DNA双螺旋结构研究_生物论文作业

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DNA双螺旋结构

摘要：1953年4月25日在生物科学史上是个值得几年的日子，两位科学家在《自然》杂志上发表了一篇论文展示了他们的研究成果——DNA双螺旋分子模型，这不足两页的论文在随后向世界展示了伟大的力量。DNA的发现及研究经历了无数来自不同领域科学家的努力，其研究成果在生物科学史上具有重大意义，其研究过程也极具教育意义，带给我们很多启发。 关键词：双螺旋结构、发展、分子生物学、启发

20世纪对于遗传学而言极其特殊，成为发展最快、变化最烈的生物科学学科。1900年，孟德尔解释的生物遗传被重新发现，2000年人类基因组全序列工作草图宣告完成，这展现了整整100年来遗传学的重大成就，而将这两件大事连接起来的则是1953年沃森和克里克共同提出DNA双螺旋结构模型。 一、发现历程——多代科学家的努力

DNA，其中文译名为脱氧核糖核酸，其结构为双螺旋结构，是染色体的主要化学成分，DNA或RNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列被称为基因。这些在现代生物学书籍上翻阅即见的知识经历了及其复杂的发现历程。

1859年，达尔文在《物种的起源》一书提出生物进化学说，系统地提出了遗传在生命世界中的重要作用。

1865年，孟德尔通过豌豆子代性状显示的规律，首先发现了由父母向子代遗传，并且能够一代一代遗传下去的。但他的发现过了30多年以后才被其他几位科学家重新发现。

1869年科学家迈斯切从鱼的精子细胞核中分离出DNA分子。 1882年弗莱明 在火蜥蜴幼虫体内发现染色体。 1914年富尔根发现DNA可以染色。

1920年代，生化学家分析了DNA的分子构成，发现它由四种核苷酸分子组成。

1944年，有几位科学家初步确定了转化因子存在于DNA上，不在蛋白质上。 1950年，查伽夫指出DNA中碱基分子A和T、C和G的数目是相等的，鲍林成功发现了蛋白质的α螺旋结构。

1951年威尔金斯和富兰克林取得更为清晰的DNA衍射照片，他们所提供的X射线照片成为发现双螺旋结构最重要的实验根据。

1952年，赫尔希和蔡斯用放射化学的原子示踪方法最终确定了DNA而不是蛋白质是遗传物质的载体。鲍林等人提出DNA分子并非单链结构，而可能是双链或三链的螺旋体。

1953年沃森和克里克成功地建立了DNA分子双螺旋结构模型，并与同年4月23日发表与英国《自然》杂志上。 二、双螺旋结构——美丽的生命旋梯

DNA由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成，两条主链似“麻花状”绕一共同轴心以右手方向盘旋, 相互平行而走向相反形成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的亲水性，外侧是脱氧核糖和磷酸交替连接而成的骨架。所谓双螺旋就是针对二条主链的形状而言的。碱基对以氢键维系，腺膘呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对、鸟膘呤(G)与胞嘧啶(C)配对，这说明两条链的碱基顺序是彼此互补的，只要确定了其中一条链的碱基顺序，另一条链


的碱基顺序也就确定了。因此，只需以其中的一条链为模版，即可合成复制出另一条链。

克里克从一开始就坚持要求在4月25日发表的论文中加上“DNA的特定配对原则，立即使人联想到遗传物质可能有的复制机制”这句话。在发表DNA双螺旋结构论文后不久，《自然》杂志随后不久又发表了克里克的另一篇论文，阐明了DNA的半保留复制机制。

三、意义——开启分子生物学时代

在生物学上如此定义：DNA是主要的遗传物质。可见，并不是所有生物都存在DNA。有些病毒只有RNA，如艾滋病病毒、烟草花叶病毒、SARS 病毒、甲型H1N1流感病毒等，它们的遗传物质是RNA，还有病毒独立于中心法则之外，既没没有DNA又没有RNA，如朊病毒，它的遗传物质是蛋白质。但地球上大部分生物都与DNA有着不可分割的联系，动物、植物、真菌、细菌、部分DNA病毒都是以DNA为遗传物质。

双螺旋模型的意义，不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还揭示了DNA的复制机制。双螺旋结构的提出开始开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，生命之谜被逐渐打开，人们对遗传信息的构成和传递的途径有了更加清晰的认识。在以后的近50年里，分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。双螺旋结构一直影响着生命科学，是无数科学家努力成果的精华结晶，引起了生物科学界极大的轰动，同时也推动了医学、遗传学的发展。DNA半保留复制机制为中心法则的提出和验证奠定了极其重要的基础，也是基因图谱的研究依据，推动了人类基因组计划。 四、启示——交叉学科的碰撞

从DNA双螺旋结构的发现历程，我们不难发现，现代科学的创举决非一两个人所能办到的，而必须采百家之长，充分借鉴别人的成功经验和理论，勤于思考，勇于探索，互补相融，从而形成一个崭新的科学思想。

对DNA 双螺旋结构的发现做出重大贡献的科学家有克里克、沃森 、威尔金斯和富兰克林四位，此外鲍林参与了竞争，多诺霍也提供了重要的参考意见。这四位科学家中，沃森毕业于生物专业，克里克和威尔金斯毕业于物理专业，而弗兰克林则毕业于化学专业。他们具有不同的知识背景，在同一时间都致力于研究遗传物质的分子结构，在相互合作相互竞争，在充满学术交流和争论的环境中，发挥了各自所长，为双螺旋结构的发现做出了各自的贡献。这是科学史上由学科交叉产生的伟大科研成果。

迄今为止，被搞清楚结构的大分子数不胜数，其结构之复杂、精度之高都远远超出DNA双螺旋结构，其中也不乏获得诺贝尔奖的发现，但全世界唯独几年1953年4月25日， 2003年美国国会将每年的4月25日定为国家DNA日，就是因为这个模型在生物学上的重大意义，它揭示了DNA的本质，正如我国著名的生物学家谈家桢所说的：“DNA分子双螺旋结构的发现，不仅是生物科学的重大突破，也是整个自然科学的辉煌成就，其意义足以同迄今已有的任何一次科学发现相媲美。”

参考文献：

[1] 陆长德,《DNA双螺旋结构与DNA复制》，生命的化学(中国生物化学会通讯)


1993.06.15 [2] 许智宏,《回顾DNA双螺旋发现的里程碑意义》，北京大学学报(自然科学版)，2003.11.20 [3] 周光召，《发展学科交叉 促进原始创新——纪念DNA双螺旋结构发现50周年》，《物理》 2003年11期

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