的时期，以基因工程为主导的分子生物学技术将会为我国的畜牧业的发展开辟广阔前景。

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字数可能有点超,你自己截取吧~~分子生物学(molecular biology) 在分子水平上研究生命现象的科学。研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结 构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等。 从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系 (中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系（即生物膜）。 生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。现代化学和物理学理论、技术和方法的应用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了近30年来分子生物学的蓬勃发展。分子生物学和生物化学及生物物理学关系十分密切，它们之间的主要区别在于：①生物化学和生物物理学是用化学的和物理学的方法研究在分子水平，细胞水平，整体水平乃至群体水平等不同层次上的生物学问题。而分子生物学则着重在分子（包括多分子体系）水平上研究生命活动的普遍规律；②在分子水平上，分子生物学着重研究的是大分子，主要是蛋白质，核酸，脂质体系以及部分多糖及其复合体系。而一些小分子物质在生物体内的转化则属生物化学的范围；③分子生物学研究的主要目的是在分子水平上阐明整个生物界所共同具有的基本特征，即生命现象的本质；而研究某一特定生物体或某一种生物体内的某一特定器官的物理、化学现象或变化，则属于生物物理学或生物化学的范畴。 发展简史 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。1912年英国 W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了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。以后布喇格的学生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。首先是在蛋白质结构分析方面，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。1955年F.桑格完成了胰岛素的氨基酸序列的测定。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。 另一方面，M.德尔布吕克小组从1938年起选择噬菌体为对象开始探索基因之谜。噬菌体感染寄主后半小时内就复制出几百个同样的子代噬菌体颗粒，因此是研究生物体自我复制的理想材料。1940年G.W.比德尔和E.L.塔特姆提出了“一个基因，一个酶”的假设，即基因的功能在于决定酶的结构，且一个基因仅决定一个酶的结构。但在当时基因的本质并不清楚。1944年O.T.埃弗里等研究细菌中的转化现象，证明了DNA是遗传物质。1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出了DNA的双螺旋结构，开创了分子生物学的新纪元。在此基础上提出的中心法则，描述了遗传信息从基因到蛋白质结构的流动。遗传密码的阐明则揭示了生物体内遗传信息的贮存方式。1961年F.雅各布和J.莫诺提出了操纵子的概念，解释了原核基因表达的调控。到20世纪60年代中期，关于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质已基本清楚，基因的奥秘也随之而开始解开了。 仅仅30年左右的时间，分子生物学经历了从大胆的科学假说，到经过大量的实验研究，从而建立了本学科的理论基础。进入70年代，由于重组DNA研究的突破，基因工程已经在实际应用中开花结果，根据人的意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程也已经成为现实。 基本内容 蛋白质体系 蛋白质的结构单位是α-氨基酸。常见的氨基酸共20种。它们以不同的顺序排列可以为生命世界提供天文数字的各种各样的蛋白质。 蛋白质分子结构的组织形式可分为 4个主要的层次。一级结构，也叫化学结构，是分子中氨基酸的排列顺序。首尾相连的氨基酸通过氨基与羧基的缩合形成链状结构，称为肽链。肽链主链原子的局部空间排列为二级结构。二级结构在空间的各种盘绕和卷曲为三级结构。有些蛋白质分子是由相同的或不同的亚单位组装成的，亚单位间的相互关系叫四级结构。 蛋白质的特殊性质和生理功能与其分子的特定结构有着密切的关系，这是形形色色的蛋白质所以能表现出丰富多彩的生命活动的分子基础。研究蛋白质的结构与功能的关系是分子生物学研究的一个重要内容。 随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。70年代末以来，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。 发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视。 蛋白质－核酸体系 生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由 DNA构成。简单的病毒，如λ噬菌体的基因组是由 46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA（由于是双股DNA，通常以碱基对计算其长度）。细菌，如大肠杆菌的基因组，含4×106碱基对。人体细胞染色体上所含DNA为3×109碱基对。 遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代 DNA为模板合成子代 DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类RNA起着信息传递作用，故称信使核糖核酸(mRNA)。由于构成RNA的核苷酸是4种，而蛋白质中却有20种氨基酸，它们的对应关系是由mRNA分子中以一定顺序相连的 3个核苷酸来决定一种氨基酸，这就是三联体遗传密码。 基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板，复制出子代 DNA链。转录是在 RNA聚合酶的催化下完成的。转译的场所核糖核蛋白体是核酸和蛋白质的复合体，根据mRNA的编码，在酶的催化下，把氨基酸连接成完整的肽链。基因表达的调节控制也是通过生物大分子的相互作用而实现的。如大肠杆菌乳糖操纵子上的操纵基因通过与阻遏蛋白的相互作用控制基因的开关。真核细胞染色质所含的非组蛋白在转录的调控中具有特殊作用。正常情况下，真核细胞中仅2～15％基因被表达。这种选择性的转录与转译是细胞分化的基础。 蛋白质－脂质体系 生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。 1972年提出的流动镶嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂双层结构。膜蛋白分为表在蛋白质和嵌入蛋白质。膜脂和膜蛋白均处于不停的运动状态。 生物膜在结构与功能上都具有两侧不对称性。以物质传送为例，某些物质能以很高速度通过膜，另一些则不能。象海带能从海水中把碘浓缩 3万倍。生物膜的选择性通透使细胞内pH和离子组成相对稳定，保持了产生神经、肌肉兴奋所必需的离子梯度，保证了细胞浓缩营养物和排除废物的功能。 生物体的能量转换主要在膜上进行。生物体取得能量的方式，或是像植物那样利用太阳能在叶绿体膜上进行光合磷酸化反应；或是像动物那样利用食物在线粒体膜上进行氧化磷酸化反应。这二者能量来源虽不同，但基本过程非常相似，最后都合成腺苷三磷酸。对于这两种能量转换的机制，P.米切尔提出的化学渗透学说得到了越来越多的证据。生物体利用食物氧化所释放能量的效率可达70％左右，而从煤或石油的燃烧获取能量的效率通常为20～40％，所以生物力能学的研究很受重视。对生物膜能量转换的深入了解和模拟将会对人类更有效地利用能量作出贡献。 生物膜的另一重要功能是细胞间或细胞膜内外的信息传递。在细胞表面，广泛地存在着一类称为受体的蛋白质。激素和药物的作用都需通过与受体分子的特异性结合而实现。癌变细胞表面受体物质的分布有明显变化。细胞膜的表面性质还对细胞分裂繁殖有重要的调节作用。 对细胞表面性质的研究带动了糖类的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子结构与功能的研究越来越受到重视。从发展趋势看，寡糖与蛋白质或脂质形成的体系将成为分子生物学研究的一个新的重要的领域。 理论意义和应用 分子生物学的成就说明：生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质，除某些病毒外，都是DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外，在绝大多数情况下也都是通用的。 物理学的成就证明，一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成，说明了物质世界结构上的高度一致，揭示了物质世界的本质，从而带动了整个物理学科的发展。分子生物学则在分子水平上揭示了生命世界的基本结构和生命活动的根本规律的高度一致，揭示了生命现象的本质。和过去基本粒子的研究带动物理学的发展一样，分子生物学的概念和观点也已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域，带动了整个生物学的发展，使之提高到一个崭新的水平。 过去生物进化的研究，主要依靠对不同种属间形态和解剖方面的比较来决定亲缘关系。随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展，比较不同种属的蛋白质或核酸的化学结构，即可根据差异的程度，来断定它们的亲缘关系。由此得出的系统进化树，与用经典方法得到的是基本符合的。采用分子生物学的方法研究分类与进化有特别的优越性。首先，构成生物体的基本生物大分子的结构反映了生命活动中更为本质的方面。其次，根据结构上的差异程度可以对亲缘关系给出一个定量的，因而也是更准确的概念。第三，对于形态结构非常简单的微生物的进化，则只有用这种方法才能得到可靠结果。 高等动物的高级神经活动是极其复杂的生命现象，过去多是在细胞乃至整体水平上研究，近年来深入到分子水平研究的结果充分说明高级神经活动也同样是以生物大分子的活动为基础的。例如，在高等动物学习与记忆的过程中，大脑中RNA和蛋白质的组成发生明显的变化，并且一些影响生物体合成蛋白质的药物也显著地影响学习与记忆的能力。又如，“生物钟”是一种熟知的生物现象。用鸡进行的实验发现，有一种重要的神经传递介质（5-羟色胺）和一种激素（褪黑激素）以及控制它们变化的一种酶，在鸡脑中的含量呈24小时的周期性变化。正是这种变化构成了鸡的“生物钟”的物质基础。 在应用方面，生物膜能量转换原理的阐明，将有助于解决全球性的能源问题。了解酶的催化原理就能更有针对性地进行酶的人工模拟，设计出化学工业上广泛使用的新催化剂，从而给化学工业带来一场革命。 分子生物学在生物工程技术中也起了巨大的作用，1973年重组DNA技术的成功，为基因工程的发展铺平了道路。80年代以来，已经采用基因工程技术，把高等动物的一些基因引入单细胞生物，用发酵方法生产干扰素、多种多肽激素和疫苗等。基因工程的进一步发展将为定向培育动、植物和微生物良种以及有效地控制和治疗一些人类遗传性疾病提供根本性的解决途径。 从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献。[编辑本段]分子生物学的应用 1，亲子鉴定 近几年来，人类基因组研究的进展日新月异，而分子生物学技术也不断完善，随着基因组研究向各学科的不断渗透，这些学科的进展达到了前所未有的高度。在法医学上，STR位点和单核苷酸（SNP）位点检测分别是第二代、第三代DNA分析技术的核心，是继RFLPs（限制性片段长度多态性）VNTRs（可变数量串联重复序列多态性）研究而发展起来的检测技术。作为最前沿的刑事生物技术，DNA分析为法医物证检验提供了科学、可靠和快捷的手段，使物证鉴定从个体排除过渡到了可以作同一认定的水平，DNA检验能直接认定犯罪、为凶杀案、强奸杀人案、碎尸案、强奸致孕案等重大疑难案件的侦破提供准确可靠的依据。随着DNA技术的发展和应用，DNA标志系统的检测将成为破案的重要手段和途径。此方法作为亲子鉴定已经是非常成熟的，也是国际上公认的最好的一种方法。