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第四节

现代生物化学的重要发展领域

生命科学发展到今天,分子生物学在微观层次对生物大分子的结构和功能,特别是基因研究上取得突破后,正深入到在分子水平上对细胞活动、发育、遗传和进化进行探索。基因、蛋白质、细胞、发育和进化研究形成基础生物学研究的一条主线。另一方面,遗传、细胞学、免疫学等从分子、细胞到整体不同层次水平的研究,其他领域如数学、物理、信息科学等多学科向生命科学的交叉和相互渗透、复杂系统理论和非线性科学的发展,也使得基础生物学研究在思维和方法论上从分析走向综合,或者分析与综合结合,体现了整合生物学的思想。此外,新技术和新方法的建立和引入,如生物芯片技术、蛋白质组学方法、结构基因组方法、各种波谱方法、单分子技术、生物信息学等,在基础生物学研究中特别是功能基因组和蛋白质的研究中发挥了越来越重要的作用。

生物化学与分子生物学的研究对象是参与生命活动过程的生物大分子的结构与功能。研究蛋白质等生物大分子具有生物功能的结构基础以及生物大分子之间相互识别的结构是生物化学学科的重要研究领域;核酸特别是non-coding RNA的基因和功能、酶的催化和调节机制、膜蛋白和膜脂的相互作用、糖蛋白和糖复合物的结构功能等,也是生物化学学科所关注的重要课题。

人类基因组计划的实施及相关模式生物基因组研究的开展,对生命科学尤其是遗传学的发展产生了巨大的影响,极大地促进了遗传学研究及生命科学其他学科的发展。功能基因组学是遗传学研究的重要方面;另外涉及基因表达调控规律、多基因、多因素影响的遗传学问题等仍是遗传学研究的重要课题;针对基因组研究产生的海量数据,发展生物信息学方法也是遗传学面临的新课题。

蛋白质是生物功能的体现者,蛋白质结构与功能是生物化学领域的重要研究内容。人类基因组计划的实施,以及其后的功能基因组的研究,也对蛋白质的研究提出了新的课题,以蛋白质晶体学和NMR测定为特点的结构生物学,高通量、大规模研究蛋白质结构和功能,如结构基因组学、蛋白质组学等已经成为本学科的重要研究方面。

DNA、RNA等作为遗传信息分子,研究其本身的结构及与蛋白质的相互作用是该领域更基础的课题;基因表达调控以及RNA选择性剪接、RNA水平的编辑、特别是non-coding RNA,如snRNA在剪接体功能、snoRNA在细胞核内参与转录调控等方面,仍有许多问题值得研究。

膜蛋白的结构与功能及膜蛋白与膜脂的相互作用也是今后研究的重点,多糖和糖复合物的研究也是当前生物化学与分子生物学研究的热点。

功能基因组学研究将是今后相当长时间内遗传学研究领域中的一个重点。定位并克隆控制生物学性状(质量性状和数量性状)或发挥重要生理作用的基因、基因的表达调控规律,特别是基因的调控网络机制,已越来越受到重视。一方面要研究顺式作用元件与反式作用因子(转录因子)之间的作用,另一方面也要研究表观遗传因素对基因表达调控的影响。对RNA基因的鉴定及调控功能研究也正在受到广泛关注。

伴随大量基因组序列的产生,已形成了一门基于基因组序列的学科——基因组信息学。如何从基因组中利用并提取具有生物学意义的信息是我们面临的一个难题,如基因的预测(含编码蛋白基因和非编码蛋白基因)、遗传信息在染色体上的组成方式、不同物种间基因组的比较、基因的产生与进化等。

复习思考

1.什么是生物化学?其研究的对象和内容是什么?

2.你已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关?请举例说明几例。

3.请列举生物化学发展史各阶段一二例重大事件。

4.举例说明生物化学与医学的关系。 e5+OEKoVH+YwU3BNRK39TEzk20hElNidoVK9eyD4G2FXnfyubA4OoBrji+G38MCM

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