核酸的化學本質匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇核酸的化學本質范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1 基因概念的提出

1866年，孟德爾發表了關于豌豆雜交實驗的論文，將控制生物性狀的物質賦予了一個新的名字，即“遺傳因子”。孟德爾認為一個遺傳因子決定著一種性狀；“使兩個植株能相互區別的性狀，歸根到底決定于因子的不同組成和不同的組合；這些因子以動態的相互作用方式存在于它們的起源細胞中”；生物的性狀通過遺傳因子從親代傳遞給子代。遺傳因子概念是孟德爾在進行大量實驗的基礎上，對實驗材料進行統計分析，采取假說―演繹法提出的。遺傳因子使孟德爾發現了遺傳的兩大定律，為遺傳學的建立奠定了理論基礎。

1865年，孟德爾以《植物雜交實驗》為題，在布隆自然科學學會上介紹了實驗過程和結果，但其研究成果被完全忽視了。載有孟德爾新發現的布隆學會會刊被寄往115個圖書館。孟德爾得到這篇文章的復印件后，寄了一份給達爾文。可惜的是達爾文連看也沒有看一眼。孟德爾又將文章寄給知名的植物學家克爾納和內格里，也沒有引起克爾納的關注。內格里與孟德爾保持了一段時間的通信，孟德爾在給內格里的第二封信中，建議內格里重復一下自己的實驗，并將豌豆種子寄過去，但內格里沒有做這個實驗。內格爾在1884年出版的關于進化與遺傳的著作中，沒有提到孟德爾，這是因為他主張和支持融合遺傳的理論。

直至1900年，3位植物學家德弗里斯、柯倫斯和切爾馬克在幾個月內，先后發表文章稱，他們發現了重要的遺傳規律，但在查閱文獻時發現，19世紀60年代孟德爾已經發表了該定律。

孟德爾的理論為什么會被埋沒了35年呢？主要原因在于，一些科學家認為孟德爾的理論過于抽象，與實際脫節，沒有物質基礎。美國遺傳學家摩爾根最初也是反對孟德爾學說的，他認為孟德爾學說缺乏實驗證據，甚至懷疑等位基因分離理論，因為沒有什么機制可以解釋相對性狀的分離。

1909年，丹麥遺傳學家約翰遜提出了用“基因”取代孟德爾的“遺傳因子”。約翰遜認為，遺傳因子或因子不屬于科學術語，不夠準確。“基因”便于與其他的詞結合起來，表達近代孟德爾法則由研究者們所涉及的配子中的“單位因子”“要素”或“alleles”。不僅如此，為了把遺傳的原因與效應分開，1911年，約翰遜又提出了基因型和表現型的概念。約翰遜用“基因型”一詞，用來描述受精卵中全套基因及其表達生物性狀的全部能力；用“表現型”一詞來描述基因外在作用的結果，這兩個術語很快就被科學界普遍采用。基因型是自然選擇的基礎，基因型中的變化是永久性的，它們能夠遺傳下去。表現型的變化反映了環境因素的作用，并非是永久性的。基因型與表現型的區別，有助于研究者弄清哪些變異是可遺傳的，哪些變異是不能遺傳的。約翰遜雖然提出了基因的概念，但他認為，基因只是一個說明問題的符號、計算單位、統計單位。約翰遜說：“不再考慮基因是一種器官樣的、有獨立生活和類似性質的小體的概念，會導致這一概念的假設必須完全忘掉”。1917年，美國遺傳學家戈式米特批評了遺傳學家對基因過分謹慎的態度，戈式米特說：“我們認為對待問題的這種心智態度，是約翰遜對基因的本質采取了不可知論的結果，這樣就使我們產生了某種神秘的崇敬心情，對基因的世俗屬性的觀點表示深惡痛絕。”約翰遜雖提出了基因的概念，但并不承認基因的物質性，使人們對基因的認識帶上了神秘的色彩，甚至使自己也滑向了唯心主義，這是可悲的。孟德爾和約翰遜的共同點是都提出了一個概念、一個符號，將基因的形式和內容分離開來。他們的不同在于，孟德爾并未否定基因的物質性，而約翰遜認為基因是不可知的，屬于一種非物質的東西。

2 對遺傳物質的探索

什么是遺傳物質？這個問題困擾了科學家很長時間。1883年，德國遺傳學家魏斯曼預言：“遺傳物質是具有特定分子結構的化合物”。在證實脫氧核糖核酸是遺傳物質之前，遺傳學家已經認識到，作為遺傳物質至少應當具備三個特點：① 攜帶遺傳信息；② 能夠自我復制，使子代和親代保持相對的穩定性和連續性；③ 能夠產生可遺傳的變異，使生物與環境相適應。要想知道基因是什么，就必須研究染色體，分析染色體上什么物質攜帶遺傳信息。這項工作難度很大，因為細胞核本身很小，很難將染色體分離出來。盡管如此，科學家仍然成功地將染色體上的物質分離出來，得出其基本成分是核酸和蛋白質，并且證實這兩種物質都是高分子有機化合物。1900年前后，遺傳學家認為：核酸不是遺傳物質，因為核酸較蛋白質的結構簡單，不可能在遺傳以及受精卵的發育過程中發揮作用。再者，細胞有絲分裂過程中，只有染色質濃縮時才能著色。1909年，植物細胞學家特拉斯布格說：染色體本身不可能是遺傳物質，因為它隨后就脫離了染色體形態，而且在細胞核中，其含量也因發育階段不同而變化。1920年，美國遺傳學家戈爾什米特指出：“如果按照習慣認為染色體中的核素是遺傳物質，那么就決不可能有某種化學概念能夠解釋它的多種多樣效應”。染色體的主要成分是蛋白質和核酸，那么兩者誰才是遺傳物質呢？1868年，瑞士化學家米歇爾從傷員繃帶上的化膿細胞中，分離出一種酸性物質，這種酸含有大量的氮和磷。后來，米歇爾又從鮭魚的頭部，分離出含有酸性的化合物，并取名為“核素”，后來改稱“核酸”。1879年，德國生物學家柯塞爾發現，核素是蛋白質和核酸的復合物。他經過十多年的研究，搞清了核酸的基本成分，但在當時并沒有被人們普遍接受。1909年，美籍俄國生物化學家萊文發現，酵母中的核酸含有核糖。1929年，萊文發現動物胸腺嘧啶細胞中的核酸含有脫氧核糖，并把以前發現的核糖稱作核糖核酸，把后來發現的核酸稱作脫氧核糖核酸。1923年，細胞化學家福爾根證明，DNA是染色體的主要成分之一。一些間接證據表明，DNA儲藏著遺傳信息。比如，細胞內絕大多數的DNA位于染色體上，每一個細胞DNA的含量與染色體的倍數有著精確的對應關系，二倍體生物的體細胞中，DNA含量總是同種生物單倍體的兩倍。另外，DNA比蛋白質和RNA更加穩定。這些都暗示著DNA是遺傳物質，但還不能被證明。

1928年，英國醫生格里菲斯用肺炎雙球菌感染小鼠時發現，肺炎雙球菌有兩種類型：光滑型和粗糙型。粗糙型的菌體無莢膜、無毒性，一般不會使小鼠致病；光滑型有莢膜、有毒性、致病性強。莢膜的化學成分是葡萄糖和葡萄糖醛酸的復合物，能夠抵抗某些生物體的吞噬，使細菌在宿主體內大量繁殖而致機體生病。肺炎雙球菌又分為RⅠ、RⅡ、RⅢ和SⅠ、SⅡ、SⅢ等不同的菌體。格里菲斯用RⅡ和SⅢ作為實驗材料，把SⅢ型注入小鼠體內，結果使小鼠患肺炎而死亡；將RⅡ注入小鼠體內，小鼠不患病。經過加熱處理的SⅢ型肺炎雙球菌，注入小鼠體內后也不致病。但將經過加熱處理的SⅢ型肺炎雙球菌與RⅡ型肺炎雙球菌混合注入小鼠體內，卻使小鼠患病死亡。從死亡小鼠的血液中可以分離出大量有活性的SⅢ型的肺炎雙球菌，小鼠體內的這種SⅢ型肺炎雙球菌含有SⅢ型的多糖莢膜，證明無莢膜的R型肺炎雙球菌突變成為了有莢膜的S型。格里菲斯對此現象的解釋是：經過熱處理、已經被殺死的S型細菌，可以使那些活著的R型細菌發生轉化，使它們恢復野生型所具有的合成莢膜的能力。格里菲斯發現了肺炎雙球菌的轉化現象，但不能解釋轉化的原因。

1944年，美國生物學家艾弗里及其同事通過體外轉化實驗，弄清了轉化的本質。艾弗里重復了格里菲斯的實驗，并用生物化學的方法證明轉化的因子是DNA，而不是蛋白質、RNA和多糖。他分別做四個正實驗和四個負實驗：將SⅢ型的細菌殺死，然后分離出DNA、RNA、蛋白質和多糖莢膜，把這四種物質分別加進RⅡ型菌株，經培養后，只有加進SⅢ型菌DNA的RⅡ型菌株發生轉化，產生RⅡ型和SⅢ型的細菌；與此同時，還用不同的酶，處理提取物以觀察實驗的影響。這樣，艾弗里第一次證明了DNA是轉化因子，即DNA是遺傳物質。盡管艾弗里的實驗很嚴謹，但其他科學家認為這一結論有以下疑點。

① 認為生物的遺傳與染色體上的蛋白質有關。蛋白質與核酸相比，蛋白質作為遺傳物質的可能性更大。這是因為，組成蛋白質的氨基酸有20種，這20種氨基酸的不同排列組合，是一個巨大的天文數字，可儲存更多的遺傳信息。DNA分子量小，只有4種堿基，不同的DNA之間的差異很小；

② 在轉化過程中，DNA提取的不夠純，可能帶入蛋白質分子，其他科學家認為是蛋白質完成了轉化的功能；

③ DNA雖然是轉化因子，但可能DNA只對莢膜的形成有作用，而不是遺傳信息的載體。1952年，美國生物學家赫爾希和蔡斯分別用同位素35S和32P來標記T2噬菌體的蛋白質外殼和核心DNA。當T2噬菌體被35S標記后，將其與大腸桿菌混合幾分鐘，用攪拌器攪拌被感染了噬菌體的細菌，使吸附在細胞表面的噬菌體脫落后。這時，蛋白質外殼脫落下來，沒有進入細胞中。子代噬菌體不含放射性。當噬菌體T2用32P標記后，所有放射性只在感染了噬菌體的大腸桿菌內部，表明病毒DNA進入了宿主細胞，而蛋白質外殼留在外面。合成子代T2噬菌體的DNA的遺傳信息，只存在于父代DNA中。這個實驗的結果表明，DNA才是遺傳物質，這個實驗結論很快被科學家承認。赫爾希和蔡斯的實驗證明DNA是遺傳物質，揭示了遺傳物質的化學本質，大大推動了對核酸的研究。但DNA的結構是怎樣的？在遺傳上如何發揮作用，這些還不得而知。

3 基因本質的揭開

1911年，萊文發現了兩種核酸：脫氧核糖核酸和核糖核酸。脫氧核糖核酸的堿基有腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。核糖核酸的堿基中沒有胸腺嘧啶，而存在尿嘧啶。萊文發現了核酸的化學組成，但沒有確定四種核苷酸以什么結構形成核酸分子。1940年，英國物理學家阿斯特伯里拍攝了一些DNA的X射線衍射照片，這些照片雖然質量不高，但仍然能夠證實DNA是由一疊扁平核苷酸構成的。20世紀50年代初，由專門從事晶體結構分析的科學家組成的三個個研究小組繼承了阿斯特伯里的工作。在這三個研究小組中，第一小組沒有取得什么實質性的結果。第二小組英國科學家威爾金斯領導，制成了高度定向的DNA纖維，因此拍攝的X射線衍射照片非常清晰，進一步證實了阿斯特伯里的推斷，測出兩個相鄰核苷酸的距離是3.4埃。第三小組中有美國生物學家沃森和英國物理學家克里克。沃森在芝加哥大學動物系畢業后，從事X射線對噬菌體影響的研究工作，由于他是“信息學派”的成員，加之年輕有為，被派到英國劍橋大學卡爾迪許實驗室深造。在這里沃森與克里克密切合作。這種合作不僅是兩個人之間的合作，也是物理學與生物學之間的合作。1953年2月，第三小組在看到威爾金斯小組的照片后，立即進行了研究，幾個星期內，就從照片中發現了DNA分子的雙螺旋結構。他們的主要結論是：DNA分子結構是一個正常的螺旋。這個螺旋的直徑是20埃，沿著螺旋長度，每34埃完成一個螺距，由于兩個核苷酸的間距是3.4埃，所以，每一個螺距是由十個核苷酸組成。根據DNA分子的密度推論，這個螺旋由兩條核苷酸鏈構成，是一個雙螺旋。四種核苷酸在雙螺旋中遵循堿基互補配對原則，即胞嘧啶總是與鳥嘌呤配對，胸腺嘧啶總是與腺嘌呤配對。沃森、克里克把研究成果和威爾金斯小組提供的X射線衍射照片一起發表在1953年4月的英國《自然》雜志上。

DNA雙螺旋結構的確定，在生物學中具有劃時代的意義：① 解釋了雙螺旋所有的X射線衍數據。② 從生物學和遺傳學角度看，這個模型解釋了自催化原理。其提出了DNA分子儲存遺傳信息的機制，解釋了DNA的自我復制和轉錄。③ 根據模型可以說明，DNA分子既穩定又能突變；新模型還使人們設想DNA如何指導蛋白質分子的合成。DNA雙螺旋結構模型為進一步研究遺傳信息傳遞的規律鋪平了道路，為基因的復制、轉錄、表達和調控等方面的研究奠定了堅實的基礎，開創了分子遺傳學的新紀元。

從基因概念的提出到基因本質的揭開，經歷了八十多年的時間。從最初的一個基因符號到基因內容的一一發現，這是科學概念的形式在先，內容在后的一種科學發展模式。通過這個事實筆者得到以下啟示：① 形式先于內容，是自然科學發展中的一種常態。不僅生物學可以這樣發展，其他學科的發展也有類似情況。比如：數學中的負數和化學中的原子問題。② 形式先于內容，具有激發科學家探究精神的功能。當一個科學概念拋出后，除了一個符號外什么都沒有，這激發了人們探索其內容的求知欲，因為形式與內容密不可分。基因提出后，人們就想知道基因的本質是什么？基因是物質的還是精神的？基因在什么地方？基因的功能是什么？結構如何？它的結構和功能之間有什么關系……

參考文獻：

[1] （美）邁爾，涂成晟等譯.生物學思想發展的歷史[M].成都：四川教育出版社，1990：818，843，931.

[2] 李振剛.分子遺傳學[M].北京：科學出版社.2008.18.

篇（2）

核（苷）酸、蛋白質是生命現象的物質基礎，與生物的腫瘤發生、遺傳變異、病毒感染等密切相關。深入研究生物分子間相互作用機理，建立對生物分子快速、簡便分析，對分子水平上研究生命具有重要意義。

一、KI對桑素-核酸體系熒光增強效應的研究

重原子效應一般使熒光碎滅，磷光壽命縮短、重原子效應通常指在磷光測定體系中，當體系中有原子序數較大的原子存在時，因重原子的高核電荷引起或增強了溶質分子自旋軌道作用，增大了其吸收躍遷頻次，使磷光的產生和量子產率得到極大增大。熒光分析過程中，由于KI具有獨特的重原子效應，因此科研人員常將其作為熒光碎滅劑來研究分子間的作用機理。桑色素是一種相當有效的中藥藥劑成分，存在于多種食物和中草藥中，具有抗菌消毒、抗氧、抗腫瘤等作用，在食品與醫學應用重要的作用。在分析化學研究中，由于桑色素能提供配位原子，因此用于金屬離子和非金屬離子的靈敏測定中常將桑色素作為熒光試劑。近年，桑色素以及相應的配合物逐漸作為抗癌藥物進行研究，對研究桑色素的藥理作用，疾病的診斷治療，藥物的合成與設計均有重要的研究價值。

核酸和桑色素采用KI研究其相互作用時發現，只要KI在相關濃度范圍內，不僅沒對morin-fsDNA體系表現出重原子效應，且增強了morin-fsDNA體系的熒光。Ki-morin體系能選擇性識別雙螺旋核酸中的鮮魚脫氧核糖核酸和蛙魚脫氧核糖核酸，且核酸使Ki-morin體系的熒光顯著地增強，增強的程度與核酸的濃度在一定的范圍內呈良好的線性關系，并建立了靈敏選擇性測定核酸的新方法。

二、鳥嘌呤體系中熒光增強效應及其分析應用

脫氧核糖核酸的基本堿基分為胞啼睫、胸腺啼陡、腺嚓吟、鳥膘吟，堿基嚴格按照配對記錄了生命的遺傳信息。鳥嘌呤是組成部分的氧化性損傷發生在鳥嘌呤堿基，其中鳥嘌呤因具有最低氧化電位最易被氧化。檢測體液中鳥嘌呤及核昔的升高水平可預測損傷程度，預示某些疾病的發生，大量的鳥嘌呤類化合物已開發為有效的化學治療藥物。因此，鳥嘌呤及其核昔的檢測在生物分析意義重大。應用于檢測或定量測定核酸中嗓吟的含量的方法很多，如液相色譜法、化學發光法、毛細管電泳法、電化學法。熒光技術在核昔酸的研究應用廣泛，但用熒光分光光度法測定鳥嘌呤的研究尚少，特別是對鳥嘌呤的選擇性測定大多是通過與熒光試劑的衍生化反應來實現。桑色素具有生物活性且廣泛生存在植物界，其生物活性和藥理作用倍受研究人員關注，如抗氧化、抗突變、抗衰老、抗腫瘤、抗菌等，在分析化學中，常作為熒光試劑用于金屬離子和非金屬離子的靈敏測定。近年來桑色素及其相應的配合物作為靈敏的熒光探針，應用檢測生物分子相對的廣泛。

三、蛋白質納米粒子的發光性質及其分析應用的研究

當被研究的材料在納米尺寸范圍內，表現特異的電學、磁學、光學和化學活性等物理化學性質。利用其特異性質，納米粒子在催化劑、傳感器及醫學和工程領域應用價值十分可觀。目前常用的納米粒子主要包括半導體納米粒子、金屬納米粒子及有機小分子納米粒子等。近年，研究發現納米粒子可發射熒光，如果對其進行活化處理，其與分子結合程度更為容易，且不影響分子的活性。學者將納米粒子應用于生物科學識別領域，例如采用蛋白質識別與納米粒子聚集，在多維材料的合成領域中廣泛應用。利用去溶劑化法制造蛋白質納米粒子，由于納米粒子的大小以及表面性能對生物體內的活性和靶向性有重要影響，要求不斷對生物體的納米粒子的生產工藝流程優化，如發現脫水劑在去溶劑化過程中可控制微粒大小，去溶劑化后用熱變性法穩定納米粒子等應用泵控系統加入乙醇，可獲得預定大小的粒徑，同時為提高蛋白質納米微粒在生物體內的主動靶向性，要求進行修飾和硫醇化處理。

四、結論

論文主要研究了生物分子與有機化合物之間的相互作用及分析應用，主要包括三個方面的內容：KI對桑素-核酸體系熒光增強效應的研究、鳥嘌呤體系中熒光增強效應及其分析應用以及蛋白質納米粒子的發光性質及其分析應用的研究，通過對以上三方面的研究，從分子的研究水平上揭開了生物體的生命奧秘，同時也指出了當前生命研究的熱點導向，為以后更進一步研究分子理論奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 胡鍇，陳康康，張會明，劉軍偉，趙文杰，張書勝.苯甲酸在對叔丁基杯[4]-1，2-冠4固定相上的保留機理[J]. 色譜，2011，（11）.

[2] 祝玲，申貴雋，王莉莉，孟梁，侯曉蘭.微波消解-毛細管電泳法測定茶葉中的生物堿[J]. 分析科學學報，2011，（04）.

[3] 楊華，李俊，馮素玲，張新迎，范學森.吡喃并[3，2-c]吡啶酮-嘧啶核苷雜化體與白蛋白相互作用的光譜和分子模擬研究[J].分析試驗室，2011，（08）.

篇（3）

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Biochemistry Curriculum and Teaching Mode in Biological Engineering

WU Yuangen， WANG Xiao， TAO Han， ZHOU Hongxiang， QIU Shuyi

（School of Liquor and Food Engineering， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract According to our college biological engineering services at the local school and social development needs of the economy， the author analyzes of the basic course biochemistry courses from the curriculum materials selection， in the teaching content highlights the theoretical knowledge of traditional brewing industry， and made use of multimedia teaching， online teaching and innovative teaching practice， supplemented by teaching model， in order to improve students' knowledge of the course to master skills.

Key words biochemistry； curriculum； teaching mode

生物化學（Biochemistry）是用化學的原理和方法，從分子水平來研究生物體的化學組成及其在體內的代謝轉變規律，從而闡明生命現象本質的一門科學。①生物化學課程是我院生物工程、釀酒工程、食品科學與工程等專業必修的一門專業基礎課程，其內容基本覆蓋了我院各個專業所需的基礎理論知識，是我院學生掌握專業知識的最重要紐帶，因而其教學地位十分重要。然而生物化學知識體系龐大，理論性和邏輯性強，內容抽象復雜且相互關聯，這對剛開始接觸專業課的學生比較難以掌握。特別是近年來高等院校課程改革的實施，實踐教學環節的加強使得生物化學教學課時進一步減少，給生物化學課程教學工作帶來挑戰。筆者從事多年的生物化學教學經歷發現，大多數學生都采用死記硬背的方式來應付期末考試，他們并沒有對知識點進行很好的聯系和掌握，缺少學習的動力和深入研究精神，在后續專業課學習和畢業論文（設計）中表現出知識點掌握不夠等問題。隨著生物技術的不斷發展和應用，生物化學在生物工程專業中的地位和作用則更加突出，這就要求將生物化學教學內容與后續課程緊密聯系，尤其是要結合專業定位和服務于地方經濟社會發展要求來開展教學。筆者從貴州大學生物工程特色專業建設出發，探討生物化學的課程設置及教學模式，以期提高學生對該門課程知識的掌握能力。

1 生物化學課程設置

筆者所在學院開設生物工程專業已有二十余年，辦學依據立足本省、面向行業人才需求，服務于地方經濟社會發展和國家現代化建設的專業培養要求，根據貴州產業發展和生物工程專業的沿革，在課程體系的設置上突出生物工程中下游課程，內容上突出傳統釀造業的理論實踐學習。生物化學課程作為生物工程專業最核心的基礎課，在課程教學內容設置上應該符合本專業的辦學定位。經過多次課程改革后，生物化學課程教學課時被進一步壓縮到64學時（理論教學48學時，實驗教學16學時），這給教學工作帶來極大挑戰。為了提高學生對該門課程知識的掌握能力，滿足本專業服務地方產業發展需求，筆者認為有必要對目前使用的教材和已有的課程內容進行調整。

1.1 教材的選用

我院生物化學課程使用的教材主要是張洪淵先生主編的《生物化學》（第二版），由化學工業出版社出版發行。該書內容精簡，比較適合生物工程、食品工程等工科專業學生使用。但使用該教材存在的主要問題是，由于知識點比較抽象和精簡，學生課后缺少擴展學習的空間，所以很難深入掌握各個知識點及它們相互間的聯系。特別是近年來不少考研的同學反映，該書不是考研專業指定的教材，建議在教材使用上重新考慮。筆者后來在教材選用上進行了嘗試，選用了王鏡巖先生主編的《生物化學》（第三版），由高等教育出版社出版發行。該書內容詳實、知識點豐富，對各個知識點的擴展解釋很充分，是國內很多985和211高校首選指定教材。然而使用該教材也面臨諸多困難，主要問題是在有限的教學課時內很難把握各個知識點的講解，同時學生面對該教材有較大的學習壓力。最近筆者嘗試了鄭集先生主編的《普通生物化學》（第四版），由高等教育出版社出版發行。該教材章節編排合理、知識點及其展開解釋說明均比較合適，是國內很多綜合性大學和其他院校生物相關專業的本科生教材。該教材在我院生物工程和釀酒工程專業使用，學生普遍反映比較好，同時任課教師感覺比較容易把握教學，因而是我院今后生物化學課程的首選教材。

1.2 教學課程設置

我院生物工程專業的辦學要滿足服務于地方經濟社會發展要求，在課程體系的設置上突出生物工程中下游課程，內容上突出傳統釀造業的理論實踐學習。因此，生物化學課程在教學內容上也要根據辦學需求進行調整。筆者依據生物化學課程理論教學48學時，再結合生物工程專業特點和傳統釀造業的知識體系，認為該課程教學內容應從以下幾個方面開展。

糖類化學部分是傳統釀造業重要的理論基礎知識。在該部分教學過程中，應當要求學生重點掌握典型單糖（葡萄糖和果糖）的結構和性質，再從單糖的基礎上去理解二糖和多糖的結構和性質，最好再結合某些釀造相關的實例來理解多糖等性質。脂質化學部分要求學生理解單脂和復脂的組成、結構和性質，了解固醇類物質的結構和基本特點。蛋白質化學部分不僅僅是釀造行業，同時也是整個生物相關專業最為基礎的知識體系。該部分教學應該要求學生重點掌握氨基酸的分類及其結構和性質，在此基礎上掌握肽和蛋白質的結構、性質和相互間的依存關系。重點講解氨基酸的溶解度、旋光性、光吸收、酸堿性質和重要的化學通性，并結合氨基酸的性質講解氨基酸分析方法。注重講解蛋白質的一級結構及測定方法，要求學生掌握蛋白質二級結構種類及特點，在此基礎上理解蛋白質的三級結構和四級結構及功能，并結合實驗講解蛋白質的分離純化方法。核酸化學部分是現代生物技術，特別是生物上游技術的基礎，雖然與傳統釀造業知識體系關聯不大，但對生物相關專業本科生至關重要。該部分教學應該重點講解堿基及種類、核苷和核苷酸的結構、性質以及核酸的結構、性質和生物功能，要求學生掌握堿基、核苷、核苷酸和核酸之間的相互關系，徹底弄清核酸的化學結構和化學性質，并掌握核酸一級、二級和三級結構及堿基配對規律，深入理解核酸的酸堿性質、吸收光譜、變性、復性與雜交，以及核酸的分離純化、合成和鑒定原理。酶化學和維生素化學內容與傳統釀造業知識體系關聯比較大，應當重點講解酶的化學本質和結構以及分類，特別是要注重講解維生素與酶輔基間的關聯。要求學生理解酶的作用特點、作用機制和酶的分離純化，重點掌握酶活單位定義及測定，理解調節酶、同工酶、誘導酶和多酶復合物的特點。激素化學、生物膜與細胞器內容與細胞工程、生物醫學等專業關聯度大，考慮到本專業學時的限制，該內容可由學習課后自學，重點了解激素的化學本質和生理功能，以及細胞的組成和各細胞器結構的功能。

物質代謝與調控內容與傳統釀造業密切相關，也是整個生物中下游最為重要的知識體系，應當重點講解糖代謝、脂質代謝、蛋白質和氨基酸代謝，以及這些代謝之間的相互聯系和調控。糖代謝方面重點講解糖酵解、三羧酸循環、磷酸戊糖等代謝途徑和生理意義，要求學生掌握糖酵解和三羧酸循環的各個代謝途徑、參與的酶系和ATP產生過程，重點理解戊糖磷酸途徑和參與的酶系，了解各種單糖、二糖和多糖進入糖代謝途徑，掌握糖代謝的調控及關鍵調控酶。脂質代謝方面以三酰甘油為例，側重講解甘油的分解代謝途徑和脂酸的-氧化過程，分析脂酸在何種情況下產生大量酮體及其后果，并注意比較脂酸 -氧化過程同線粒體酶系合成飽和脂肪酸過程的關系。蛋白質和氨基酸代謝方面要求學生掌握蛋白質在細胞內的降解，然后根據氨基酸的主要代謝途徑，掌握氨基酸分解代謝和合成代謝的共同反應，重點講解鳥氨酸循環及其生理功能，注重理解氨基酸代謝與糖代謝和脂質代謝的關聯。核酸代謝方面簡明扼要講解核酸的降解以及生物體內嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的分解途徑和生物合成。生物氧化方面涉及物質代謝的共同基本原理，重點講解NADH和FADH2兩條呼吸鏈中的電子傳遞及所需的輔基或輔酶，要求學生理解氧化磷酸化作用機制及其抑制和解偶聯。最后再講解物質代謝的相互聯系，要求學生掌握糖代謝、脂質代謝和蛋白代謝之間的相互關系，了解整個代謝的調節調控方式。關于遺傳信息的傳遞和表達內容，由于受學時的限制只能簡單介紹，該部分可以納入分子生物學課程進行講授。

2 生物化學教學模式

生物化學課程知識體系龐大，內容抽象復雜且相互關聯，采用傳統教學方式很難取得良好的教學效果。筆者根據多年的教學經驗，認為應當結合多媒體教學、網絡教學和創新實踐教學相結合的教學模式。

2.1 多媒體教學

傳統的教學模式要花費較多的時間用于板書，教學時間不能充分利用，教學內容信息量較少。而采用多媒體教學后，課件都是在課前準備好的，課堂上很少寫字，這樣就節省了板書時間，為增加教學信息量提供了條件，特別適用于生物化學這種知識體系龐大的課程。另一方面，多媒體教學將文字、圖片、動畫等整合，可為學生提供大量的感性材料，教學形象、直觀、形式多樣、趣味性強，可有效激發學生的學習興趣。②在生物化學課程中，生物大分子的立體結構及其代謝過程都是教與學的難點。在傳統的教學中，借助板書、掛圖或模型可有效講授這些難點，但對于學生而言，內容還是比較抽象，不容易理解。利用多媒體教學可輕易的解決這一問題。如在講生物大分子多糖、蛋白質、核酸等的結構時，學生通過觀看三維結構的圖片或動畫，就可以輕易地理解有關的復雜問題，自然地掌握了這些生物大分子的三維結構等有關的概念。

雖然采用多媒體教學存在諸多優點，但也要清醒意識到過分依賴多媒體教學的弊端。過分依賴多媒體教學，會極大地限制師生的主動性發揮。③在課堂教學上，教師切忌把自己當成課件機械式解說員。目前多媒體教學的一個常見現象是教師灌輸知識、學生被動學習的填鴨式教育，這種教學模式缺乏師生互動，不利于提高學生的學習積極性。采用多媒體教學的另一個弊端是課堂節奏快，學生很難及時消化所學知識，長時間后學生在學習上會出現消極的一面。筆者認為采用多媒體進行生物化學教學，在講授重點和難點知識時，課堂上應該及時與學生加強溝通，讓學生能充分理解和掌握相關知識；同時插入一些緊扣教學內容的時事圖片或研究進展，有效結合專業領域內的社會熱點問題，這對吸引學生的注意力和激發學生的興趣均有很大幫助。

2.2 網絡教學

目前本科教學工作存在的一個最主要問題是缺少師生互動，這與課堂教學課時被嚴重壓縮有很大關系。為了加強與學生間的交流和互動，筆者借助生物工藝學精品課程網站，開辟了生物化學學習和交流平臺。在該平臺上，學生可以提出課堂教學未懂的知識，也可以給課堂教學提出建議和意見，我們針對這些問題都進行了一一答復，這些交流手段也得到不少學生的積極參與。另外，筆者還在該平臺上提供了生物化學的學習材料，包括習題集和考研資料等，受到學生的歡迎。通過網絡教學上生物化學教學討論平臺，進一步鞏固了課堂教學，同時也加強了師生間的交流互動。

2.3 創新實踐教學

本科質量教學提升計劃的改革方向是加強實踐教學，提高學生的實際動手操作能力。目前一般院校都開辦了專業相關的實驗課程，但受到課時限制或經費短缺等因素，實驗課程學時一般比較少。我院生物化學實驗課時為16學時，這相對課程龐大的知識體系是明顯不夠的。針對這些問題，筆者近幾年一直鼓勵本科生參與科研工作，加強自身的理論知識和實踐動手能力。筆者近幾年帶領本科生參與了國家大學生創新性實驗計劃以及自己科研項目的研究，這些學生一般從大二上生物化學課程后就參與進來，利用空閑時間做實驗，直到最后完成畢業論文，他們中基本上每人都著有研究論文，畢業后這些同學大部分都繼續進行深造。通過創新實踐教學，學生可以結合生物化學所學知識，進一步在研究中得到應用和更深入的理解。一般學校很多老師的科研項目與生物化學專業知識體系密切相關，所以學生有很大的參與創新實踐教學空間。

3 結語

生物化學是生物工程專業最為基礎的課程，其教學地位十分重要。根據我院生物工程專業的辦學理念以及有限的教學課時，本課程在教學內容上應該做出適當調整，突出傳統釀造業知識體系，同時也要兼顧現代生物技術和本專業的歷史沿革。本課程教學手段上應該采用多媒體教學為主，網絡教學為輔的策略，加強師生間的互動和交流，在此基礎上改善教學質量，同時讓更多的學生參與到創新實踐教學，進一步提高該課程的教學效果。

基金項目：貴州省高等院校特色專業項目（SJG 2011 004）；貴州大學品牌特色專業培育項目（PTPY201303）

*通訊作者：邱樹毅

注釋

篇（4）

生物學教學2005年8期

劉建峰 （廣東澄海蘇北中學 515829）

1． 酶的化學本質為蛋白質，對嗎？

不對。從新教材酶的定義來看，它是具有生物催化功能的有機物。那么，就不能簡單地確定其化學本質屬性。從脲酶的發現，到較早發現的酶都是蛋白質，所以在以前人們一直以為酶的化學本質就是蛋白質。但是，1982年有人在研究原生動物四膜蟲的時候，發現四膜蟲核糖體RNA(rRNA)前體能在完全沒有蛋白質的情況下進行自我剪切加工，催化本身成為成熟的rRNA。這說明在這個只有在酶催化下才能完成的核酸大分子的剪切處理過程中，RNA充當了酶的催化作用。這在科學界引起了很大的震動。無獨有偶，1983年又有兩個實驗室的合作研究表明RNA具有催化功能。當時已知催化tRNA前體分子趨向成熟的核糖核酸酶P(RNaseP)是由蛋白質和RNA兩部分組成的，然而從RNaseP中分離出的蛋白質組分，在各種條件下均無獨立的催化活性；相反，其中的RNA部分，在一定的鎂離子濃度條件下，再加上亞精胺，可以具有與天然或重組RNase P同樣的催化活性。并且該RNA組分的前體，即該基因轉錄的初始產物，在上述條件下亦具有酶的催化活性。這樣，這種RNA可被看作是酶。這一現象的發現者給具有催化活性的RNA定名為ribozyme，即酶性核酸。新近又發現了特異切割RNA的DNA分子，稱之為脫氧核酶（DNAzyme）。不難看出，隨著對酶研究的深入，以往對酶的許多看法都有必要改變了。

2． 酶是如何實現其催化功能的？

作為生物催化劑，酶具有極為高效的催化能力。其催化效率大約為普通化學催化劑的104-108倍。但是，需要注意，酶只能改變相關反應的速率，縮短反應時間，卻不能改變其它的反應特點，如反應程度等。其對反應速率的提高，是通過與反應底物結合，降低反應底物的活化能來實現的。簡單地說，就如同讓一個小球從一個半圓形弧面自由下滑運動，顯然，無論從弧面的哪一高度下滑，即無論其勢能大小如何，最終都是穩定到最低點，使用了酶，就相當于把球的起始位置放的低一些，穩定下來（達到化學平衡）的就快一些。勢能則相當于球（反應底物）的活化能。

3． 所有的生化反應都需酶的催化嗎？

為了說明酶的重要性，許多老師在講解酶的生物催化功能時，往往容易強調酶促反應，由于生物課本及平常題目所涉及的生化反應大多為酶促反應，就使學生誤以為細胞內所有的生化反應都是酶促反應。事實上，酶作為催化劑，與普通的化學無機催化劑一樣，僅能催化符合熱力學原理的相關反應。而象光合作用光反應階段水的光解（光化學反應）等則不需酶的催化，也不可能借助酶的催化作用來提高其反應速率。正如課本上的描述：“一般的生化反應都需要酶的催化”。

4． 固定化酶的特性是否有所變化？

通過對酶的各種固定化處理和研究，我們發現固定化酶有以下優點：不溶于水，易于與產物分離；可反復使用；可連續化生產；較游離酶的km值小，催化能力、熱穩定性、PH穩定性都有所提高。當然，同時也有其缺點：固定化過程中往往會引起酶的失活。固定化酶酶的活性雖有所降低（與游離的酶相比），但由于穩定性大大地提高（對酸堿和溫度的耐受性）易于保存能夠連續使用，所以總的活力遠遠超過游離酶。

篇（5）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）50-0277-02

研究性教學作為一種有效引導學生主動探究、培養學生實踐能力和創新精神的教學方式，已成為21世紀中國高等教育改革的熱點。所謂研究性教學，就是將課內講授與課外實踐、教師引導與學生自學、教材與閱讀有機結合并達到完整、和諧、統一的教學。研究性教學的本質在于“教”和“學”的全過程都貫穿著研究性的特征，包括教師研究型的“教”和學生研究型的“學”[1]。

生物化學是一門理論性和實驗性完美結合的科學。在其發展過程中，科學家們通過對未知領域內的問題的不斷探索，對生命現象化學本質的揭示，逐步積累形成系統的學科知識體系，這個過程是發現問題與解決問題的高度統一的過程。生物化學課程的教學也就是科學問題探索實踐過程的再現。結合我們十余年教學與科研工作中積累的經驗，就生物化學中的幾個案例談一些研究性教學的體會。

一、“科學實驗再現”型研究型課堂設計

作為一門探究性、實踐性強的學科，在設計研究性教學時，可以循著“提出問題、科學實驗再現、解決問題和自主探究”的模式。如教學案例“DNA是主要的遺傳物質”：

1.提出問題：“如何證明DNA是遺傳物質？”

2.科學實驗再現。重點講述經典的三個實驗。

①1928年，Frederick Griffith利用肺炎雙球菌和老鼠進行的體內轉化實驗，結果證明細菌的遺傳訊息會因為轉化作用而發生改變。②1944年，Avery等人肺炎雙球菌轉化實驗，首次證明DNA是細菌遺傳性狀的轉化因子。③1952年，Hershey和Chase用35S和32P標記的噬菌體T2感染大腸桿菌實驗，證明噬菌體DNA攜帶了噬菌體的全部遺傳信息。

3.解決問題和自主探究。在這一階段，一方面可以讓學生思考和討論，并引導學生了解，自20世紀上半葉三個經典實驗的證明，繼而1953年Wtson和Crick提出了DNA雙螺旋結構，解析了DNA作為遺傳物質的分子機制，自然轉接到后續DNA結構的相關內容的講述。另一方面讓學生自主探究，如：Avery轉化實驗的不足之處是什么；自主設計實驗證明DNA是遺傳物質；DNA是主要的遺傳物質的證明對現代科學技術革命有哪些深遠的影響。

類似的案例如：三聯體遺傳密碼的證明；脂肪酸β氧化途徑的發現等。

二、“物質結構與功能的關系”研究型教學設計

這一類型的典型案例是“蛋白質結構與功能的關系”。在學習了蛋白質的基本結構單位氨基酸、蛋白質的共價結構以及蛋白質的空間結構后，教師通過有效的研究性教學指導，促使學生探索蛋白質的結構與功能的緊密聯系，自主地提出、解釋、解決一些相關的問題。“蛋白質結構與功能的關系”研究性主題承上啟下、知識容量大、開放性強，每個學生都可以通過自主學習有所研究和收獲。

1.教師布置任務，啟動研究。蛋白質多肽鏈上氨基酸的排列方式，即蛋白質的一級結構與功能的關系：包括同源蛋白質的特種差異與生物進化的關系（以細胞色素c為例）、分子病（以鐮刀狀貧血病為例）；蛋白質的一級結構改變引起空間構象的變化進而導致功能改變：包括血液凝固的機制、酶原激活的實質以及核糖核酸酶變性與復性實驗；蛋白質空間構象改變引起功能改變：變構現象（以血紅蛋白與氧結合的關系為例）[2]。以上提出的問題不僅僅局限于書本上該章節的內容，它們涵蓋了蛋白質、酶、核酸的相關知識。通過這些問題的探究，不僅可以讓學生深入掌握蛋白質的結構與功能，還可以使學生認識生物體內大分子物質的相互聯系，為后續的物質代謝相互聯系的知識作鋪墊。

2.組織協調，跟蹤指導。教師深入班級，巡回檢查或召開分組會議，聽取匯報，掌握學生的研究過程，督促學生的研究正常開展，及時發現并研究解決存在的問題，答疑解惑，保證研究進度和質量。

3.研究成果展示與交流。學生匯報研究成果，“蛋白質結構與功能的關系”這一章節內容是生物化學教學內容中的重點和難點。蛋白質種類繁多，功能多樣，結構復雜。這部分內容所涉及的知識背景豐富，在課堂上教師要盡可能鼓勵每位同學從不同的視角提出問題，組織同學們進行討論，深化對教材知識的理解，并應用知識解釋身邊的生命現象，學會探索性學習，探索性工作。類似的案例如：DNA的結構與功能的關系；糖鏈的結構與糖生物學等。

三、“例證型”研究型教學案例設計

生物化學是解釋生命現象的化學本質的科學，因而其理論內容與實際緊密聯系，在理論教學時教師常常列舉日常生活中的生命現象以解釋抽象的理論知識，增強學生的理解，同時激發學生濃厚的研究興趣。如：禽流感病毒，其案例應用主要有以下章節[3]。

1.蛋白質的分類。禽流感病毒表面有兩種蛋白質都屬于糖蛋白，一種稱為紅血球凝集素（Hemagglutinin），另一種稱為神經氨酸酶（neuraminidase）。高致病性禽流感病毒H7N9中的“H”指代前者，“N”指代后者。而就目前而言，紅血球凝聚素有18（H1-H18）種形態，神經氨酸酶則有11（N1-N11）種形態。

2.酶的競爭性抑制作用。在酶的競爭性抑制劑中典型的例子是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑丙二酸。禽流感防治藥物的開發是酶競爭性抑制機理的完美應用。目前市場上有效的抗流感藥物是羅氏公司獨家生產的達菲，通用名稱為磷酸奧司他韋（Oseltamivirphosphate），化學名稱為（3R，4R，5S）-4-乙酰胺-5-氨基-3（1-乙基丙氧基）-1-環己烯-1-羧酸乙酯。奧司他韋口服后經肝臟和腸道酯酶迅速催化轉化為其活性代謝物奧司他韋羧酸，奧司他韋羧酸的構型與神經氨酸的過渡態相似，能夠競爭性地與流感病毒神經氨酸酶的活位點結合，因而是一種強效的高選擇性的流感病毒NA抑制劑，它主要通過干擾病毒從被感染的宿主細胞中釋放，從而減少流感病毒的傳播。

3.酶的作用機制。“流感酶（Fludase）”是美國NexBio生物制藥公司研發的最新抗流感藥物。與達菲等神經氨酸酶抑制劑類藥物不同，“流感酶”的主要成分是唾液酸酶融合蛋白。它作用的對象是細胞本身，使宿主細胞表面的唾液酸受體失去活性，流感病毒就無法與受體結合，也就無法附著細胞。而達菲等藥物的原理是抑制流感病毒表面的神經氨酸酶，使其無法感染細胞，因此病毒容易發生變異產生耐藥性。流感酶的作用機理可以用來說明酶的誘導契合學說，該學說認為當酶與底物分子結合時，底物分子誘導酶分子構象發生改變，酶的催化基因與底物的反應基因正確結合，形成酶與底物復合物，以利于催化。流感酶能切斷唾液酸的糖鏈，使神經氨酸酶與無法與底物結合發揮催化，則流感病毒無法脫離宿主細胞去感染新的細胞，從而達到預防流感的目的。

4.基因重組。核酸作為遺傳物質有三個功能：一是通過復制將遺傳信息由親代傳遞給子代；二是通過轉錄使遺傳信息在子代得以表達；三是通過變異在自然選擇過程中獲得新的遺傳信息。變異是核酸的核苷酸序列改變的結果，它包括由于核酸損傷和錯配得不到修復而引起的突變，以及由于不同核酸分子之間的交換而引起的遺傳重組。流感病毒的抗原性變異包括抗原漂移和抗原轉變。基因點突變正是造成病毒抗原漂移的主要因素。抗原轉變的主要原因則是基因重組。如果兩種不同病毒同時感染同一細胞，則可發生基因重組形成新亞型。中國杭州疾控中心和WHO中國流感中心共采集，分析了4個新H7N9甲型禽流感的基因組，并在GISAID數據庫上公布。2013年，南方科技大學生物系賀建奎副教授用這4個基因組以及1193個已知的流感各亞型的基因組，做了一個全面的系統生成樹和進化分析。結果表明，在新H7N9甲型禽流感的8個基因中，表面血凝素蛋白基因來自于H7亞型病毒，神經氨酸酶基因來自H11N9，其余6個內核基因都來自H9N2。也就是說新H7N9甲型禽流感是由這三個病毒的基因重組產生的一個全新的基因。禽流感在近幾年幾乎成為家喻戶曉的名詞，禽流感病毒中也蘊含著豐富的生物化學知識，在教學中充分引導學生發掘，一方面可以取得良好的課堂教學收獲，另一方面讓學生從不同側面了解禽流感，消除對流感病毒的神秘感，建立科學防控流感的信心。類似的案例如反式脂肪酸、各種激素等。

生物化學是生命科學專業學生必須學習的一門重要的學科基礎課。它涉及的內容多、范圍廣、難度大。許多同學在學習時缺乏自信，怯而止步[4]。我們通過以上典型案例的教學實踐證明：生物化學研究型課堂教學改革有效促進了學生探究性學習能力和創新意識。針對不同的內容采取不同的研究型教學模式，不但可以幫助學生更好地理解和掌握生物化學知識，還有助于培養學生的綜合素質，取得教學相長的良好效果。

參考文獻：

[1]劉立軍.關于研究性教學在大學教育中的若干思考[J].天津工業大學學報，2013，32（增刊）：187-188.

篇（6）

從脲酶的發現，到較早發現的酶都是蛋白質，所以在以前人們一直以為酶的化學本質就是蛋白質。但是，1982年有人在研究原生動物四膜蟲的時候，發現四膜蟲核糖體RNA（rRNA）前體能在完全沒有蛋白質的情況下進行自我剪切加工，催化本身成為成熟的rRNA。這說明在這個只有在酶催化下才能完成的核酸大分子的剪切處理過程中，RNA充當了酶的催化作用。這在科學界引起了很大的震動。無獨有偶，1983年又有兩個實驗室的合作研究表明RNA具有催化功能。當時已知催化tRNA前體分子趨向成熟的核糖核酸酶P（RNaseP）是由蛋白質和RNA兩部分組成的，然而從RNaseP中分離出的蛋白質組分，在各種條件下均無獨立的催化活性；相反，其中的RNA部分，在一定的鎂離子濃度條件下，再加上亞精胺，可以具有與天然或重組RNaseP同樣的催化活性。并且該RNA組分的前體，即該基因轉錄的初始產物，在上述條件下亦具有酶的催化活性。這樣，這種RNA可被看作是酶。這一現象的發現者給具有催化活性的RNA定名為ribozyme，即酶性核酸。新近又發現了特異切割RNA的DNA分子，稱之為脫氧核酶（DNAzyme）。不難看出，隨著對酶研究的深入，以往對酶的許多看法都有必要改變了。

二、酶是如何實現其催化功能的

作為生物催化劑，酶具有極為高效的催化能力。其催化效率大約為普通化學催化劑的107～1013倍。但是，需要注意，酶只能改變相關反應的速率，縮短反應時間，卻不能改變其它的反應特點，如反應程度等。其對反應速率的提高，是通過與反應底物結合，降低反應底物的活化能來實現的。簡單地說，就如同讓一個小球從一個半圓形弧面自由下滑運動，顯然，無論從弧面的哪一高度下滑，即無論其勢能大小如何，最終都是穩定到最低點，使用了酶，就相當于把球的起始位置放得低一些，穩定下來（達到化學平衡）的就快一些。勢能則相當于球（反應底物）的活化能。

三、所有的生化反應都需酶的催化嗎

為了說明酶的重要性，許多老師在講解酶的生物催化功能時，往往容易強調酶促反應，由于教材所涉及的生化反應大多為酶促反應，就使學生誤以為細胞內所有的生化反應都是酶促反應。事實上，酶作為催化劑，與普通的化學無機催化劑一樣，僅能催化符合熱力學原理的相關反應。比如光合作用光反應階段水的光解（光化學反應）等則不需酶的催化，也不可能借助酶的催化作用來提高其反應速率。我們只能說：“一般的生化反應都需要酶的催化。”

篇（7）

朊病毒是一類與其他病毒不一樣的病毒，它只有蛋白質而無核酸，卻既有感染性，又有遺傳性，并且具有和一切已知傳統病原體不同的異常特性。朊病毒又稱蛋白質侵襲因子，是一類能侵染動物并在宿主細胞內復制的小分子無免疫性疏水蛋白質。本文主要從朊病毒的發現過程、基本結構、致病機理、主要疾病、傳播途徑以及研究意義等方面來介紹朊病毒。

1.朊病毒的發現過程

朊病毒最早由美國加利福尼亞大學的斯坦利?B?布魯辛納（Stanley B. Prusiner）于1982年發現的。

推測朊病毒僅由蛋白質組成，沒有核酸。在這之前，科學家認為所有的病原體都有可復制的核酸（細菌、病毒等等）。

研究人員發現了一個突破口：這種具有感染性的因子主要由被稱為PrP的蛋白質組成的。這種蛋白質可以在細胞的質膜上找到（具體功能還不了解），但是與具有感染性的因子PrpSC與正常因子PrPC在形狀上有一點不同。科學家推測這種變形的蛋白質會引起正常的PrPC轉變成具有感染性的蛋白質，這種連鎖反應使得正常的蛋白質和致病的蛋白質因子都成為新病毒的材料。在這個假說被提出來以后，產生PrP的基因被抽離出來，產生不同形狀的突變基因被成功的定義和復制，研究實驗鼠的結果為這個假說提供了支持，這些證據現在是強有力的，但并不是無可爭議的。

2.朊病毒的基本結構

斯坦利?布魯辛納經過多年的研究，終于初步搞清了引起瘙癢病的病原體即朊病毒的一些特點。他發現朊病毒大小只有30～50納米，電鏡下見不到病毒粒子的結構；經負染后才見到聚集而成的棒狀體，其大小約為10～250 x 100～200納米。通過研究還發現，朊病毒對多種因素的滅活作用表現出驚人的抗性。對物理因素，如紫外線照射、電離輻射、超聲波以及80～100℃高溫，均有相當的耐受能力。對化學試劑與生化試劑，如甲醛、羥胺、核酸酶類等表現出強抗性。 對蛋白酶K、尿素、苯酚、氯仿等不具抗性。在生物學特性上，朊病毒能造成慢病毒性感染而不表現出免疫原性，巨噬細胞能降低甚至滅活朊病毒的感染性，但使用免疫學技術又不能檢測出有特異性抗體存在，不誘發干擾素的產生，也不受干擾素作用。總體上說，凡能使蛋白質消化、變性、修飾而失活的方法，均可能使朊病毒失活；凡能作用于核酸并使之失活的方法，均不能導致朊病毒失活。由此可見，朊病毒本質上是具有感染性的蛋白質。布魯辛納將此種蛋白質單體稱為朊病毒蛋白（PrP）。

3.朊病毒致病機理

最引起當今科學家興趣和關注的是朊病毒的復制機理。由于朊病毒是一種只含有蛋白質而不含核酸的分子生物并且只能在寄生宿主細胞內生存。因此，合成朊病毒所需的信息，有可能是存在于寄生宿主細胞之中的，而朊病毒的作用，僅在于激活在寄生宿主細胞中為朊病毒的編碼的基因，使得朊病毒得以復制繁殖。

另一種學說認為朊病毒的蛋白質能為自己編碼遺傳信息。這種假說與傳統的分子生物學中的“中心法則”是相違背的，因為朊病毒沒有核酸。于是人們假設朊病毒的復制可能的方法，一認為是通過逆轉譯過程產生為朊病毒編碼的RNA或DNA（如后者情況還需要逆轉錄）必須存在逆轉譯酶，甚至還要有逆轉錄酶。二為蛋白質指導下的蛋白質合成，即蛋白質本身可作為遺傳信息。

1982年布魯辛納提出了朊病毒致病的“蛋白質構象致病假說”，以后魏斯曼等人對其逐步完善。其要點如下：①朊病毒蛋白有兩種構象：細胞型（正常型PrPc）和瘙癢型（致病型PrPsc）。兩者的主要區別在于其空間構象上的差異。PrPc僅存在a螺旋，而PrPsc有多個β折疊存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解；②Prpsc可脅迫PrPc轉化為Prpsc，實現自我復制，并產生病理效應；③基因突變可導致細胞型PrPsc中的α螺旋結構不穩定，至一定量時產生自發性轉化，β片層增加，最終變為Prpsc型，并通過多米諾效應倍增致病。

4.朊病毒主要致病

除上文提到的幾種由朊病毒引起的疾病均發生在動物身上外，人的朊病毒病已發現有4種：庫魯病（Ku-rmm）、克――雅氏綜合癥（CJD）、格斯特曼綜合癥（GSS）及致死性家庭性失眠癥（FFI）。臨床變化都局限于人和動物的中樞神經系統。病理研究表明，隨著阮病毒的侵入、復制，在神經元樹突和細胞本身，尤其是小腦星狀細胞和樹枝狀細胞內發生進行性空泡化，星狀細胞膠質增生，灰質中出現海綿狀病變。朊病毒病屬慢病毒性感染，皆以潛伏期長，病程緩慢，進行性腦功能紊亂，無緩解康復，終至死亡為特征。

5.朊病毒傳播途徑

朊病毒的傳播途徑包括，食用動物肉骨粉飼料、牛骨粉湯；醫源性感染，如使用腦垂體生長激素、促性腺激素和硬腦膜移植、角膜移植、輸血等。朊病毒特點是耐受蛋白酶的消化和常規消毒作用，由于它不含核酸，用常規的PCR技術還無法檢測出來。朊病毒存在變異和跨種族感染，具有大量的潛在感染來源，主要為牛、羊等反芻動物，未知的潛在宿主可能很廣，傳播的潛在危險性不明，很難預測和推斷。朊病毒可感染多個器官，已知的主要為腦髓，但在潛伏期內除中樞神經系統外，各種組織器官均有感染，且感染多途徑，除消化道外，神經系統、血液均可感染，預防難度大，人畜一旦發病，6個月至1年全部死亡，100%的死亡率。

6.研究意義

從理論上講，“中心法則”認為DNA復制是“自我復制”，即DNA～DNA，而朊病毒蛋白是PrPPrP，是為“自他復制”。這對遺傳學理論有一定的補充作用。但也有矛盾，即“DNA蛋白質”與“蛋白質蛋白質”之間的矛盾。對這一問題的研究會豐富生物學有關領域的內容。對病理學、分子生物學、分子病毒學、分子遺傳學等學科的發展至關重要，對探索生命起源與生命現象的本質有重要意義。從實踐上講，其對人畜健康、為揭示與癡呆有關的疾病（如老年性癡呆癥、帕金森病）的生物學機制、診斷與防治提供了信息，并為今后的藥物開發和新的治療方法的研究奠定了基礎。

參考文獻：

[1]Science2000，287：661； Mol Cell 2000， 5：163

[2]中國醫學論壇報2000年4月13日第26卷第14期，總第708期

篇（8）

共振光散射(resonancelightscattering，RLS)是利用普通熒光分光光度法對散射光進行測量的一種散射光分析技術[1]。該技術由于其簡單、快速、靈敏的分析特點，吸引了生命科學、分析化學、環境科學、材料科學等領域的分析工作者對其理論和應用進行了深入的研究，促進了分析學科內部各個分支之間的聯系，尤其是在生化領域已經取得一定的研究成果[2]。

光散射現象廣泛存在于光與粒子相互作用的過程中，當介質中粒子的直徑(d)與入射光波長(λ0)存在d≤0.05λ0時，產生的是以瑞利(Rayleigh)散射為主的分子散射光[3]。根據RLS理論可以得到散射光強度與散射粒子的濃度c成正比的關系，即IRLS=Kcb。據此可以用于大分子物質溶液的分析測定[1]。

RLS分析法靈敏度高，操作簡單方便，可通過普通熒光分光光度計同步掃描得到完整的RLS特征光譜和相應RLS峰。由于RLS法源于Rayleigh散射光吸收光譜，它對分子結構大小和形狀(如球形、鏈形、無規則線團等)、電荷分布、鍵合性質等研究還能提供新的、更豐富的信息。近年來的研究證明，RLS法還可用于痕量金屬、表面活性劑以及納米材料[4,5]等方面的研究測定。該方法一般不需要對樣品進行復雜的化學預處理，避免了一系列煩瑣的操作程序，而直接將處理好的樣品溶液置于普通的熒光分光光度計中進行測定即可。

1體液中生物大分子的測定

1.1蛋白質

蛋白質的功能很多，與生命的起源和生物的進化、細胞結構、病毒、免疫、酶、激素、物質的遺傳等有密切的聯系，它是生命現象的物質基礎。蛋白質定量測定是生物化學和生命學科中經常涉及的分析內容，在臨床醫學中也有重要應用。目前，蛋白質測定方法主要有Lowry法[6]，Bradford法[7]，Biuret法[8]，BromoeersolGreen法[9]與Bormophenolblue法[10]等。Pasetmack[1]將RLS技術用于測定微量蛋白質以來，RLS法分析技術以其方法簡單、快速、靈敏度高，在生物大分子分析測定研究中的報道日益增多，靈敏度可達納克級[11]。

黃承志等研究了陰離子表面活性劑羅丹明B(RhodamineB，RhB)與十二烷基硫酸鈉(SDS)?駁鞍字侍逑檔?RLS光譜特征。實驗發現，SDS與HSA(humanserumalbumin，HSA)結合后再與RhB作用，其散射光強度增強。且RLS增強的程度與蛋白的濃度在一定范圍內呈線性關系。據此，建立了一種測定人血清中總蛋白質的新方法[12]。胡之德等基于在pH2.11的酸性溶液中，聚乙二醇辛基苯基醚(OP)對亮麗春紅5R?駁鞍字侍逑檔?RLS信號有強烈的增敏現象，建立了OP?駁鞍字濕擦晾齟漢?5R三元體系測定人血清中蛋白質濃度的新方法。該體系對人血清白蛋白檢測的線性范圍在0.0～10.0pg?mL-1之間，檢測限為5.0ng?mL-1，檢測實際樣品的回收率在97.80%～109.62%之間，方法令人滿意[13]。王錫寧等利用RLS技術測定白蛋白、紅蛋白。研究了間苯二酚黃??OP?駁鞍字侍逑?RLS光譜特性，確定了在340.0nm處，pH2.40，間苯二酚黃濃度為2.3×10-5mol?L-1，OP的濃度為3.0×10-5mol?L-1時為最佳反應條件，據此建立了一種靈敏度高的測定蛋白質的新方法[14]。薛蓓等研究了流動注射(FIA)??RLS技術聯用在線測定人血清中蛋白質含量。以SDS為熒光探針，利用未曾報道過的RLS與FIA聯用檢測人血清樣品中蛋白質含量。與單純用RLS法測定比較，分析時間由40min縮短至1min，RLS信號的重現性得到了顯著改善，提高了實驗的靈敏度和重現性[15]。梁宏等在普通熒光分光光度計上選擇合適的激發光和發射光通帶寬度，利用RLS技術，研究了生理pH值(7.43±0.02)，25℃下，金(Ⅲ)與血清白蛋白的相互作用。首次觀測到金(Ⅲ)對血清白蛋白的RLS強度隨著金(Ⅲ)濃度增加而降低。結果表明，金(Ⅲ)與血清白蛋白的結合會破壞血清白蛋白分子聚集，使血清白蛋白中的二硫橋鍵斷裂，導致白蛋白分子趨于松散，散射截面積減小，表現為RLS強度降低[16]。

1.2核酸

核酸是遺傳信息的載體和基因表達的物質基礎，在生物的生長、發育等活動中具有十分重要的作用。目前核酸分析測定的方法主要有分光光度法、熒光光度法、化學發光法、探針技術法、免疫分析法等，其中分光光度法[17]和熒光光度法[18]使用較多。紫外分光光度法操作簡單，但由于靈敏度低，測定的干擾因素多，使其在應用上受到了限制;熒光分析法具有選擇性好和靈敏度高，但熒光試劑價格昂貴，而且部分熒光試劑有致癌活性。針對上述情況，RLS法因操作簡便快速，靈敏度高，試劑無毒性等優勢，在核酸分析中也得到了廣泛的應用。

黃承志等利用溴化十六烷基三甲銨(cetyltrime??thylammonsiumbromide,CTMAB)是陽離子表面活性劑，核酸因帶有大量的磷酸根而帶負電荷的特性，證明了CTMAB和核酸通過靜電引力共吸附到液/液界面上形成兩性復合物，導致強烈增加的全內反射共振光散射(totalinternalreflectedresonancelightscattering，TIR??RLS)信號，TIR??RLS信號強度與核酸的濃度呈線性[19]。劉紹璞等研究了5種陽離子表面活性劑與核酸反應的RLS光譜[20]。陳展光等首次利用諾氟沙星做為RLS光譜探針，測定了葉綠體脫氧核糖核酸(ctDNA)。在pH5.87的BR(Britton??Robinson)緩沖溶液中，波長405.5nm處出現最大RLS峰，ctDNA的線性響應范圍為0.02～2.30μg?mL-1，檢測限為1.2ng?mL-1。還合成了希夫堿試劑三??(2??(鄰羥基苯基亞甲氨基)乙基)胺，并且研究了其與核酸在鹽酸介質中的反應。對希夫堿劑三??(2??(鄰羥基苯基亞甲氨基)乙基)胺??DNA體系的研究發現，在393.0nm處增加的RLS強度與核酸的濃度成線性關系(ctDNA，0.01～4.50μg?mL-1;fsDNA，0.01～5.00μg?mL-1)。ctDNA的檢測限是1.4ng?mL-1，fsDNA的檢測限是2.1ng?mL-1。結果與紫外?部杉?分光光度法測得結果一致[21]。林楓等研究在pH4.0介質中加入DNA和陽離子表面活性劑可使二甲酚橙的RLS增強，據此建立了以二甲酚橙為分子探針測定DNA的分析方法，適用于合成樣品中的DNA測定[22]。

2在化學藥分析中的應用

黃承志等利用具有雙親性的RhB??CTMAB全內反射共振光散射法測定肝素，肝素通過與RhB和CTMAB相互作用形成三元雙親性的復合物RhB?哺嗡鬲?CTMAB，而被RhB和CTMAB協同吸附在水/四氯化碳(H2O/CCl4)界面上，引起強烈的TIR??RLS增強信號用于肝素的測定[19]。陳展光等在氧氟沙星?曹縊刈?3B體系中發現，pH5.09的BR緩沖溶液中，在439.5nm處，0.10～2.50μg?mL-1范圍內的氧氟沙星與增加的RLS強度成線性關系。與此同時，在pH6.90，405.0nm處，0.05～3.00μg?mL-1范圍內的氧氟沙星與RLS強度成線性關系，檢測限分別為0.013μg?mL-1，0.021μg?mL-1[21]。氧氟沙星?曹縊刈?3B體系可用于人體的氧氟沙星血藥濃度測定。還建立了人血清中抗菌類四季銨化合物的RLS技術檢測方法[23]。陳展光等，建立的二溴羥基苯基熒光酮(DBHPF)?睬?通(Triton)X??100?差獾墓艙窆饃⑸涔餛仔綠逑擔?分析測定了中藥、頭發以及水中的微量鉬[21]。劉云富等研究發現在硫酸介質中，砷鉬雜多酸與堿性染料RhB締合導致RhB體系的RLS強度減弱，在一定濃度范圍內，砷(Ⅴ)的含量與體系減弱的RLS強度成線性關系，據此建立了RLS技術測定砷(Ⅴ)的新方法[24]。

3在中藥分析中的應用

黃承志等，研究了熒光素(Flu)?殘￠藜?(BE)全內反射共振光散射法測定小檗堿。采用TIR??RLS技術通過Flu與BE在水/1,2,二氯乙烷(H2O/DCE)界面反應研究了BE在界面上的特性。Flu與BE形成雙親性的復合物，在H2O/DCE界面富集，并引起強烈增加的TIR??RLS信號，最大吸收波長位于373.0nm，所得信號強度在一定范圍內與BE濃度成正比關系，檢測限為1.3ng?mL-1。本方法與藥典使用的HPLC方法對照靈敏度有所提高[19]。張憶華等，在pH為10.0的Tris緩沖溶液中建立了綠原酸??CTMAB??ctDNA體系，實驗表明，440.0nm處增強的RLS光強度(ΔIRLS)穩定，在0.002～0.10μg?mL-1的濃度范圍內，體系ΔIRLS與ctDNA的濃度具有良好的線性關系，檢測限為0.6ng?mL-1。在厚樸酚??CTMAB??ctDNA體系中，選擇pH值為10.0的Tris緩沖溶液來控制反應體系的酸度，356.0nm作為定量分析的波長。在0.02～1.00μg?mL-1的濃度范圍內，ΔIRLS與ctDNA的濃度具有良好的線性關系。在最佳反應條件，320.0nm處，pH10.0時，兒茶素??CTMAB??ctDNA體系在0.02～1.00μg?mL-1的濃度范圍內，ΔIRLS與ctDNA的濃度成線性關系。類似的實驗還有山柰酚??CTMAB??ctDNA體系。此外，張憶華還研究了三價稀土離子與槲皮素、山柰酚所形成的絡合物的RLS光譜，研究了ctDNA對它的淬滅作用。建立了Tb3+/Eu3+?查紋に鬲?ctDNA體系以及Tb3+/Eu3+?采借頭營?ctDNA體系，結果表明，槲皮素與山柰酚通過配位作用與Tb3+/Eu3+結合，引起體系RLS光強度的增加，而當加入ctDNA后，體系的RLS光強度降低，原因是ctDNA結構中的磷酸骨架可以與Tb3+和Eu3+發生螯合作用，導致溶液中ctDNA和山柰酚與Tb3+/Eu3+的競爭配位。該方法取得了明顯的實驗成果[25]。新晨

4結語

由于RLS技術是建立在普通光譜法基礎上，分析結果雖然是物質的散射光譜信息，但物質形態特征等卻不能被獲取。基于此問題，一種結合顯微成像技術的共振光散射成像技術被建立起來，對生物大分子的聚集形態進行了深入的研究和探討[26]，儀器的性能和工作條件對所獲信號影響大。由于RLS光譜在較大光譜通帶下獲得，因而不利于光譜精細結構的研究。雖然我們知道散射光強度與散射粒子濃度有關，但出發點是從同步光譜開始的，顯然其測定公式推導并未涉及RLS的散射本質。因此，用于分析化學的RLS技術原理與定量基礎尚未有定論。雖然RLS技術作為一種新興的分析測定技術存在一些不足，但隨著RLS技術理論和應用上研究的深入，使RLS技術不斷朝著痕量、高效、微觀和自動化方向發展，極大地提高了RLS技術分析法的靈敏度，選擇性和特異性，應用領域不斷擴大。已報道的有關藥物的RLS分析方法主要涉及如下藥物：肝素[27]、地喹氯銨[23]、鹽酸小檗堿[28]、多糖[29]、蘆丁[30]、氨基糖苷抗生素[31]、青霉素[32]等。除了一些常規的測定藥物的RLS方法之外，近幾年還發展了以下幾種方法[12]：RLS成像技術、FIA??RLS技術、雙波長比率RLS技術等。RLS技術以其更靈敏、更方便，不需要熒光物質的特定體系等優勢，必將更好地為藥物分析測試服務。

【參考文獻】

篇（9）

中圖分類號：B2-031

文獻標識碼：A　文章編號：1673-7717(2008)01-0174-02

生物的遺傳物質核糖核酸/脫氧核糖核酸(RNA/DNA)由核苷酸組成。不同的核苷酸按所含堿基的不同分為4種，這些堿基為腺嘌呤(adenine，A)、鳥嘌呤(guanine，G)、胞嘧啶(cytosine，C)和胸腺嘧啶(thymine，T，為DNA特有)或尿嘧啶(uracil，U，為RNA特有)。張洪鈞、彭莉等按照AGCT化學特性依據中國陰陽理論進行陰陽分類――嘌呤(AC．)屬陰，嘧啶(CT)屬陽；而二者又可以分別再分陰陽，即A為陰中之陰，G為陰中之陽，C為陽中之陽，T為陽中之陰”。實際上，4x4x4=64種三聯碼說蘊含的生命含義也是可以根據標準氨基酸的分子特性繼續演化其整體含義的。

1　基因組本質是精的集中體現

基因組是人體精氣的凝聚態，是人體的微觀信息調控中心，體現了人體的整體性，含有生命的全部信息。功能的整體必然由有序的結構所完成。三聯碼密碼不是隨機排列的，是在結構有序的情況下完成的整體排列，是根據遺傳物質核糖核酸/脫氧核糖核酸(RNA/DNA)以及標準氨基酸分子的結構功能整體特性(陰陽)進行分類的。

生命是整體的，是生命的結構與功能的統一體，結構的有序性是功能統一的基礎；生命是從原始的化學振蕩不斷進化發展過來的，正是由于生物大分子的有序運動。才最后形成了生命整體，生物大分子的有序運動是構成生命整體的基礎條件。

2　密碼子的整體含義

2．1　密碼子與陰陽4×4×4=64種聯碼是由陰陽演化而來的，64密碼子與易經的64卦遙相呼應，反映了整體的演化規律，蘊含著最基本的陰陽，密碼子不是隨機也不是偶然的，而是在陰陽的相互組合中完成了生命的有形顯示和相互聯系。生命的發展進化是在與大自然和諧統一的過程中逐步發展過來的，其內在的生命密碼予必然與自然界的根本規律相一致。核糖核酸/脫氧核糖核酸是有序分布的，標準氨基酸也是有序分布的。

64密碼子是陰陽轉化的，代表了陰陽在64卦中的演化規律。根據中醫學取象比類所方法，c為陽中之陽，那么CCC在64卦中就屬于乾；A為陰中之陰，AAA就代表了坤，其余類推。各三聯碼密碼子代表了整體的陰陽屬性，它的卦象代表了它在64卦中的陰陽整體屬性。整體是關鍵的，即使在不同的星球進化，生命的物質和分子構成可能不同，但是整體還是一樣的；整體是形成分子運動整體性的主導，而分子的運動則體現了整體。

2．2　三聯碼密碼子各脫氧核糖核酸的含義　第一個脫氧核糖核酸代表了這種標準氨基酸的空間結構特性，結構的剛與柔等，空間的占位等。

例如：CCC代表了脯氨酸(β-吡咯烷基-α-羧酸，見圖1)，與一般的α-氨基不同，是一種亞氨基酸，側鏈取代了自身氨基上的一個氫原子而形成雜環結構。這種雜環結構在空間上變現為剛性，不易折疊，阻礙了其他分子的接近。卦象就表示為乾。

AAA代表了賴氨酸(α,ε-二氨基己酸，見圖2)，側鏈是含4個C原子的直鏈烷胺，側鏈的胺基帶有正電性，可以折疊與羧基(帶有負電性)相互接近，形成一個較為穩定的環，表現出較大的柔韌性。卦象就表示為坤。

其他氨基酸依此類推。

第二個脫氧核糖核酸則與這種標準氨基酸的等電點很有關系，郭同新認為：“標準氨基酸按等電點去排列．可顯示出氨基酸化學性質的周期性，與遺傳密碼方陣結合，得出氨基酸密碼編輯的內在聯系。”此處不再贅述。

第三個脫氧核糖核酸則表示了代表這種標準氨基酸的密碼子在64密碼子整體中的變動性和擺動性。ATGC相互間有截然不同特點的氫健和色散兩種作用形式，氫鍵作用動力具有高度的方向性，而色散作用動力不具有方向性，只是有強烈的加和性。人類基因組中起主要作用的富含c+G遺傳基因就是由高度方向性的氫鍵動力能作為四個堿基聚合成主導DNA的先導條件。而起著啟動、終止、轉錄等副旋律作用的富含T+A遺傳基因則由色散作用動力能作為四個堿基聚合成副旋律DNA的先導條件。這就是人類基因組的根本特點，而其他生物種就沒有這種特征。因為它們是就一開始用氫鍵動力和色散動力同時混在一起的方式來起作用的，只是兩者的比例不同而已。當然生物體越高級，氫鍵作用動力占越大的比例。這種作用形式也體現了生命的進化性和主動性。生命的“陽”具有這種主動性的特點。

2．3　基因數目的推測　整體是微觀基因組整體的指導，在整體的作用下，形成了具體的基因組。而按照中醫基礎理論，人體由生克制化相互作用的五臟組成，五臟互含即每臟也由生克制化的五臟相互作用構成。由此組成了整體。按照整體一致性原則，基因組整體也由五臟基因組模塊組成，每臟基因組模塊也由相應的五臟基因組亞模塊組成。那么總的基因數目如下：55×(60/5)=37500。

解釋：人整體有五臟，每臟又有五臟，所以共有5×5×5×5×5×5種變化。而三聯體密碼共64個，減去1個起始子與3個終止子，共60個，60個密碼子分配在5個亞模塊臟中，每個亞模塊12個密碼子，那么基因的數目是37500個。平均每基因含核酸數目55個。

這只是推測。基因的數目和位置以及大小在基因組中還有個優化過程。基因組作為人體整體的信息系統，和自然界也是和諧統一的，自然界的信息在基因組中得到了統一集中體現。

3　非基因部分與基因的關系

人類的元整體是在與卵子在相合的瞬間形成的，精卵結合后各自的親和力等特性消失了，而受精卵的特性則在此基礎上建立起來了。精卵結合的瞬間(精卵特性消失的瞬間和受精卵形成之前)首先形成了人類的最初整體――元整體，元整體自此開始演化，從無形逐漸演化有形，從太極-陰陽-五行以至最后演化成有形的基因組。

基因與非基因的關系也在此基礎上形成了，基因是基因組整體的有形整體，而非基因部分則是基因的場；這個場是生命的場，具有能動性，可以調控基因，保持基因的相對穩定，而且可以相互聯系，促使基因的優化、基因的相互調控與基因組整體的形成。基因的均一化作用也說明了這一點。

4　結論

基因組是整體的，是人整體的信息的集中體現，是與人體平衡存在的自然界的信息的集中體現。生命是有序的，有序的生命必然由有序的生命大分子的有序運動組成。取類比象應該建立在脫氧核苷酸與其他生命大分子的結構與功能的基礎上。中醫基本理論包括陰陽、五行和易經是可以來解譯基因組的。整體是一切生命運動的根本。

寒冷天氣有利流感病毒存活

美國科學家日前證實，流感病毒在寒冷、干燥的氣候環境里存活時間更長，主要原因在于寒冷天氣中人體內的黏液分泌遲鈍。無法將病毒清除。

據英國《新科學家》網站報道，美國紐約西奈山醫學院研究小組在彼得?帕萊塞帶領下進行實驗，讓數百只豚鼠在不同的溫度和濕度下接觸同一種人類的流感病毒。他們把豚鼠放在籠子里，使空氣從生病的豚鼠流向健康的豚鼠。

篇（10）

Abstract:The application and the development of the resonance light scattering (RLS) method used in drug determination and the biomacromolecule determination was reviewed. The application of RLS in pharmaceutical quantification in biological fluids，and the application of RLS in quantification of Chinese medicine were reviewed. This method might be a novel way for the determination macromolecular drugs and other medicinal ingredients in vivo.

Key words:resonance light scattering; pharmaceutical quantification

共振光散射(resonance light scattering，RLS)是利用普通熒光分光光度法對散射光進行測量的一種散射光分析技術[1]。該技術由于其簡單、快速、靈敏的分析特點，吸引了生命科學、分析化學、環境科學、材料科學等領域的分析工作者對其理論和應用進行了深入的研究，促進了分析學科內部各個分支之間的聯系，尤其是在生化領域已經取得一定的研究成果[2]。

光散射現象廣泛存在于光與粒子相互作用的過程中，當介質中粒子的直徑(d)與入射光波長(λ0)存在d≤0.05 λ0時，產生的是以瑞利(Rayleigh)散射為主的分子散射光[3]。根據RLS理論可以得到散射光強度與散射粒子的濃度c成正比的關系，即IRLS=Kcb。據此可以用于大分子物質溶液的分析測定[1]。

RLS分析法靈敏度高，操作簡單方便，可通過普通熒光分光光度計同步掃描得到完整的RLS特征光譜和相應RLS峰。由于RLS法源于Rayleigh散射光吸收光譜，它對分子結構大小和形狀(如球形、鏈形、無規則線團等)、電荷分布、鍵合性質等研究還能提供新的、更豐富的信息。近年來的研究證明，RLS法還可用于痕量金屬、表面活性劑以及納米材料[4，5]等方面的研究測定。該方法一般不需要對樣品進行復雜的化學預處理，避免了一系列煩瑣的操作程序，而直接將處理好的樣品溶液置于普通的熒光分光光度計中進行測定即可。

1 體液中生物大分子的測定

1.1 蛋白質

蛋白質的功能很多，與生命的起源和生物的進化、細胞結構、病毒、免疫、酶、激素、物質的遺傳等有密切的聯系，它是生命現象的物質基礎。蛋白質定量測定是生物化學和生命學科中經常涉及的分析內容，在臨床醫學中也有重要應用。目前，蛋白質測定方法主要有Lowry法[6]，Bradford法[7]，Biuret法[8]，Bromoeersol Green法[9]與Bormophenol blue法[10]等。Pasetmack[1]將RLS技術用于測定微量蛋白質以來，RLS法分析技術以其方法簡單、快速、靈敏度高，在生物大分子分析測定研究中的報道日益增多，靈敏度可達納克級[11]。

黃承志等研究了陰離子表面活性劑羅丹明B(Rhodamine B，RhB)與十二烷基硫酸鈉(SDS)蛋白質體系的RLS光譜特征。實驗發現，SDS與HSA(human serum albumin，HSA)結合后再與RhB作用，其散射光強度增強。且 RLS增強的程度與蛋白的濃度在一定范圍內呈線性關系。據此，建立了一種測定人血清中總蛋白質的新方法 [12]。胡之德等基于在pH2.11的酸性溶液中，聚乙二醇辛基苯基醚(OP)對亮麗春紅5R蛋白質體系的RLS信號有強烈的增敏現象，建立了OP蛋白質亮麗春紅5R三元體系測定人血清中蛋白質濃度的新方法。該體系對人血清白蛋白檢測的線性范圍在0.0～10.0 pg·mL-1之間，檢測限為5.0 ng·mL-1，檢測實際樣品的回收率在97.80%～109.62%之間，方法令人滿意[13]。王錫寧等利用RLS技術測定白蛋白、紅蛋白。研究了間苯二酚黃OP蛋白質體系RLS光譜特性，確定了在340.0 nm處，pH2.40，間苯二酚黃濃度為2.3×10-5 mol·L-1，OP的濃度為3.0×10-5 mol·L-1時為最佳反應條件，據此建立了一種靈敏度高的測定蛋白質的新方法[14]。薛蓓等研究了流動注射(FIA) RLS技術聯用在線測定人血清中蛋白質含量。以SDS為熒光探針，利用未曾報道過的RLS與FIA聯用檢測人血清樣品中蛋白質含量。與單純用RLS法測定比較，分析時間由40 min縮短至1 min，RLS信號的重現性得到了顯著改善，提高了實驗的靈敏度和重現性[15]。梁宏等在普通熒光分光光度計上選擇合適的激發光和發射光通帶寬度，利用RLS技術，研究了生理pH值(7.43±0.02)，25 ℃下，金(Ⅲ)與血清白蛋白的相互作用。首次觀測到金(Ⅲ)對血清白蛋白的RLS強度隨著金(Ⅲ)濃度增加而降低。結果表明，金(Ⅲ)與血清白蛋白的結合會破壞血清白蛋白分子聚集，使血清白蛋白中的二硫橋鍵斷裂，導致白蛋白分子趨于松散，散射截面積減小，表現為RLS強度降低[16]。

1.2 核酸

核酸是遺傳信息的載體和基因表達的物質基礎，在生物的生長、發育等活動中具有十分重要的作用。目前核酸分析測定的方法主要有分光光度法、熒光光度法、化學發光法、探針技術法、免疫分析法等，其中分光光度法[17]和熒光光度法[18]使用較多。紫外分光光度法操作簡單，但由于靈敏度低，測定的干擾因素多，使其在應用上受到了限制;熒光分析法具有選擇性好和靈敏度高，但熒光試劑價格昂貴，而且部分熒光試劑有致癌活性。針對上述情況，RLS法因操作簡便快速，靈敏度高，試劑無毒性等優勢，在核酸分析中也得到了廣泛的應用。

黃承志等利用溴化十六烷基三甲銨(cetyltrimethylammonsium bromide，CTMAB)是陽離子表面活性劑，核酸因帶有大量的磷酸根而帶負電荷的特性，證明了CTMAB和核酸通過靜電引力共吸附到液/液界面上形成兩性復合物，導致強烈增加的全內反射共振光散射(total internal reflected resonance light scattering，TIRRLS)信號，TIRRLS信號強度與核酸的濃度呈線性[19]。劉紹璞等研究了5種陽離子表面活性劑與核酸反應的RLS光譜[20]。陳展光等首次利用諾氟沙星做為RLS光譜探針，測定了葉綠體脫氧核糖核酸(ctDNA)。在pH5.87的BR(BrittonRobinson)緩沖溶液中，波長405.5 nm處出現最大RLS峰，ctDNA的線性響應范圍為0.02～2.30 μg·mL-1，檢測限為1.2 ng·mL-1。還合成了希夫堿試劑三(2(鄰羥基苯基亞甲氨基)乙基)胺，并且研究了其與核酸在鹽酸介質中的反應。對希夫堿劑三(2(鄰羥基苯基亞甲氨基)乙基)胺DNA體系的研究發現，在393.0nm處增加的RLS強度與核酸的濃度成線性關系(ctDNA，0.01～4.50 μg·mL-1;fsDNA，0.01～5.00 μg·mL-1)。ctDNA的檢測限是1.4 ng·mL-1，fsDNA的檢測限是2.1 ng·mL-1。結果與紫外可見分光光度法測得結果一致 [21]。林楓等研究在pH4.0介質中加入DNA和陽離子表面活性劑可使二甲酚橙的RLS增強，據此建立了以二甲酚橙為分子探針測定DNA的分析方法，適用于合成樣品中的DNA測定[22]。

2 在化學藥分析中的應用

黃承志等利用具有雙親性的RhBCTMAB全內反射共振光散射法測定肝素，肝素通過與RhB和CTMAB相互作用形成三元雙親性的復合物RhB肝素CTMAB，而被RhB和CTMAB協同吸附在水/四氯化碳(H2O/CCl4)界面上，引起強烈的TIRRLS增強信號用于肝素的測定[19]。陳展光等在氧氟沙星茜素紫3B體系中發現，pH5.09的BR緩沖溶液中，在439.5 nm處，0.10～2.50 μg·mL-1范圍內的氧氟沙星與增加的RLS強度成線性關系。與此同時，在pH6.90，405.0 nm處，0.05～3.00 μg·mL-1范圍內的氧氟沙星與RLS強度成線性關系，檢測限分別為0.013 μg·mL-1，0.021 μg·mL-1[21]。氧氟沙星茜素紫3B體系可用于人體的氧氟沙星血藥濃度測定。還建立了人血清中抗菌類四季銨化合物的RLS技術檢測方法[23]。陳展光等，建立的二溴羥基苯基熒光酮(DBHPF)曲通(Triton)X100鉬的共振光散射光譜新體系，分析測定了中藥、頭發以及水中的微量鉬[21]。劉云富等研究發現在硫酸介質中，砷鉬雜多酸與堿性染料RhB締合導致RhB體系的RLS強度減弱，在一定濃度范圍內，砷(Ⅴ)的含量與體系減弱的RLS強度成線性關系，據此建立了RLS技術測定砷(Ⅴ)的新方法[24]。

3 在中藥分析中的應用

黃承志等，研究了熒光素(Flu)小檗堿(BE)全內反射共振光散射法測定小檗堿。采用TIRRLS技術通過Flu與BE在水/1，2，二氯乙烷(H2O/DCE)界面反應研究了BE在界面上的特性。Flu與BE形成雙親性的復合物，在H2O/DCE界面富集，并引起強烈增加的TIRRLS信號，最大吸收波長位于373.0 nm，所得信號強度在一定范圍內與BE濃度成正比關系，檢測限為1.3 ng·mL-1。本方法與藥典使用的HPLC方法對照靈敏度有所提高 [19]。張憶華等，在pH為10.0的Tris緩沖溶液中建立了綠原酸CTMABctDNA體系，實驗表明，440.0 nm處增強的RLS光強度(ΔIRLS)穩定，在0.002～0.10μg·mL-1的濃度范圍內，體系ΔIRLS與ctDNA的濃度具有良好的線性關系，檢測限為0.6 ng·mL-1。在厚樸酚CTMABctDNA體系中，選擇pH值為10.0的Tris緩沖溶液來控制反應體系的酸度，356.0 nm作為定量分析的波長。在0.02～1.00 μg·mL-1的濃度范圍內，ΔIRLS與ctDNA的濃度具有良好的線性關系。在最佳反應條件，320.0 nm處，pH10.0時，兒茶素CTMABctDNA體系在0.02～1.00 μg·mL-1的濃度范圍內，ΔIRLS與ctDNA的濃度成線性關系。類似的實驗還有山柰酚CTMABctDNA體系。此外，張憶華還研究了三價稀土離子與槲皮素、山柰酚所形成的絡合物的RLS光譜，研究了ctDNA對它的淬滅作用。建立了Tb3+/Eu3+槲皮素ctDNA體系以及Tb3+/Eu3+山柰酚ctDNA體系，結果表明，槲皮素與山柰酚通過配位作用與Tb3+/Eu3+結合，引起體系RLS光強度的增加，而當加入ctDNA后，體系的RLS光強度降低，原因是ctDNA結構中的磷酸骨架可以與Tb3+和Eu3+發生螯合作用，導致溶液中ctDNA和山柰酚與Tb3+/Eu3+的競爭配位。該方法取得了明顯的實驗成果[25]。

4 結語

由于RLS技術是建立在普通光譜法基礎上，分析結果雖然是物質的散射光譜信息，但物質形態特征等卻不能被獲取。基于此問題，一種結合顯微成像技術的共振光散射成像技術被建立起來，對生物大分子的聚集形態進行了深入的研究和探討[26]，儀器的性能和工作條件對所獲信號影響大。由于RLS光譜在較大光譜通帶下獲得，因而不利于光譜精細結構的研究。雖然我們知道散射光強度與散射粒子濃度有關，但出發點是從同步光譜開始的，顯然其測定公式推導并未涉及RLS的散射本質。因此，用于分析化學的RLS技術原理與定量基礎尚未有定論。雖然RLS技術作為一種新興的分析測定技術存在一些不足，但隨著RLS技術理論和應用上研究的深入，使RLS技術不斷朝著痕量、高效、微觀和自動化方向發展，極大地提高了RLS技術分析法的靈敏度，選擇性和特異性，應用領域不斷擴大。已報道的有關藥物的RLS分析方法主要涉及如下藥物：肝素[27]、地喹氯銨[23]、鹽酸小檗堿[28]、多糖[29]、蘆丁[30]、氨基糖苷抗生素[31]、青霉素[32]等。除了一些常規的測定藥物的RLS方法之外，近幾年還發展了以下幾種方法[12]： RLS成像技術、FIARLS技術、雙波長比率RLS技術等。RLS技術以其更靈敏、更方便，不需要熒光物質的特定體系等優勢，必將更好地為藥物分析測試服務。

參考文獻

[1] PASTERNACK R F，COLLINGS P J. Resonance light scattering: A new technique for studying chromophore aggregation[J]. Science，1995，269: 935-939.

[2] HUANG C Z，LI K A，TONG S Y. Determination of nucleic acids by a resonance lightscattering technique with α，β，γ，δtetrakis[4(trimethylammoniumyl)phenyl]porphine[J].Anal.Chemistry，1996，68: 2259-2263.

[3] HUANG C Z，LI Y F. Resonance light scattering technique used for biochemical and pharmaceutical analysis[J].Anal Chim Acta， 2003，500(1-2): 105-117.

[4] 蔣治良，劉紹璞，劉慶業. 碳納米微粒的共振散射光譜研究[J]. 應用化學: 2002，19(1): 22-25.

[5] 鐘福新，蔣治良，李芳， 等.CoFe2O4納米粒子的共振散射光譜研究[J].光譜學與光譜分析: 2000，20(5): 724-726.

[6] LOWRY O H，ROSEBROUGH N J，FARR A L， et al. Protein measurement with the Folin phenol reagent[J].J Biol Chem，1951，193: 265-275.

[7] BRADFORD M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of proteindye binding[J].Anal Biochem，1976，72: 248-254

[8] MATSUSHITA M，RINO T，KOMODA T. Determination of proteins by a reverse biuret method combined with the copperbathocuproine chelate reaction[J]. Clin Chim Acta，1993，216(1-2): 103-111.

[9] DOUMAS BT，PETERS T J. Serum and urine albumin: a progress report on their measurement and clinical significance[J].Clin Chim Acta，1997，258(1): 3-20.

[10] LIANG X H，ZHANG Y N，WANG Y J，et al. Analysis of translocation of the CagA protein and induction of a scattering phenotype in AGS cells infected with helicobacter pylori[J].Biomedical and Environmental Sciences，2009，22(5):394-400.

[11] HUANG C Z，LI Y F，LIU X D. Determination of nucleic acids at nanogram levels with safranine T by a resonance light scattering technique[J].Anal Chim Acta，1998，375: 89-97.

[12] 黃承志，陳彪. 共振光散射技術在蛋白及其藥物分析中的應用研究[D]. 重慶: 西南大學，2007.

[13] 胡之德，薛蓓. 共振光散射新方法定量分析蛋白質[D]. 蘭州: 蘭州大學. 2008.

[14] 王錫寧，戚瑞玲，邢金川. 利用共振光散射技術測定白蛋白、紅蛋白方法的探討[J]. 預防醫學文獻信息，2003，9(4): 423-426.

[15] 薛蓓，胡之德. 流動注射一共振光散射技術聯用在線測定人血清中蛋白質含量[J]. 蘭州大學學報(自然科學版)，2008，44(2): 142-143.

[16] 宋王爭，梁宏. 金(Ⅲ)與血清白蛋白的共振散射光譜研究[J]. 廣西師范大學學報(自然科學版)，2002，20(4): 68-70.

[17] 李天劍，沈含熙，羅云凈. 乙基紫標記分光光度法測定脫氧核糖核酸[J]. 分析化學，1998，26: 1372-1375.

[18] CI Y X，LI Y Z，LIU X J. Selective determination of DNA by its enhancement effect on the fluorescence the Eu3+tetracycline complex[J].Anal Chim Acta，1995，67: 1785-1788.

[19] 黃承志，龐小兵. 共振光散射新技術在生化和藥物分析中的應用研究[D].重慶：西南師范大學，2004.

[20] LIU S P，HU X L，LUO H Q，et al. Resonance Rayleigh scattering spectral characteristics of interaction of nucleic acids with some cationic surfactants and their analytical applications[J].Science In China (Series B)，2002，45(2): 173-183.

[21] 陳展光，張太玉. 共振光散射技術在生化分析與藥物分析中的研究及應用[D].汕頭：汕頭大學，2006.

[22] 林楓，劉利軍，馮寧川. 二甲酚橙共振光散射法測定DNA[J]. 中國醫藥工業雜志，2005，36(9): 557-559.

[23] CHEN Z G，PENG Y R，CHEN J H. Determination of antibacterial quaternary ammonium compound in lozenges and human serum by resonance light scattering technique[J].J Pharm Biomed Anal，2008，48: 946-950.

[24] 劉云富，李貴榮，譚廣輝. 人發中微量砷共振光散射法測定[J]. 中國公共衛生，2008，24(2): 253-254.

[25] 張憶華，李娟. 共振光散射光譜法在生物大分子檢測中的應用研究[D]. 吉林: 吉林大學，2009.

[26] 黃承志，王斌. 共振光散射在核酸及生物分析中的應用[D]. 重慶: 西南大學，2008.

[27] 賀薇，李原芳，譚克俊，等. 金納米棒與肝素相互作用的表征及肝素的等離子共振光散射分析法[J].科學通報，2007，52(24): 2840-2845.

[28] LIU S P，FENG P. Resonance rayleigh scattering for the determination of Berberine in tablet form with some acidic xanthene fluorescent dyes[J]. Mikrochim Acta， 2002，140(3-4): 189-193.

[29] ZHANG S Z，ZHAO F L，LI K A，et al. A study on the interaction between concanavalin A and glycogen by light scattering technique and its analytical application[J].Talanta，2001，54(2): 333-342.