分子生物学（一）
分子生物学研究大分子和生物中发现的大分子机制，例如基因的分子性质及其基因复制，突变和表达机制。 鉴于许多生物学学科的机械和大分子模式的基本重要性，依赖于凝胶电泳，测序和PCR等分子技术的广泛依赖，以及分子生物学的累积在最近的技术突破，如Crispr，mRNA疫苗和视神经学，分子生物学的历史和概念构成了当代科学与生物学哲学的焦点。
1.分子生物学的历史
1.1起源
1.2古典时期
1.3分子分子
1.4进入基因组和后基因组
1.5最近的实验和概念发展
2.分子生物学的概念
2.1机制
2.2信息
2.3基因
3.科学的分子生物学和一般哲学
3.1减少
3.2解释
3.3推断
3.4实验
结论
参考书目
学术工具
其他互联网资源
相关条目
1.分子生物学的历史
尽管存在突出当代生命科学，但分子生物学是一个相对年轻的学科，源于20世纪30年代和20世纪40年代，并在20世纪50年代和20世纪60年代成为制度化的。 然后，它不应该令人惊讶的是，许多分子生物学的哲学问题与最近的历史密切相关。 本节涵盖了分子生物学的发展：其起源，其古典时期，其随后迁移到其他生物结构域，转向基因组学和基因组学，以及最近的一些发展。 分子生物学的丰富史学只能在这个缩短的历史中短暂地使用（参见，例如，Abir-Am 1985,1985,1985,1985，1987,1994,2006; Burian 1993a; Canguillhem 1989; De Chadarevian 2002，2003年; De Chadarevian和Gaudilliere 1996; De Chadarevian和Strasser 2002; Deichmann 2002; Fisher 2010; Hausmann 2002;福尔摩斯2001;犹太人1980,1996;凯1993; Marcum 2002年; Morange 1997A，2020; Olby 1979,1990,1990,1994,2003; Powell等，2007年; Rheinberger 1997; Sapp 1992; Sarkar 1996a; Sargenga 2011;夏天2023;范抱和Zlatanova 2018; Witkowski 2005; Zallen 1996.还有生物学家的自传账户，如Brenner 2001; Cohen 1984; Crick 1988; Echols 2001; Jacob 1988; Kornberg 1989; Luria 1984; Watson 1968,2002，2007; Wilkins 2003）。
1.1起源
分子生物学领域从遗传学家，物理学家和结构化学家在常见问题上产生的趋同：继承的性质。 在二十世纪初，虽然孟德尔的遗传学领域的遗传学领域是由孟德尔的隔离和独立分类的指导，但基因繁殖，突变和表达的实际机制仍然不为人知。 托马斯亨特摩根和他的同事利用了果蝇，作为模型生物，以研究遗传过程中基因与染色体之间的关系（摩根1926;在Darden 1991中讨论; Darden和Maull 1977; Kohler 1994; Roll-Hanson 1978; Wimsatt 1992）。 摩根的前学生，赫尔曼J. Muller，将“基因作为生命的基础”认识起来，并提出了调查其结构（Muller 1926）。 Muller发现了X射线对果蝇的诱变作用，并利用这种现象作为探索基因大小和性质的工具（Carlson 1966,1971,1981,2011，2011,211,1191,191,191,1992; Muller 1927）。 但是，尽管诱变的力量，但穆勒认识到，作为一种遗传学家，他的有限在于他可以突出基因的更基本的性质及其行为。 他总结了1936年文章：
遗传学家自己是无助的，以进一步分析这些性质。 这里的物理学家以及化学家必须介入。谁会志愿者这样做？ （Muller 1936：214）
穆勒的要求没有透露。 未来十年看到了几个着名的物理学家对继承的本质（Keller 1990; Kendrew 1967）的关注。 在什么是生命中，物理学家Erwin Schroedinger（1944）所提出的方式，其中量子物理学的原则可能会占该基因的稳定性，但可变性的原则（参见生命的入场;另见Elitzur 1995;摩尔1989年; Olby 1994; Sarkar 1991;用于重新解释见Kay 2000）。 Max Delbrueck在听到他的教师的讲座后，Qualtum物理学尼尔斯Bohr（1933）的讲座后也对遗传的身体基础感兴趣，这阐述了物理与生物学之间的互补原则（McKaughan 2005; Roll-Hansen 2000）。 与斯克罗德格格德格林格相比，BOHR（随后的Delbrueck）没有寻求将生物学减少到物理学; 相反，目标是了解每个学科如何补充另一个（Delbrueck 1949; Sloan和Fogel 2011）。 探讨生命的自生殖特性，Delbrueck使用噬菌体，感染细菌的病毒，然后迅速繁衍。 在Delbrueck和另一家物理学家转向生物学家萨尔瓦多萨尔瓦多的“噬菌体集团”的建立标志着分子生物学崛起的临界点（Brock 1990; Cairns等人1966; Fischer和Lipson 1988;弗莱明1968; Lewontin 1968; Luria 1984; Morange 2020：Ch。4;支架1968）。 Delbrueck在Cal Tech，Linus Pauling的同事利用他对结构化学的了解来研究大分子结构。 鲍林促进了使用X射线晶体学的化学键和实验工作的理论上的理论上，以发现大分子化合物的物理结构（Pauling 1939,1970; Olby 1979; Hager 1995; Cric 1996; Sarkar 1998）。
如上面的简要历史中所提出的，在分子生物学的兴起中突出的实验（参见生物学实验的进入）。 X射线晶体学允许分子生物学家研究大分子的结构。 Alfred Hershey和Martha Chase（1952）使用噬菌体病毒确认从代代发电传播的遗传物质是DNA，而不是蛋白质（参见其他互联网资源的Hershey-Chase实验）。 Muller（1927）使用X射线进行干预并改变基因函数，从而揭示将方法从物理学应用到生物结构域（参见Elof Carlson对Muller在其他因特网资源中的研究中）。
认识到这一新物理和结构化学方法对生物学的重要性，沃伦·韦弗，然后是洛克菲勒基金会的自然科学部门主任，在1938年向基金会报告中介绍了“分子生物学”一词。 韦弗写道，
逐渐进入是科学分子生物学的新分支 - 这开始揭示有关生活细胞的最终单位的许多秘密......在哪种微妙的现代技术正在用于调查某些生命过程的更多细节（在1994年在Olby中引用：442）。
但也许更符合这个词来源的陈述来自弗朗西斯克里克，他说他开始称自己为分子生物学家，因为：
当询问Clergymen问我所做的事情时，我厌倦了解释我是晶体，生物物理学家，生物化学派和遗传学家的混合物，这是一个在任何情况下都难以掌握的情况。 （在1969年的支架中引用：36）
这种简要概括分子生物学起源反映了哲学家所解决的主题，例如减少（见第3.1节），基因的概念（参见第2.3节）和实验（参见第3.4节）。 对于施罗格汀，生物学将被降低到物理学的更基本原则，而Delbrueck则抵制了这种减少，并寻求制作生物学的原则。 Muller从孟德尔遗传学转向基因结构的研究提出了在这些单独的遗传学领域中发现的基因概念之间的关系问题。 并且从物理学到生物学的实验方法的进口提出了这些学科关系的问题。
1.2古典时期
分子生物学的古典时期始于1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯克里克发现了DNA的双螺旋结构（Watson和Crick 1953a，b）。 沃森和克里克的科学关系统一上面讨论的各种学科方法：枸杞和噬菌体组的学生沃森认识到需要使用晶体学阐明DNA的结构; 克里克，一个由Schroedinger诱惑的物理学家是什么生命？ 要转向生物学，训练有素，并有助于X射线晶体学的理论。 在剑桥大学，沃森和克里克发现他们对基因和DNA的结构分享了兴趣。
沃森和克里克合作建立了DNA双螺旋结构的模型，其两种螺旋束通过氢键底碱对（Olby 1994）一起保持在一起。 他们在伦敦国王学院莫里斯威尔金斯和罗莎琳兰富兰克林的X射线晶体学作品中的数据广泛地利用了DNA的DNA，没有富兰克林的许可甚至知识（Maddox 2002），Crict关于晶体学的理论工作（克里克1988年），鲍鱼开创的模型建筑技术（De Chadarevian 2002; Judson 1996; Olby 1970,1994,2009）。
随着DNA的结构，分子生物学将其重点转移到双螺旋结构如何辅助遗传复制和功能的机制，了解理解基因在遗传中的作用（参见复制和繁殖和遗产的条目系统）。 这种随后的研究是由基因是信息分子的观念指导。 根据百合凯，
直到1950年大约在1950年的分子生物学家......描述了遗传机制而没有使用该术语信息。 （凯2000：328）
“信息”取代了先前的生物“特异性”的谈判。 1953年的沃森和克里克的第二篇论文，讨论了他们最近发现（Watson和Crick 1953A）DNA双螺旋结构的遗传影响，使用了“代码”和“信息”：
...因此似乎可能是基础的精确序列是携带遗传信息的代码...... （沃森和克里克1953B：244，重点补充）
1958年，弗朗西斯克里克在说明分子生物学的“中央教条”中的语境中使用并表现了信息的概念。 克里克特征如下：
这一指出，一旦“信息”已经进入蛋白质，它不能再次出来。 更详细地，可能是可以从核酸转移到核酸的信息，或者来自核酸对蛋白质，但是从蛋白质转移到蛋白质，或者是不可能的蛋白质到核酸。 这里的信息是指序列的精确测定，核酸中的碱或蛋白质中的氨基酸残基。 （克里克1958：152-153，强调原来）
重要的是不要混淆遗传密码和遗传信息。 遗传密码是指DNA的三个碱基，称为“密码子”和一个氨基酸之间的关系。 分子生物学教科书中提供的表（例如，Watson等，1988：正面）显示64个密码子和20个氨基酸之间的关系。 例如，组氨酸的CAC代码。 在一些异常情况下，只发现了这些编码关系的几例例外情况（请参阅Alberts等人的小桌子中的列表。2002：814）。 相反，遗传信息是指沿DNA的密码子的线性序列，其（在最简单的情况下）转录到信使RNA，它们被翻译成线性地达到蛋白质中的氨基酸。
通过遗传密码阐明和基因之间的关系及其分子产品追踪，它似乎在20世纪60年代后期，基因的概念在基因结构和基因功能之间的关系中是安全的。 蛋白质合成的机械在核酸碱的线性阶数翻译成蛋白质中氨基酸的线性阶数。 然而，这种“Colinear”的简单性并不持续存在。 在20世纪70年代后期，分子生物学家的一系列发现会使单一，连续DNA序列及其蛋白质产品之间的直接关系复杂化。 发现重叠基因（Barrell等，1976）; 这种基因被认为是“重叠”，因为通过从DNA序列上的不同点开始，可以从相同的核酸中读取两种不同的氨基酸链。 发现和分裂基因（Berget等人1977; Chow等人1977）。 与氨基酸序列产生的连续核酸序列产生氨基酸链相比，显而易见的是，在编码区（外显子）和非编码区（内含子）之间通常分裂DNA。 此外，外显子可能被这种非编码的大部分分离，据说是“垃圾DNA”。 当次年发现替代剪接时，外显子和内含子之间的区别变得更加复杂（Berk和Sharp 1978）。 一系列外显子可以以各种方式拼接在一起，从而产生各种分子产物。 诸如重叠基因，分裂基因和替代剪接强制分子生物学家的发现，以重新思考他们对实际制定的基因的理解......基因（Portin 1993;对于这种并发症的调查，参见Gerstein等，2007年：表1）。
与阐明复制，转录和翻译机制的阐明，开发了允许研究人员从细胞基因组的其余基因组中分离和扩增特异性基因的DNA克隆技术。 在20世纪60年代，细菌受到限制噬菌体生长的研究导致了受到Werner Arber，Daniel的限制性内切核酸酶（在特定序列中切割DNA的酶）的发现Nathans和Hamilton O. Smith。 随后发现DNA连接酶使得可以将由限制酶产生的片段插入诸如噬菌体或质粒的载体中，并在细菌培养物中产生大量的重组DNA分子。 反过来，重组DNA的测序提供了关于可能的蛋白质产品及其生物学功能的第一个线索。
随着20世纪70年代和80年代的基因工程技术的出现，它进一步成为可以直接测试关于基因和其产品的生物学功能的假设。 当引入细胞和多细胞生物的突变版本的基因版本时，经常观察到特定生物活性的变化（蔓越和Darden 2013）。 功能丧失（敲除）突变表明DNA序列和与该序列相关的蛋白质或RNA产物是生物活性所必需的。 功能性（过表达）突变进一步证明了基因组序列及其产品不仅有助于生物活性，而且还有助于速率限制。 来自基因工程实验的生物学相关性的证据在建立不同遗传学和生物化学的细胞的分子生物学方面发挥了重要作用。 古典遗传学只能表明特定的遗传基因座与特定表型相关，而分子遗传学进一步阐明了基因的分子基础和遗传物质表达为生物化学活性产物的一般机制。 基因和基因产物的生化分析显示，DNA，RNA和蛋白质显示出特定的化学活性模式，例如对其他分子的亲和力，而不必表明在试管中所示的化学活性具有生物学功能。 细胞组合遗传学和生物化学的分子生物学，提供了DNA序列和分子相互作用的证据对生物体（Bechtel 2006; Matlin 2022）的背景下的生物活性产生差异。
这些分子生物学的发展已经受到哲学审查。 分子生物学家寻求发现机制（参见第2.1节），引起哲学家的注意力。 此外，将DNA概念化为信息分子（参见第2.2节）是哲学家受到批判性审查的举措。 最后，基因的概念（参见第2.3节）本身具有密集的哲学家。 复杂的分子机制，例如替代剪接，有义务哲学家考虑术语“基因”实际上是指的。 实验还在古典时期中占据突出（见第3.4节）; Matthew Meselson和Frank Stahl利用不同重量种植的细菌结合了离心，以确定DNA如何被沃特森和克里克（Meselson和Stahl 1958）复制（Meselson和Stahl 1958;另见半保守派在其他互联网资源中的DNA复制）。
1.3分子分子
在1963年的Max Perutz的信中，分子生物学家悉尼Brenner预示着分子生物学的下一个智力迁移：
现在广泛意识到，几乎所有的“古典”的分子生物学问题已经解决或将在未来十年中解决...... 因此，我长期以来，我已经觉得分子生物学的未来在于将研究延长到其他生物学领域，特别是发展和神经系统。 （Brenner，佩鲁茨的信，1963年）
除了布伦纳，在20世纪60年代后期和20世纪70年代初，许多来自古典时期的主要分子生物学家从古典时期重定向了他们的研究议程，利用新开发的分子技术来调查其他领域的未解决问题。 弗朗索斯·雅各，Jacques Monod及其同事使用细菌大肠杆菌来研究环境条件如何影响基因表达和调节（Jacob和Monod 1961;在Craver和Darden 2013中讨论; Morange 1998年：CH。14; Schaffner 1974a; Weber 2005;另见发展生物学和生物发展理论的条目[联系在这里参赛“发展生物学”和“生物发展理论”）。 对行为和神经系统的研究也诱导了一些分子生物学家。 寻找可以进行分子遗传分析的适当模型生物证明了具有挑战性。 返回孟德尔遗传学中使用的果蝇，Seymour Benzer诱导果蝇的行为突变为“基因手术刀”，以研究来自基因的途径到行为（Benzer 1968; Weiner 1999）。 在剑桥，悉尼Brenner开发了线虫虫草，秀丽隐虫，研究神经系统，以及行为的遗传（Brenner 1973,2001; Ankeny 2000; Brown 2003）。 在随后的数十年中，将细胞的研究从描述性细胞学转化为分子细胞生物学（Alberts等人1983; Alberts等人2002; Alberts等人; 2022; Bechtel 2006; Matlin 2022;另见细胞生物学哲学的进入[联系在这里进入“细胞生物学的哲学”）。 抗体和抗原之间的免疫关系在分子水平（Podolsky和Tauber 1997; Schaffner 1993;参见免疫学哲学）。 并且癌症研究中的癌素和精神疾病的分子基础的研究是分子医学进展的例子（Morange 1997B;也参见精神病学哲学的进入）。
虽然一些作者在20世纪20世纪（Mayr 1985）的近似地区（Mayr 1985）的分子和进化生物学之间的脱离了脱离，但过去三十年来表示越来越大的跨学科合作，这证明对生物学的两个分支机构有益。 分子基因组学提供了新的系统发育方法，用于比较DNA序列和全基因组，而分子系统试图通过比较分子之间的相似性和差异来研究遗传密码的演变以及该进化过程的率（1998年迪特里希;也可以参见.evolution，Evolution and Development的条目[在这里链接到进入“进化和开发”，遗传和适应主义）。 反过来，比较系统发育研究证实了分子生物学的关键假设引导研究，即尽管表型多样性令人惊讶的表型多样性，但是通过研究少数模型生物，生物相似。抽样进化'生命之树'的主要分支可以获得一般适用的知识。 有利于生命的分子统一的进化证据已经解决了基于许多物种从根本上类似的相似性（Logan 2002;Würbel2002）的临早批评了一些早期的批评。 进化生物学也对癌症研究产生了重要影响，促进从“癌症作为遗传疾病”的范例转变，这主要是通过发现癌肠和肿瘤抑制基因，更广泛的“癌症作为一个微型过程”概念框架（Okasha 2021; Plutynski 2018; Pradeu等，2023;另见参见癌症[链接到进入“癌症”。
