生命科学的伟大发现

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1、生命科学的伟大发现　　一纪念DNA螺旋结构模型创立50周年　　1953年美国遗传学家沃森和英国物理学家克里克在英国《自然》杂志上发表论文，提出了DNA双螺旋结构模型。这一发现在生物科学史上翻开了划时代的一页，从此生物学步入了分子科学的新时代。有人称这一发现为继达尔文创立进化论后生物学发展史上的第二次革命、二战后最伟大的科学发现，把它和相对论、量子力学视为20世纪最富创新力的三大科学发现。　　一、DNA双螺旋结构提出的背景　　1866年孟德尔发表“植物杂交试验”一文，1900年孟德尔定律被重新发现，为遗传学界所关注。但当时

2、的研究仅限于生物体的整体水平，并不知道遗传因子位于何处、是何物质、如何传递和起作用。美国遗传学家萨顿注意到染色体的行为与孟德尔所说的遗传因子的行为相似，于1902年提出遗传因子在染色体上的假说。1909年丹麦遗传学家约翰提出“基因”一词，用来代替孟德尔的遗传因子。同年，摩尔根通过果蝇杂交实验证实了基因在染色体上，把遗传学推进到了染色体水平。1928年，英国科学家格里菲思进行了肺炎双球菌转化实验，拉开了发现DNA是遗传物质的序幕。在他的启发下，1944年美国科学家艾弗里通过细菌转化实验首次证明DNA是遗传物质。1952年美

3、国的赫尔希和查斯用噬菌体侵染细菌的实验进一步证明DNA是遗传物质。1945年美国的比德尔和塔特姆通过对链孢霉突变型的研究提出了“一个基因一个酶”理论，用来说明基因是通过酶控制性状发育的观点。至此，什么是遗传物质及遗传物质的作用机制已基本明确，但它的结构怎样？怎样储存和传递信息？信息又怎样到酶（蛋白质）的合成过程？结构决定功能，要回答这些问题，搞清DNA的结构是关键。　　二、DNA双螺旋结构提出的过程　　1938年，欧洲结构学派的先驱者阿斯特伯里提出了DNA的第一个结构假说。他发表了一张DNA的X射线衍射照片，并指出DNA

4、是一个具有较强刚性的纤维结构。1945年他采用X射线衍射技术，测出了两种碱基的间隔，提出了碱基与DNA长轴垂直，得出了DNA具有晶体结构的结论。这些发现大大加快了揭示DNA结构的进程。20世纪50年代初，世界上有三个研究小组继承阿斯特伯里开创的工作，围绕DNA的结构展开了一场激烈的竞赛。这三个小组分别是：　　1．美国加州理工学院的鲍林小组   鲍林，美国化学家，是研究化学结构的无可争议的世界权威（因对蛋白质空间结构的研究而获1954年诺贝尔化学奖，1962年又获和平奖）。他测定并解释了X射线通过晶体时在底片上形成的反射图

5、象。50年代初，他毅然把自己的注意力从他已有许多成就的蛋白质结构方面转向了DNA。他在X射线晶体学方面的贡献，给了沃森和克里克以很大的启发。同时，他对DNA表现出来的兴趣也给沃森和克里克指明了目标。　　2．英国伦敦皇家学院的威尔金斯小组  威尔金斯在20世纪40年代末就开始采用X射线衍射技术去研究DNA的晶体结构，并测得了一些数据，但由于X射线衍射图谱不清楚，没有获得成功。在这关键时刻，女物理学家富兰克林参加了他的研究小组，她极有才华，研究风格严谨，在X射线晶体学方面有特殊才能。她在1951年底获得了一张极好的DNA的X

6、射线衍射照片。只是由于脾气、性格等方面原因，她和威尔金斯之间很少能够坦诚合作，彼此之间难得相互交流和协调思想，因此没能很快地对照片作出正确的解释。但是这张珍贵的照片，对沃森和克里克能够最终建立DNA双螺旋结构模型起到了关键性的作用。　　3．英国剑桥大学卡文迪什实验室的沃森、克里克小组    克里克原来是个物理学家，对生物学懂得很少，他受到薛定谔（奥地利理论物理学家，创立了波动力学，提出了薛定谔方程，与德国物理学家狄拉克同获1933年诺贝尔物理学奖）性命是什么》（1944年出版）一书及鲍林的影响后，才开始了生物学的研究。在

7、卡文迪什实验室佩鲁茨（英国化学家，因用X射线衍射技术确定球蛋白的结构而与肯德鲁同获1962年诺贝尔化学奖）手下作血红蛋白的X射线研究。沃森于1951年秋来到卡文迪什实验室，开始在肯德鲁手下研究肌红蛋白的结构，遇到克里克后，两人开始合作从事DNA分子结构的研究。　　1951年11月，两人建立起了第一个DNA模型：三链螺旋结构模型，但很快便被威尔金斯提供的实验数据否定了。1952年春天，克里克与同事、数学家约翰·格里菲思（进行肺炎双球菌转化实验的格里菲思的侄子）进行了碱基配对的能量问题的计算。他们发现，嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶

8、碱基之间的配对在能量分布上不合理，表明在4个碱基中，腺嘌呤趋向与胸腺嘧啶连接，而鸟嘌呤趋向与胞嘧啶连接，这种专一的配对可能反映了天然的亲和力。　　1952年5月，哥伦比亚大学的查加夫访问剑桥，会见了沃森和克里克。他告诉两人，他的测量表明，DNA分子中腺嘌呤的总量等于胸腺嘧啶，鸟嘌呤的量总等于胞嘧啶。虽然查加夫在195