分子生物学概述

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分子生物学概述范文第1篇

生物技术专业 分子生物学 实验教学 改革

分子生物学实验，是分子生物学理论的实践环节，也是培养创新型人才的重要途径，不仅在研究生教学中受到普遍重视，在本科生教学中也受到高度重视。但由于客观条件的限制，生物技术专业的分子生物学实验教学还存在诸多问题，比如现有教材不适合于本科教学、实验缺乏设计性和综合性等，严重影响了实验教学的效果。因此，分子生物学实验教学的改革势在必行。

一、完善实验教材建设

近年来，随着分子生物学技术的发展和出版业的发展，市场上涌现出大量相关的实验教材，但往往偏重于对实验步骤的编写，或者所选的实验项目过于专业化，不适合在本科教学中运用。实验指导教师应不断完善实验教材的建设，使之既适应于本科生实验教学平台，又注重与基因工程、酶工程、发酵工程等课程的实验项目的衔接，充分体现生物技术专业核心课程的关联性。在编写教材时，还要尽量做到图文并茂，通俗易懂，特别是要注重对实验原理的阐述。

二、加强实验的设计性和综合性

设计性实验和综合性实验有利于培养学生的创新能力。分子生物学实验课程主要围绕“DNA重组技术”展开，各个实验项目既具有一定的独立性，又具有很强的连贯性，这种连贯性表明，这一系列的实验在操作之前就带有较强的设计性，在学生进入实验教程之前，可以此作为范例，介绍DNA重组实验的设计思路和关键问题，积极引导学生查阅资料，独立设计全部或部分实验方案，并对这些设计进行剖析和点评。实验室网络的开通，能够更好地发挥计算机辅助实验教学的功能，为设计性实验的教学提供了极大的便利。比如，可以利用在线软件分析目的基因的酶切位点，或利用相关软件设计PCR引物等。综合性实验是培养学生独立操作能力和综合应用能力的重要环节。通过“质粒DNA的提取和检测”、“质粒的酶切分析”等实验，学生已基本掌握了相关原理和技术，而随后的“重组子的筛选与鉴定”实验，仍然需要使用质粒DNA提取、酶切、电泳等技术，带有很强的综合性，可借以培养和考核学生独立操作、综合应用的能力。此外，筛选和鉴定重组子又有多种方法，可设计不同的实验方案。因此，该实验在教学中又可作为一个设计性实验，只要学生设计的方案具有可行性，就应当尽量提供条件，让学生按照自己设计的方案完成实验。

三、优化实验教学方法

“教无定法，贵在得法”，但这“法”首先因立足于学科特点，并在教学实践中不断探索和优化。笔者结合实际工作经验，对分子生物学实验的教学方法作初步探讨。

1.集中时间，小班开课

“DNA重组技术”的各项实验相对独立，但无论在逻辑上还是在时间上，前后都是紧密关联的，如果像其他课程的实验那样每周做一个的话，很难取得理想的结果。因此，较为合理的安排就是集中时间授课，在两周内完成整个DNA重组实验。这种安排既使学生在操作时目标明确，也因其符合科研的节奏而使学生能更好地体验科研的氛围和乐趣。在本科生的分子生物学实验教学中，普遍面临着仪器台套数有限、指导教师少、学生人数多等突出问题，小班开课可有效缓解众多学生与有限的教学资源之间的矛盾，提高实验教学的质量。小班开课时，每批以10个左右学生为宜。

2.集中讲解，个别指导

在每次实验前，应集中讲解实验原理，把本质问题讲解透彻，也应分析实验步骤，并针对关键操作、技术难点或容易误解之处进行演示，使学生能更好地掌握实验原理和技术，并在实验前做到“胸有成竹”。尽管按照同样的实验手册操作，但每个学生可能会遇到不同的问题，这时指导教师应随时关注每个学生的状态，及时解答学生的疑问，或及时指出其错误的或不规范的操作，并予以纠正。上文所说的小班开课，可保证指导教师有足够的时间和精力来实现个别指导。

3.落实预习，及时总结

如果不作强调，学生很容易忽视实验课程的预习，在动手操作时看一步做一步，这样既容易出错，又看不到各个步骤之间的衔接，看不到实验的整体和精髓，致使实验结果和教学效果均不理想。因此，在每次实验前，应布置具体的预习任务，包括实验原理、实验步骤、注意事项等，并在实验讲解时随时提问，以检查预习效果，确保学生在进入实验室之前就熟悉相关内容，特别是应明确本次实验要做什么，明确本次实验在整个实验教程中所处的地位。在重视实验预习的同时，也要重视实验总结。实验的总结可安排在实验间隙，也可安排在实验结束之后，宜采用讨论的方式。可先由学生自己总结经验，提出实验中遇到的问题并进行分析，在此基础上再由指导教师进行概括和补充，分析实验中存在的普遍问题、特殊问题及其成因，以促进学生分析和解决问题能力的提高。此外，指导教师还应及时评价实验教学的效果，以期在下次开课时进一步完善。

4.拓宽思路，广开渠道

Southern杂交、DNA测序等技术，对设备要求高，实验流程长，难以作为本科生实验教学的内容，但是作为生物技术专业的学生，又有必要对这些重要技术有较为深刻的认识。因此，在实验教学中应拓宽思路，综合利用多种渠道，直接或间接地传授这些技术。多媒体是拓宽实验教学的重要手段，可用于演示那些重要的但不能开设的实验，拓宽学生的知识面。如果能参观本校或兄弟院校的实验室，并在现场讲解或演示实验，则可使学生形成更为直观的认识。此外，对于学有余力的学生，还需因材施教，积极引导，重点提拔，鼓励他们参与预实验，观摩教师的科研工作，或指导他们参与大学生科研立项，也即引导他们从课堂实验走向科学研究，为培养创新型人才打下坚实基础。

四、完善实验考核体系

实验教学的考核是客观评价学生所掌握的理论和技能的重要手段，也是提高实验教学质量的有效措施。分子生物学实验应注重全面考查学生的素质，不仅要考查学生所掌握的基本知识和技能，还要考查学生独立思考和综合运用的能力，以及在实验操作中表现出来的认真的态度，实事求是的科学作风和团队合作精神等。因此，在教学中应以“公平、公正”为原则，不断探索和完善实验考核体系。

参考文献：

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[2]曹华，裴鹏等.分子生物学实验教学中创新能力的培养[J].医学教育探索，2006.

分子生物学概述范文第2篇

关键词：生物科学；核心课程；逻辑关系

中图分类号：G633.91

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）21-0130-03

1 引言

生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学是生物科学专业的核心课程，由于它们相互联系，交叉渗透，因此存在逻辑关系不清，课程内容重叠较多等问题，例如原核生物和真核生物基因表达调控在生物化学、细胞生物学、分子生物学都有介绍，基因工程原理在分子生物学、基因工程学中都有介绍，导致教师教学内容难以起舍，课程顺序难以安排。要理顺生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的逻辑关系，确定各课程教学内容和教学顺序，必须把其定义，研究内容，发展历史动态结合起来。

2 生物科学专业核心课程概述

2.1 生物化学

生物化学是运用化学的理论和方法研究生物分子结构与功能、物质代谢及遗传信息传递与调控规律的科学。

生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 随着生命科学的发展，各学科相互渗透。18世纪，一些从事化学研究的科学家转向生物领域，为生物化学的诞生播下了种子。19世纪末，生物化学从生理化学中独立。20世纪中后期又从生物化学分离出部分内容与遗传学部分内容结合为分子生物学，然后，分子生物学基因操作部分独立出来，形成基因工程学。

1920年以前，生物化学研究内容以分析生物体的化学组成、性质和含量为主，称为静态生物化学时期。

1920年-1950年，随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢、能量转化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白质代谢等领域。这是生物化学飞速发展的时期，称为动态生物化学时期。

1950年以后，蛋白质化学和和核酸化学进展迅速，生物化学进入了分子生物学时期。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识的巨大飞跃。根据生物化学的定义和历史，生物化学研究的内容包括以下几个方面。

2.1.1 生物的物质组成

生物是由一定的物质按特定的方式组成的，直到今天，新物质仍不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物学功能。另一方面，早已熟知的化合物也发现了新的功能，如20世纪50年代才知道肉碱是一种生长因子，而到60年代又发现其是生物氧化的载体。

2.1.2 物质代谢

生物体内绝大部分物质代谢是在酶催化下进行的，具有高度自动调节能力。一个小小的细胞内，有近2000种酶，在同一时间内，催化各种不同的化学反应。这些化学反应互不干扰，有条不紊地进行。表明生物体内的物质代谢有精确的调节控制系统。

2.1.3 结构与功能

生物大分子的功能与其特定的结构有密切关系。如酶的活性中心的结构决定其催化活性及其特异性；变构酶的活性还与其催化的代谢终末产物的结构有关。

核酸中核苷酸排列顺序的不同，其结构就不同，所含遗传信息不同。这些不同的构象对基因的表达具有调控作用。

生物体的糖包括多糖、寡糖和单糖。由于多糖链结构复杂，具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别、相互作用具有重要作用。糖类将与蛋白质、核酸并列成为生物化学的主要研究对象。

在生物化学中，有关结构与功能关系的研究才仅仅开始，尚待大力研究的问题很多，其中重大的有：亚细胞结构中生物大分子间的结合，细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原与抗体的作用、激素、神经介质与其受体的相互作用等。

2.1.4 繁殖与遗传

生物典型特点是具有繁殖与遗传特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，现在DNA分子的核苷酸序列已不难测得，不但能在分子水平上研究遗传，而且还可能改变遗传，从而派生出基因工程学。

2.2 细胞生物学

细胞生物学是从显微水平、亚显微水平和分子水平研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。

过去，细胞生物学主要是在光学显微镜下对细胞的形态结构和生活史进行研究，称为细胞学。20 世纪 50 年代以来，由于电子显微镜、放射性同位素、细胞结构组分分离技术、细胞培养等技术的广泛应用，特别是分子生物学的兴起，使细胞生物学研究的广度和深度都有迅猛发展，从宏观到微观、从平面到立体、从定性到定量、从分析到综合；从细胞、亚细胞、分子三个水平研究细胞的结构与功能、分裂与分化、衰老与死亡等生命活动规律及其调控机制，细胞与细胞、细胞与环境之间的相互关系。使原来以形态结构研究为主的细胞学转变成以生理功能研究为主、将结构与功能紧密结合起来的细胞生物学。由于细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了深入的进展，因此细胞生物学又称为细胞分子生物学。细胞生物学研究内容如下。

2.2.1 细胞社会学

细胞社会学是细胞生物学中的一个新的领域。它是以系统论的观点研究细胞群体中细胞间的相互关系、细胞群体的社会行为；细胞识别、通讯、相互作用；整体和细胞群对细胞的生长、分化、形态发生和器官形成等活动的调控；细胞外环境对细胞的影响。

2.2.2 细胞的增殖、生长、分化与调控

研究细胞增殖、生长、分化及其调控机制，不仅是控制生物生长和发育的基础，而且是研究细胞癌变和逆转的重要途径。

2.2.3 细胞遗传学

细胞遗传学从细胞学角度来研究染色体的结构和行为以及染色体与细胞器的关系，从而探讨遗传与变异的机制等。

2.2.4 细胞化学

细胞化学：用切片或分离细胞成分，对单个细胞或细胞各个部分进行定性和定量的化学分析，研究细胞结构、化学成分的定位、分布及其生理功能。

2.2.5 分子细胞学

分子细胞学：从分子水平研究细胞与细胞器中蛋白质、核酸等大分子的组成、结构与功能及其遗传性状的表现和调控等，探讨细胞生命活动的分子机理。

2.3 遗传学

遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学。孟德尔认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。1900年，孟德尔的成果得到广泛重视，成为遗传学的基石。

20世纪初，利用光学显微镜发现了细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体及其行为，奠定了遗传的染色体理论基础。1910年左右，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。

遗传信息在分子水平上研究始于20世纪40年代。随着电子显微镜的发明，人们已能够直接观察遗传物质的结构及其在基因表达过程中的特征，使细胞遗传学的研究进入分子水平。

1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，为进一步阐明DNA的结构、复制和遗传物质如何保持世代连续的问题奠定了基础，开创了分子遗传学这一新的学科领域。

遗传学研究的领域非常广泛，可划分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和生统遗传学4个分支，各个分支领域相互联系、相互重叠、相互印证，组成了一个不可分割的整体。

经典遗传学研究从亲代到子代的遗传特性，包括遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律及机理；基因互作及其与环境的相互关系；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；数量性状的特征及其多基因假说，近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传等。

细胞遗传学是通过细胞学手段对遗传物质进行研究。其内容包括细胞的结构和功能；染色体的形态结构；细胞的有丝分裂，减数分裂；配子的形成和受精。

分子遗传学是从分子的水平上研究遗传物质的结构及遗传信息的传递。内容包括DNA复制、转录和翻译，基因突变及修复，原核生物和真核基因表达与调控；基因、基因组及作图，遗传重组。

生统遗传学是用数理统计学方法来研究生物遗传变异规律的学科。根据研究的对象不同，又可分为数量遗传学和群体遗传学。前者研究生物体数量性状即由多基因控制的性状遗传规律，后者是研究基因频率在群体中的变化、群体的遗传结构和物种进化。

2.4 分子生物学

分子生物学是从分子水平研究核酸与蛋白质的结构与功能、遗传信息传递和调控，阐明生命本质的科学。

从19世纪后期到20世纪50年代初，确定了蛋白质是生命的主要物质基础，DNA是生物遗传的物质的载体，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。

从20世纪50年代初到70年代初，是现代分子生物学的建立和发展阶段，1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为现代分子生物学诞生的里程碑，确立了核酸作为遗传信息分子的结构基础，提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。

70年代后，基因工程技术出现，人类进入认识生命本质并开始改造生命的发展阶段。

分子生物学原来是生物化学的一部分，因其太重要了，20世纪中后期从生物化学中分离出来并与遗传学结合，独立出来成为单独的学科，是生物化学的发展和延续。涉及的部分内容比生物化学更细致深入，并从整体上考虑。

分子生物学从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始，以中心法则为主线，阐述生物大分子在信息传导、基因表达调控中的相互作用和机理。主要内容包括蛋白质、核酸、基因和基因组的结构、DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。基因工程技术的原理和应用等。

2.5 基因工程学

20世纪70年代，随着 DNA的内部结构和遗传机制逐渐呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是开始设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。这就像工程设计，按照人类的需要（设计）把这种生物的某个“基因”与那种生物的某个“基因”进行“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物的工程技术被称为“基因工程”。

基因工程包括如下几个主要的内容：①目的基因的合成或提起分离。②载体的构建。③将载体转移到受体细胞并增殖。④重组DNA分子的受体细胞克隆筛选。⑤将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。

3 课程间的逻辑关系，教学内容选择及课程顺序安排

从生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的定义，研究内容，发展历史动态可知，各学科的逻辑关系是：理解细胞结构及功能需要一定的生物化学基础，理解遗传物质的结构和功能需要一定的细胞生物学基础，而分子生物学是生物化学、遗传学交叉融合的产物，研究核酸和蛋白质分子结构和功能以及相互关系，而各个分子不能孤立发挥作用，必须依赖于一定的细胞结构，因此，生物化学是细胞生物学的基础；细胞生物学是遗传学和分子生物学的基础。基因工程是利用分子生物学的理论和实验技术进行转基因操作的部分独立出来的，因此分子生物学是基因工程学的基础。所以，高校应按生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程的顺序安排课程教学最为合适。

由以上可知，由于历史的原因，生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程学相互联系，交叉渗透，研究内容重复较多。因此，本研究根据其定义、逻辑关系及发展历史，同时为编写教材和教学的方便，建议生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学教学内容如下。

（1）生物化学主要教学内容主要有：蛋白质化学、核酸化学；酶学基础；糖代谢与生物氧化；脂类代谢；蛋白质的分解代谢等内容。而将DNA复制、转录、翻译、突变、修复及原核生物和真核生物基因表达调控留在分子生物学讲授。

（2）细胞生物学的教学内容主要有：细胞的基本结构；细胞生物学研究方法；细胞膜的结构与功能及物质跨膜运输；细胞质基质与细胞内膜系统；细胞通讯与信号传递；线粒体和叶绿体；细胞核与染色体；细胞骨架；细胞增殖及其调控；细胞分化、衰老与凋亡。

（3）遗传学的教学内容主要有：遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律；基因互作及其与环境的关系；基因定位与连锁遗传图；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；染色体畸变；数量性状的特征及其多基因假说；近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传；遗传重组。

（4）分子生物学的教学内容主要有：DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。

（5）基因工程学的主要教学内容有：基因工程技术的原理和应用等。

以上各门课的教学内容相对前述和我国现行教材的教学内容作了较大调整，例如；核酸和蛋白质的组成及结构只在生物化学中讲授，细胞信号传递只在细胞生物学中讲授，基因工程原理只在基因工程学中讲授，避免了课程内容的重复。

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分子生物学概述范文第3篇

全书共5个部分，23章，第1部分 炎症相关癌症的一般概述，含第1-3章：1.感染、炎症和癌症的概述；2.干细胞理论和与炎症相关的癌症；3.上皮-间质转化：癌症和炎症之间的联系。第2部分 生物化学和与炎症相关的癌症，含第4-6章：4.硝化DNA损伤对与炎症相关的癌症的致癌作用；5.脂质过氧化衍生的DNA加合物及其在与炎症相关性的癌变中的作用；6.人体组织中与炎症相关DNA加合物的水平。第3部分 与炎症相关的癌症的分子生物学，含第7-11章：7.Toll样受体：在炎症和癌症中所起的作用；8.炎性体与炎症；9.活化诱导胞嘧啶核苷脱氨酶：与炎症相关的肿瘤的发生、发展的内在基因组调制器；10.MicroRNA和炎症相关的癌症；11.作为肿瘤处理定位基础的炎症。第4部分 诱发炎症相关性癌症的具体原因，含第12-19章：12.人瘤病毒与宫颈癌；13.肝炎病毒和肝癌；14.EB病毒与鼻咽癌；15.巴雷特食管和食道癌；16.石棉诱导的慢性炎症和癌症；17.纳米材料；18.因辐射引起的组织损伤炎症通路；19.光致癌和炎症。第5部分 预防炎症相关性癌变，含第20-23章：20.化学预防大肠癌；21.营养品和预防结肠癌；22.使用膳食植物化学物质通过COX2预防癌症；23.通过植物化学物质调控炎症相关肠道疾病。

作者Yusuke Hiraku是三重大学环保和分子医学专业的助理教授、研究员及博士生导师。2009年，他获得了日本社会卫生的青年研究者奖，以表彰他对与炎症相关的癌变做出的工作。

本书是癌症研究各个领域的最新信息汇编，从生物化学、分子生物学和流行病学的角度阐释了慢性炎症和癌症之间的联系。提供了炎症相关性肿瘤研究人员在该领域的最前沿视角。内容全面、深刻，适合相关领域的研究生、科研人员以及对此领域有兴趣的研究人员阅读参考。

分子生物学概述范文第4篇

关键词：药物基因组学；中药；基因组技术

中图分类号：[R932] 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0160-02

中药是中华民族的瑰宝，随着生物科技的发展，我们也越来越关注运用现代科学技术对中药进行全面研究。基因组学是20世纪末发展起来的一门科学，随着人类基因组计划的完成及后基因组时代的到来，药物基因组（Pharmacogenomics），即研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以提高药物的疗效和安全为目标，已成为新的研究重点。药物基因组学的发展为中药现代化提供了良好契机。

一、基因组学概述

1.基因组学定义。基因组学（Genomics）是研究基因组的科学，它以分子生物学、电子计算机和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因组背景下和整体水平上探索生命活动内在规律及内在环境对机体影响机制的科学。它从全基因组的整体水平，而不是单个水平，来研究生命这一具有自组织和自装配特性的复杂系统，认识生命活动的规律，从而将更加接近生命的本质和面貌。

2.基因组研究内容。基因组学作为一门新兴学科，根据其研究对象，研究的重点及研究的目的不同，又分成多分支学科。根据研究的重点不同，基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学，结构基因组学以全基因组测序为目标，而功能基因组学以基因功能鉴定为目标。根据研究的对象不同还可将基因组学分为疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学和环境基因组学等。基因组研究可以理解为：①基因表达概况研究，即比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病状态，以及体外培养的细胞中基因表达模式的差异，技术包括传统的RTPCR，RNase保护试验，RNA印迹杂交等。②基因产物-蛋白质功能研究，包括单个基因的蛋白质体外表达方法，以及蛋白质组研究。③蛋白质与蛋白质相互作用的研究，利用酵母双杂交系统，单杂交系统（one-hybrid system），三杂交系统（thrdee-hybrid system）以及反向杂交系统（reverse hybrid system）等。

二、中药研究中常用的基因组技术

1.基因芯片技术。基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）、DNA微阵列，是基于核酸、探针互补杂交技术原理，将大量的寡核酸片段按预先设定的排列顺序固化在载体表面如硅片或玻片上，并以此为探针，在一定的条件下与样品中的待测的靶基因片段或DNA序列杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶序列信息的快速检测和分析。目前已成为基因表达分析的最常用工具。基因芯片技术具有高通量、并行、高内涵的特点，这就为探索中药作用机理开辟了新领域。现代药理学分子水平研究表明药物作用都有其靶点，基因芯片可以确定靶组织的基因表达模式，从而将中药作用的靶基因全部显示出来。如陈明伟利用基因芯片技术检测中药单体人参皂苷20（R）Rg3对肿瘤血管生长调控因子（VEGF）蛋白表达的抑制作用。基因芯片技术还有助于确定中药有效部位，通过基因芯片技术迅速筛选起作用的中药有效成分。此外，基因芯片技术在中药材鉴定，道地药材筛选，中药新药研发等方面都有重要的应用。

2.DNA分子标记技术。①RAPD技术。RAPD即随机扩增多态性DNA，在1990年由Welsh与Williams等人发展起来，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。其以基因组DNA为模板，以单个人工合成的随机多态核苷酸序列（通常为10个碱基对）为引物，在热稳定的DNA聚合酶作用下，进行PCR扩增。RAPD技术能快捷地辨别出不同遗传物质之间最微小的DNA偏差，而且耗材较少，不必提前获知其基因碱基顺序，通过对遗传资源的分析，从遗传多样性中得到详尽的遗传信息。现在，RAPD技术已成功鉴定细辛、蒲公英、龙胆草、人参及西洋参等药材。②RELP技术。RELP技术即限制性长度多态性分析技术，就是将DN段用限制性内切酶消化后，进行限制性片段长度多态性分析。RELP技术可以确定基因种属的特异性和药材的鉴定。陈美兰采用PCR-RFLP方法从分子水平鉴定人参中有效成分人参皂苷的含量，克服了因人参分布易受生长环境、储存条件和加工等诸因素影响，采用传统的形态学和组织学方法难以鉴别的缺点。

3.PCR技术。PCR技术即聚合酶链式反应技术，是体外扩增DNA序列的技术，广泛应用于目的基因的制备等几乎所有的分子生物学领域。DNA的保存需要严格的条件，在正常的中药材加工和储存过程中是很难做到的。王严明等通过PCR技术从保存了9年的药材龟板中提取DNA，成功进行了DNA指纹鉴定。

4.DNA测序技术。DNA测序技术，即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。该技术包括单向测序（Single-Read Sequencing），双向测序（Paied-End Sequencing）混合样品测序（Indexed Sequencing）。DNA测序技术在中药品质研究中有重要的应用，刘玉萍等采用PCR直接测序技术测定半夏及其伪品的18SrRNA基因核苷酸序列并作序列变异和选择性内切酶谱（PCR-SR）分析，为半夏正品鉴别提供分子依据。此外，该技术还可以用于中药的品质鉴定，仇萍等通过DNA指纹图谱从分子水平对中药材种质进行准确分析，从而为鉴定药材的真伪优劣提供依据。

三、展望

基因组学研究已把揭示生命本质提高到了一个全新水平，同样它在中药各个领域的渗透也使中药发展有了更广阔的前景，将推动中药在种材培育、药材鉴定、机理阐述和新药研发的进步，促进中药走出中国，走向世界。

参考文献：

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分子生物学概述范文第5篇

【摘要】 在文献检索的基础上，对近10年来在中药作用机理中主要应用的分子生物学技术——核酸分子杂交技术、反转录-聚合酶链式反应技术、差异显示PCR技术和DNA阵列技术的基本原理、应用实例、优势与不足做了概述，并对未来的中药机理研究技术、方向和前景做了展望。

【关键词】 分子生物学技术；中药；作用机理

中药自古以来就是我国人民防治疾病的主要武器，对中华民族的生存与繁衍起着不可忽视的作用，长期的医疗实践累积了宝贵而丰富的经验，并与中医学共同形成了一套完整独特的理论体系。但如何用现代科学技术语言阐释其作用机理，提供科学依据，使其广为世界接受是一重大难题。近年来，分子生物学技术的发展，不仅根本性地改变了生命科学的研究方式，也为中药的作用机理研究提供了有力工具和良好的发展契机，使得中药基因转录水平的机理研究成为可能。笔者对近10年来有关分子生物学技术在中药基因转录水平作用机理研究中的应用综述如下。

1 核酸分子杂交技术

核酸分子杂交技术是分子生物学的基本技术之一，基本原理是具有一定同源性的2条核酸单链在一定的条件下按碱基互补原则退火形成双链。杂交的双方是待测核酸序列及探针。其中将核酸提取分离后在体外与探针杂交的是印迹杂交，直接在组织细胞内进行的是原位杂交。

中药作用机理研究中较早常用的有RNA印迹杂交(Northern blot)，点杂交（dot blot）和原位杂交。二仙汤是治疗妇女更年期综合征、抗衰老的名方，具温补肾阳、泻相火、调冲任功能。廖柏松等［1］采用Northern blot对18月龄雌性大鼠下丘脑内阿片肽的基因表达水平进行研究，结果表明，二仙汤组β内啡肽前体阿黑皮素原和脑啡肽原的mRNA水平明显升高，达到未衰老前水平。沈小珩等［2］则从衰老过程抗氧化酶活性降低，且酶活性降低与其蛋白质基因表达水平降低平行的现象出发，采用分子杂交等技术考察二仙汤及其拆方对超氧化物歧化酶、过氧化氢酶基因表达水平及其活性的影响。结果表明，抗氧化酶活性显著升高，且与其mRNA表达水平升高呈平行关系，提示二仙汤抗衰老是通过增强抗氧化酶基因表达水平而实现的。海风藤有祛风除湿、通经活络的功效。韩恩吉等［3］采用Northern blot观察它对人类神经母细胞瘤细胞系列淀粉样前体蛋白(βamyloid precursor protein ，βAPP) 基因表达的抑制作用。结果发现，海风藤选择性地抑制βAPP基因表达，为其防治阿尔茨海默病提供了一定依据。郑钦岳等［4］应用dot blot研究了补血和血方四物汤对白细胞介素6（interleukin6，IL6）mRNA表达的影响，实验表明，四物汤在0.01～1.00　ng/mL 浓度内可使IL6 mRNA的表达明显增加。保心丸具有降脂、降低血浆内皮素、抑制血小板聚集等作用。 为进一步阐明保心丸抗实验性动脉粥样硬化（artherosclerosis，AS）的机理， 樊永平等［5］用原位杂交技术研究内皮素（endothelin，ET）和一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase， NOS) 在AS家兔主动脉壁的基因表达。 结果证实，保心丸组ET1mRNA 的表达较模型组低， 而NOS mRNA 较模型组高， 提示保心丸调节血管内源性NO和ET之间的平衡可能是其抗实验性AS的机理之一。精制血府胶囊是血府逐瘀汤的化裁精简方，其抗心肌缺血疗效明显优于原方，为揭示其作用机制，证实其疗效，王伟等［6，7］分别采用Northern blot和原位杂交等技术，研究其对于心肌缺血密切相关基因表达的影响，前者结果表明精制血府胶囊显著提高缺血缺糖心肌细胞NOS mRNA表达水平，后者的精制血府胶囊组，ET1和内皮素转换酶（endothelinconverting enzyme，ECE）1的mRNA表达较其它组明显减少，且心肌细胞损伤也较其它组显著减轻。因而推测精制血府胶囊可能是通过提高NOS表达、促进NO生成及抑制ET1、ECE1的基因表达，减少ET1生成，减轻其对心肌细胞的直接损伤，发挥保护心肌细胞的作用。

Northern blot 是用来测量真核生物RNA的量和大小及估计其丰度的实验方法，并可从大量RNA样本中同时获得这些信息，但需要大量的材料，受RNA降解影响大，敏感性低。dot blot的不足之处在于点于同一张膜上同样的样品杂交信号有时不稳定，且一般要用纯化的RNA样品。原位杂交的优势在于可对组织细胞中的核酸进行精确定位。核酸分子杂交是分子生物学基本技术，随着反转录聚合酶链式反应（reverse transcription polymerase chain reaction，RTPCR）技术、差异显示PCR （differential displayPCR ，DDPCR）、DNA阵列等优势技术的出现、逐渐成熟而应用渐增，近5年应用基本的分子杂交技术研究中药作用机理的报道已少见。

2 RTPCR技术

PCR是美国科学家Mullis于1983年发明的一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法，RTPCR是从RNA扩增cDNA拷贝的方法，即先将RNA反转录成cDNA，再用PCR扩增，使其敏感性大大提高，解决了dot blot或Northern blot中目的mRNA含量太低的问题，是目前中药机理研究中最常用的分子生物学技术，从发表的文献数量可以反映出来。

这方面的研究报道包括有Gumiganghwaltang (GMGHT)抗炎机制的研究， KIM S J 等［8］研究其在小鼠腹膜巨噬细胞中的抗炎机制，结果显示，GMGHT以剂量依赖的方式降低了脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor alpha ，TNFα），IL6和环氧酶2 mRNA表达水平，推测这是GMGHT减少炎症的重要分子机制之一。为了阐释二仙汤治疗肾阳虚证的作用机理，郑小伟等［9］考察了二仙汤不同时间对肾阳虚大鼠垂体促肾上腺皮质激素(adrenocortico trophic hormone，ACTH) 基因表达的影响。结果是二仙汤可以上调垂体组织ACTH基因表达，且表达量随用药时间延长而增加，提示上调ACTH mRNA表达是二仙汤治疗肾阳虚证的作用机理之一。β地中海贫血是一种遗传性溶血性贫血病，补肾生血方具有补肾、益髓、生血作用，用于治疗杂合子患者疗效明显。为揭示其分子机理，吴志奎等［10］采用RTPCR等技术考察了用药者的α、β和γ珠蛋白mRNA转录水平。结果发现，补肾生血胶囊能明显提高β地中海贫血患者血红蛋白（hemoglobin，Hb）和抗碱血红蛋白（hemoglobin F），Hb珠蛋白链比增加，γ珠蛋白mRNA转录水平相应升高，说明补肾生血药具有促进γ珠蛋白转录和表达，诱导HbF合成作用，代偿了β珠蛋白基因的缺陷。益髓生血颗粒是补肾生血方的颗粒剂，易杰等［11］研究了其对β地中海贫血患者造血刺激因子干细胞因子（Stem cell factor，SCF）及人红细胞生成素受体（erythropoietin receptor，EPOR）mRNA表达的影响。结果显示，治疗后，外周血EPOR、SCFmRNA表达明显增强，因此推测益髓生血颗粒可能是通过影响SCF以及EPOR mBNA表达来促进骨髓造血，提高Hb、红细胞的水平，达到治疗β地中海贫血的目的。陈智松等［12-14］从此方的抗衰老及中医肾生髓理论的角度出发，分别研究其对骨髓有核细胞中诱导细胞凋亡、促使机体衰老的原癌基因cmyc、抑制细胞凋亡的原癌基因Bcl2和造血刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocytemacrophage colony stimutaing factor，GMCSF)基因表达的影响。结果表明，衰老时高表达的骨髓cmyc，明显降低的Bcl2 和GMCSF，用药后，前者表达水平明显下降甚至不表达，后两者表达明显提高。因此认为补肾生血方通过抑制cmyc的表达，促进Bcl2表达，从而抑制骨髓细胞凋亡，延长细胞寿命，延缓了衰老，并结合有关的医学成果，认为Bcl2 和GMCSF是肾生髓的本质相关基因。凌云彪等［15］研究清热活血补益方(肝纤方)对大鼠肝脏Ⅰ型前胶原mRNA 的表达和胶原酶活性的影响。结果表明，以清热活血补益方制备的含药血清抑制了Ⅰ型前胶原mRNA 的表达，胶原酶的活性增加。提示此方抑制Ⅰ型前胶原mRNA 的表达，减少胶原的合成，同时提高胶原酶的活性促进胶原的降解，可能是其抗肝纤维化的部分机制。此外，蔡晶等［16］通过检测雌激素受体(estrogen receptor，ER)α和βmRNA 表达量，考察了补肾阳中药羊藿和补肾阴中药女贞子对雄性大鼠杏仁核和皮质顶叶ER mRNA的调节表达差异，结果显示，两用药组大鼠杏仁核、皮质顶叶ERαmRNA表达量无明显变化， ERβmRNA 表达量都上调，且羊藿组高于女贞子组，说明补肾中药可能是通过对ERβ的调节来发挥作用。

转贴于

RTPCR的独特优势在于RNA纯度不必很高，仅少量RNA模板即能满足实验所需，尽管实践中RTPCR还远达不到理论上能检测到单一拷贝的RNA样品的敏感度，但远高于Northern blot。尤其适用于可获得的mRNA数量有限和目的基因表达水平很低时测定基因表达的强度。只是扩增步骤中样品间扩增效率的微小差异将极大地影响信号强度，使用内参照可以减少这一问题，但无法彻底排除［17］。总的来说，RTPCR是测量RNA样品中低丰度mRNA时的最佳方法。

3 DDPCR技术

1992年，梁鹏等建立了一种对不同来源的mRNA样品用PCR技术对其中许多的cDNA基因一起进行扩增和显示的实验方法，即DDPCR。该方法依赖2套不同类型的合成寡核苷酸引物：一套锚定反义引物与一套随机正义引物。最后通过比较不同来源的扩增cDNA产物的电泳带谱，能够发现差异表达的基因。

中药作用机理研究中应用DDPCR的报道有唐发清等［18］对有抗鼻咽癌作用的益气解毒片干预鼻咽癌细胞基因表达的研究，旨在从基因选择性表达水平探讨其抗鼻咽癌的机理。结果表明， 益气解毒片在体外能抑制鼻咽癌细胞基因的表达， 同时诱导一些特异基因的表达， 从而抑制鼻咽癌细胞的增殖。

相比以往的方法，DDPCR技术提供了几方面理论上的优势，如理论上能够灵敏地检测组织或细胞中表达量极低的mRNA样品的差异表达，能鉴别特定组织或细胞来源样品之间转录水平的mRNA定性和定量变化。这种优势同样可体现在中药机理研究中，可同时显示中药作用后对多种基因转录的不同影响，将有影响的靶基因条带回收，再扩增、克隆、测序，查询确定是什么基因，是已知或未知序列，这样就可以确定中药起效可能源于影响那些基因转录。但这些优势目前部分还停留在理论上，还有许多技术问题有待解决，如经DDPCR鉴定出来的超过半数的cDNA是假阳性条带，靶细胞的总mRNA中的一部分不能被高水平扩增、造成丢失等［17］。尽管目前DDPCR应用在中药基因转录水平的机理研究报道还很少，但毋庸置疑，其潜力巨大。

4 DNA阵列技术

DNA阵列技术是新发展起来的可同时分析数千个基因表达谱的技术。其原理同核酸分子杂交。在不同的文献中的称谓不尽相同，如基因芯片、DNA芯片、微阵列等，目前没有明确区分，通常混用。

目前有零散的采用商用或自制微阵列研究中药基因表达水平的报道。如周联等［19］采用含2 048个基因的小鼠基因表达谱芯片检测黄连解毒汤及其成分黄芩苷和盐酸小檗碱对LPS造型的小鼠脾细胞基因表达的影响，结果复方的作用明显优于有效成分的作用，但对具体基因表达影响的分析存在一定难度。王广良等［20］用自制的包含24个细胞周期相关基因的cDNA微阵列，对抑制肝癌细胞增殖的4种中药乌药、青蒿、紫草和黄芪的抗肿瘤分子机制研究表明，4种中药对细胞周期基因和损伤检测点基因均有不同程度改变，表现为部分上调，部分下调，通过分子生物学技术进一步验证了用其治疗癌症的合理性。

在中药作用机理研究中，DNA阵列技术可以同时对使用中药前后的数千个基因表达情况进行比较和差异分析；且具有所需样品的用量极少、自动化程度高、被测目标DNA密度高的优点。但目前微阵列技术也存在许多问题，如其小型化和高通量的特点使得对外界和内部的变动都很敏感，因此宜采用取平均值并标准化操作的办法，但目前尚无普遍认可的规则和标准来指导微阵列实验，数据采集和分析方法及操作系统也存在很大不同［17］。此外，基因表达与调控研究的滞后，使得中药机理研究中获得的很多信息难于解释；昂贵的制作费用也是一个限制因素。

5 展望

总体来讲，中药的作用机理研究应是多水平的，不仅包括基因转录水平，也包括转录后、蛋白质翻译及翻译后水平的调控上，对每个特定的中药/中药复方，可能不一定在各水平上都有影响，基因转录水平的机理研究主要就是考察对相关靶基因mRNA水平的改变，也是目前分子生物学技术在中药机理研究中的主要应用范畴。中药尤其是中药复方的多成分多功效决定了其很可能对基因转录水平有影响，已完成的研究结果已证明了这一点。

中药的机理研究通过应用分子生物学技术已深入到几乎是最根本的基因转录水平，并在该水平上对中药的疗效获得了一定解释，但整体上还处于探索阶段。已有的研究主要是应用如核酸分子杂交、RTPCR技术等考察“单基因”的技术，应用如DDPCR、DNA阵列等研究多基因的技术的报道较少。中药调节机体平衡的特点决定了对基因转录的影响很可能是对多基因的协同影响，如对补肾生血方的系列研究已表明此方的功效与影响EPOR、SCF、cmyc、Bcl2、GMCSF基因表达有关。因此，应用研究多基因表达的技术考察对多基因的协同影响将是未来中药基因转录水平作用机理研究的主要方向。相信随着现有技术的不断发展和完善、新技术的出现及多种技术相结合加上疾病细胞分子水平研究的深入，复杂的中药作用机理会逐步得到阐释，中药的疗效和可能发现的新功效将从机理上获得科学依据，为中药获得像西药一样的市场准入权提供有力的支撑。 参考文献

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