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國家中長期科學與技術發展戰略規劃研究(編輯修改稿)

2026-03-05 11:59 本頁面

　

【文章內容簡介】理，鑒定和利用相應的基因，加快農作物的遺傳改良。另外，蛋白質為主體的生物技術在化工、能源、環境等方面都有重大的應用前景和潛力。總之，對蛋白質研究計劃的實施，不僅會促進人類對生命本質的認識，它同時也將有助于我們人類解決所面臨的眾多生存問題。二、蛋白質研究計劃的主要方面就蛋白質而言，科學家最為關注的是它們在所有生命有機體內所發揮的形形色色的生物學功能：從成千上萬種生物化學反應的催化到生物對各種有害環境的抵御，從形成生物個體形態的機械支持到生命有機體所產生的各種微觀和宏觀的機械運動，從將太陽能轉換為化學能的光合作用到遺傳信息的復制、表達和修復等。盡管科學家已經對大量蛋白開展過不同程度的研究，但從基因組 DNA測序所獲得的信息來看，科學家對生物體內還有大約一半的蛋白質分子還從未有過任何了解。在“后基因組時代”，我們必須回答他們在生物體內發揮何種功能。蛋白質的生物學功能對于生命科學家而言，可能最為關心的是每一種蛋白質在生物有機體內究竟完成什么樣的生物學功能。基因組 DNA測序的主要結果是揭示了每一種模式生物的遺傳信息所編碼的總蛋白的大概數目和每一種蛋白質的可能氨基酸序列。根據對不同生物的基因組測序所預測出的編碼蛋白質分子中，我們對其中大約一半的蛋白質分子還未曾有過任何接觸，在“后基因組時代”我們測定它們的結構并認識它們的生物學功能。對蛋白質結構的了解終究是服務于對其功能的認識。在認識某一正常（如細胞的分裂、分化，個體的發育，思維和記憶的分子基礎等）或異常（像細胞的癌變等機體病變）的生命現象時，我們都首先需要了解的是參與有關過程的蛋白質分子種類和它們各自所發揮的生物學功能。而要認識某種蛋白質在生命有機體內的功能還仍舊缺乏普遍適用的方法。因此與測定蛋白質的靜態三維結構相比，認識蛋白質功能的工作更為艱巨和更富挑戰性。也使得認識蛋白質的生物學功能成為未來一個從理論到方法都極需創新的領域。蛋白質發揮功能的結構基礎盡管對蛋白質結構的研究在上個世紀的中期就已經開始了，但其工作還遠未結束。目前的物理學手段（比較重要是 X射線晶體衍射方法）在測定蛋白質靜態三維空間結構方面已經相當有效。但對于很多無法形成晶體的蛋白質而言，目前還沒有有效的物理方法能夠用于測定它們的空間結構（但通過核磁共振和電子顯微學方法測定這類蛋白質結構的方法學正在發展之中）。而且，對于蛋白質發揮生物學功能而言，更為重要的是在原子和分子水平測定其發揮作用過程中其非共價結構的快速動態變化。在后一方面的研究理論和研究手段方面都幾乎還是空白，迫切需要物理學家、化學家和數學家等的參與。蛋白質分子之間以及蛋白質分子與其它生物分子之間的相互作用生物體的基本結構單位是細胞。近年的研究使得人們日益認識到，在細胞內成千上萬種蛋白質分子之間并不是孤立地發揮其生物學功能的，它們需要在特異相互識別基礎上進行可逆的“弱”相互作用，而形成不同的蛋白質“機器”，進而完成不同的生物學功能。同時，蛋白質生物學功能的發揮也依賴于蛋白分子與非蛋白質分子（如核酸、糖、脂類和各種小分子）之間特異的、可逆的、動態的和可調節的相互作用而實現 . 理解和分析這些強度不一的特異“弱”相互作用、這種相互作用所形成的網絡以及通過這種相互作用所實現的信息的傳遞和功能的協調是認識很多生命過程的基礎。認識蛋白質分子之間這種“弱”相互作用的本質和規律自然離不開物理學家、化學家、數學家等提供思考的理論和探索的方法。細胞中蛋白種類的時間和空間差異像動物和植物這樣的多細胞生物發育過程的關鍵是細胞的分化（即從一個細胞分裂形成的后代細胞不斷出現差異的過程），即從一個單一的受精卵細胞開始，通過不斷的細胞的分裂和分化而形成不同的組織和器官。與早期推測完全不同的是，分子

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