结构生物学时代已经到来<%=id%>

摘要:结构生物学是以生物大分子的特定空间结构、结构的特定运动与生物学功能的关系为基础，来阐明生命现象的。核酸和蛋白质是生命活动的重要物质基础，对它们的结构和功能的研究，是结构生物学的重要内容。核苷酸序列全自动分析仪的出现，使人类基因组DNA全序列测定得以提上日程。蛋白质的空间结构、肽链的折叠与其生物功能的关系，是结构生物学领域的核心和前沿问题之一。而对生物大分子结构的检测和分析是结构生物学的重要内容。目前二维核磁共振方法在对溶液相蛋白质的空间结构和运动状态研究方面，占有明显优势，有可能发展为测定三维空间结构和运动状态的最佳手段，从而带来生物大分子空间结构的又一次突破。当前，生物大分子的三维结构测定正高速发展。美国蛋白质数据库中蛋白质、核酸和糖类的三维结构数据已从1993年的1727套增至1999年的8698套。很多测定难度高、意义重大的分子结构研究，近几年不断取得突破性进展，如细菌光和作用反应中心、人类免疫缺乏性病毒蛋白酶等。我国近十年来在此领域取得一定进展，但从整体看，与国外先进水平还存在较大差距。很多科学家预言，结构生物学将有可能成为生物学这一带头学科的“带头学科”。因此，我国的科学家应在此领域迎头赶上。
    生物学研究已经从种群、个体、系统、器官、组织和细胞层次，逐步深入到分子层次，开辟了生物学研究的崭新领域--分子生物学，这既是生物学发展的必然趋势，也是其他学科（主要是数理科学）向生物学渗透的结果。
    近几年来，结构生物学作为分子生物学的重要组成部分，取得了飞速发展，在分子生物学研究中已经占据了主流地位，并且毫无疑问地成为生物学各前沿领域的基石，进而成为生命科学的前沿和带头学科。
    结构生物学是以生物大分子的特定空间结构、结构的特定运动与生物学功能的关系为基础，来阐明生命现象的。生物大分子发挥生物学功能（分子间的识别、结合、能量及信息传递等相互作用），必须具备具有稳定特征的三维结构，以及其三维结构在各个水平上的运动。5O年代DNA双螺旋结构的确定，以及其后血红蛋白三维结构的阐明，为分子生物学和结构生物学奠定了基础。当前分子生物学的每一个前沿领域，都与大分子三维结构研究的突破密切相关。从发展趋势分析，未来生物学的主要挑战之一，可能仍是解决结构和功能的问题，这正是结构生物学研究的核心。
    生物大分子结构与功能的关系研究：核酸和蛋白质是生命活动的重要物质基础，对它们的结构和功能的研究，是结构生物学的重要内容。
    核酸的结构与功能研究：要揭示生命过程的奥秘，就必须从研究核酸的物质结构和信息结构入手，进而探索其生物学功能。
    现已知道，遗传信息储存于核酸分子的一维核苷酸线性序列之中。DNA储存的生物遗传信息通过转录，拷贝到RNA的一维线性序列上。DNA以双股核苷酸链（双螺旋DNA）形式存在，称为二级结构。在双链之间存在严格的A-T、G-C配对关系。复制时双链解开，各以单链为模板按配对原则合成一条新的单链，进而复制出与原来完全相同的两股DNA分子。尽管存在着多种不同构象的双螺旋，而且还发现了与传统双螺旋截然不同的三链、四链DNA结构，但其基本结构形态仍然是双螺旋。这种结构是进化的结果，是一种理想的保存和向子代传递遗传特性的结构形态。绝大多数的生物体的遗传信息存在于DNA分子中，DNA的复制构成了遗传的分子基础。
    此外，RNA分子也可与DNA分子配对，只是以尿嘧啶代替胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。这样，以DNA为模板，即可复制出具有DNA遗传信息的信使RNA（mRMA），它是携带遗传信息的中间载体，并作为模板指导蛋白质的生物合成。1967年，mRMA分子上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体遗传密码被发现，从而建立了核酸的核苷酸序列与其编码蛋白质的氨基酸残基序列之间的线性传递关系。
    核酸分子的二级结构，对RNA而言，是指单链RNA分子通过自身碱基的配对，折叠而成的螺旋、突环相间排列的结构；而DNA的二级结构，则通常是双股核苷酸链通过碱基的配对作用形成的双螺旋结构。RNA级结构的结构单元间的碱基，在空间上还会发生长程相互作用，从而形成RNA的*结构。DNA在双螺旋结构基础上的多聚核苷酸链的卷曲，构成其*结构。
    笔者等对mRNA分子空间结构（包括二级和*结构）的研究发现，mRNA和由它编码的蛋白质，在空间结构上存在着一些令人惊奇的对应关系。这提示，在遗传信息从RNA到蛋白质的传递过程中，所传递的信息可能不仅有一维的，还可能有三维的结构信息。目前对于一维线性序列上的遗传信息流，已经有了较多的了解。相比之下，对三维遗传信息及其传递机制则了解得很少。然而，正是核酸的空间构象，赋予了它们作为遗传信息的携带者和传递者的生物活性。那么，是否存在从RNA到蛋白质的三维结构信息呢？笔者等的工作表明这是可能的。如果这一点能被更多的研究证实，人们对遗传信息及其传递和表达的机制，将会有更为深入的了解。
    快速而精确地测定和分析核酸的一级结构，是进一步研究核酸高

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