遗传学史上的突破：DNA双螺旋模型发现

2024-07-06 百科知识版权反馈

【摘要】：DNA双螺旋模型发现遗传学上的“诺曼底登陆”虽然现在我们对DNA的一些知识已经比较了解，大多数人也能够回答上一些关于DNA的问题。他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构，而且分析得出了螺旋参数。1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了。DNA晶体结构螺旋结构烟草花叶病沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代。

DNA双螺旋模型发现　遗传学上的“诺曼底登陆”

虽然现在我们对DNA的一些知识已经比较了解，大多数人也能够回答上一些关于DNA的问题。但是，最初它却是一个令生物学家们非常头疼的问题。虽然科学家们知道DNA在人体中担当着重任，但是却不知道它的结构模型是什么样子的。为了解决这个问题，科学家们开始了长期不懈的探索。

20世纪40年代末和50年代初，在DNA被确认为遗传物质之后，生物学家们不得不面临着一个难题：DNA应该有什么样的结构，才能担当遗传的重任？它必须能够携带遗传信息，能够自我复制传递遗传信息，能够让遗传信息得到表达以控制细胞活动，并且能够突变并保留突变。这四点，缺一不可，如何建构一个DNA分子模型解释这一切呢？

沃森——DNA之父

当时有很多科学实验研究DNA分子模型。第一个实验室是伦敦国王学院的威尔金斯、弗兰克林实验室，他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。当X射线照射到生物大分子的晶体时，晶格中的原子或分子会使射线发生偏转，根据得到的衍射图像，可以推测分子大致的结构和形状。第二个实验室是加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林实验室。在此之前，鲍林已发现了蛋白质的a螺旋结构。第三个便是沃森和克里克这个非正式的研究小组。

DNA又称脱氧核糖核酸

1951年23岁的年轻的遗传学家沃森于从美国到剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是要研究DNA分子结构，挂着的课题项目却是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克里克当时正在做博士论文，论文题目是“多肽和蛋白质：X射线研究”。沃森说服与他分享同一个办公室的克里克一起研究DNA分子模型，他需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识。

1953年2月，沃森、克里克通过维尔金斯看到弗兰克林在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体X射线衍射照片，这一下激发了他们的灵感。他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构，而且分析得出了螺旋参数。他们采用了富兰克琳和威尔金斯的判断，并加以补充：磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架，方向相反；碱基在螺旋内侧，两两对应。一连几天，沃森、克里克在他们的办公室里兴高采烈地用铁皮和铁丝搭建着模型。1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了。

奥地利裔美国生物化学家查伽夫测定了DNA中四种碱基的含量，发现其中腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。这使沃森、克里克立即想到四种碱基之间存在着两两对应的关系，形成了腺膘呤与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的概念。(www.chuimin.cn)

双螺旋模型的意义，不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制：由于腺膘呤总是与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤总是与胞嘧啶配对，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。

DNA晶体结构

螺旋结构

烟草花叶病

沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代。分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。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，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。

烟草花叶病毒

烟草花叶病毒俗称聋烟、疯烟、青花、油头。烟草植株染病后，幼嫩叶片侧脉及支脉组织呈半透明状，即明脉。叶脉两侧叶肉组织渐呈淡绿色。病毒在叶片组织内大量增殖，使部分叶肉细胞增大或增多，出现叶片薄厚不匀，颜色黄绿相间，呈花叶状。后花叶斑驳程度加大，并现大面积深褐色坏死斑，中下部老叶尤甚，发病重的叶片皱缩、畸形、扭曲。早期发病的植株节间缩短，严重矮化，生长缓慢，不能正常开花结实，并易脱落。能发育的荫果小而皱缩，种子量少且小，多不能发芽。

遗传学史上的突破：DNA双螺旋模型发现

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