化学胚胎学

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化学胚胎学(chemical embryology),胚胎学生物化学之间的边缘学科,研究动物胚胎发育化学基础。化学胚胎学的兴起是实验胚胎学对发育机制进行理化分析的必然结果。当前化学胚胎学的发展趋势是深入到分子水平来探讨卵子成熟、受精胚胎的生长、分化和形态发生的机制。因此,它又正在演变为分子胚胎学
  动物胚胎发育的化学方面的研究肇源于J.洛布对海胆受精和单性生殖的理化分析。1931年J.李约瑟之《化学胚胎学》系统地阐述了化学胚胎学的研究对象和方法,并总结了有关胚胎的化学组成、营养和代谢等方面的大量资料,建立了初步的学科体系,但主要内容多限于胚胎发育的化学方面。
  化学胚胎学的发展大致可分为3个时期:
  ①第二次世界大战前的初期研究中,卵和胚胎只是被生化学家看成是研究某些问题的方便材料,很少涉及胚胎的形态发生问题。在对胚胎和低等无脊椎动物再生过程的呼吸代谢研究基础上,提出了代谢轴级学说来解释卵的极性和发育图式,可以说是从生化方面寻找形态发生原因的初步尝试。
  ②“组织者”和胚胎诱导现象的发现,给予化学胚胎学的发展很大的推动(见胚胎诱导作用)。40年代初期探寻“形态发生激素”的热潮,使化学胚胎学进入到把生化研究和形态发生研究相互联系起来的时期。J.李约瑟的第二本书《生物化学和形态发生》(1942)中,提出的3个问题,即形态构造的生物大分子基础,胚胎发育中的化学变化以及“形态发生激素”的化学本质,是此后20多年研究的主题。此外,J.布拉谢用细胞化学方法研究卵子发生、成熟、受精和早期胚胎发育中核糖核酸细胞的生长、分化、蛋白质合成的关系,使胚胎化学和细胞学结合起来,对这一时期的发展也有很大的影响。他的《化学胚胎学》(1944)和《发育的生物化学》(1960)两部著作,是对60年代以前的研究成果的总结。
  这一时期对受精时卵的皮层反应和代谢变化,精卵结合的专一性,进行了深入的研究,并发现卵和早期胚胎的代谢图式、核糖核蛋白的分布同形态发生梯度(见卵轴)存在平行的关系。对两栖类发育过程中的能量代谢(在卵内的储存、释放和转化)也进行了系统的研究。对肌肉晶状体等分化过程中,酶和组织专一抗原出现时序和分布变化的大量研究,表明细胞的形态分化出现前先要有化学分化,并形成了细胞分化的基础是专一蛋白质合成的重要概念。
  ③50年代初期以来,两栖类初级胚胎诱导作用的研究仍侧重于从高等动物组织中提取的具有诱导作用的诱导物质的化学分析。这方面的主要成果是证明了中胚层诱导物质(M)是蛋白质性质的(鸡胚的中胚层诱导蛋白质的分子量约为30000),而神经诱导物质(N)是核糖核酸蛋白质(起作用的是蛋白质部分)。胚胎自身的诱导物质存在的状态是了解“组织者”现象的关键,但这方面的研究至今尚无多大进展。此外,神经生长因子(NGF)及其他生长因子抑素的发现,加深了对细胞生长调控的了解。
  专一诱导物质的发现为研究胚胎分化提供了一个有力的工具。然而,早期胚胎中的初级诱导系统过于复杂,难以分析。这方面研究的进展主要是在离体培养的晚期发育系统(如后肾、胰腺唾腺等器官原基)和终末分化系统(晶状体和红细胞)上取得的。这些工作证明细胞分化依赖于表型专一的大分子(mRNA和蛋白质)的合成。下一步有待解决的是这种合成活动的遗传控制,或者说细胞分化中基因表达的调控。从而使化学胚胎学逐渐进入到从分子水平来研究发育过程中基因的表达,以及新合成的蛋白质等生物大分子如何装配成有功能的形态结构的时期。于是,化学胚胎学便逐渐转变成分子胚胎学。
  化学胚胎学是处于过渡阶段的边缘科学。它的发展和生物化学的发展有密切联系,反映了如何从生化观点到分子生物学观点来看待动物发育问题的过程。另一方面,化学胚胎学的成就又推动了生物化学的发展,特别是对蛋白质生物合成概念的形成,有很大的影响。此外,对癌变、再生等医学问题的基础研究也有深刻的影响。
  参考书目
 J.布拉谢著,严绍颐、陆德裕译:《发育的生物化学》,科学出版社,北京,1964。(J.Brachet,The Biochemistry of Development,Pergamon Press,1960.)

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