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作者： imtoken官网首页
2024-03-07 18:15:24
DNA双螺旋结构_百度百科
螺旋结构_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心DNA双螺旋结构播报讨论上传视频生物学术语收藏查看我的收藏0有用+101953年，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，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，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。中文名DNA双螺旋结构外文名DNA double helix structure说 明开启了分子生物学时代发现者沃森和克里克，富兰克林和维金斯发现时间1953年目录1结构简介2发现3结构确定▪建立▪研究▪创新▪故事4结构特点结构简介播报编辑DNA双螺旋结构DNA双螺旋结构1952年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫（E.chargaff，1905-2002）测定了DNA中4种碱基的含量，发现其中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的数量相等。这使沃森、克里克立即想到4种碱基之间存在着两两对应的关系，形成了腺嘌呤与胸腺嘧啶配对、鸟嘌呤与胞嘧啶配对的概念。发现播报编辑双螺旋结构的提出者美国科学家詹姆斯·沃森1953年2月，沃森（Watson）、克里克（Crick）通过维尔金斯看到了富兰克林（Rosalind Franklin）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 [1]。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。双螺旋模型的意义双螺旋模型的意义，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(A)总是与胸腺嘧啶（T）配对、鸟膘呤（G）总是与胞嘧啶（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。他认为，如果没有这句话，将意味着他与沃森“缺乏洞察力，以致不能看出这一点来”。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。结构确定播报编辑建立DNA双螺旋结构Rosalind Franklin（1920-1958）拍摄到的DNA晶体照片，为双螺旋结构的建立起到了决定性作用。但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究成果被承认之前就已凋谢。Franklin生于伦敦一个富有的犹太人家庭，15岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945年，当获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术。她深受法国同事的喜爱，有人评价她“从来没有见到法语讲得这么好的外国人。”1951年，她回到英国，在伦敦国王学院取得了一个职位。那时人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。就在这时，Franklin加入了研究DNA结构的行列，然而当时的环境相当不友善。她开始负责实验室的DNA项目时，有好几个月没有人干活。同事Wilkins不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她。他把她看做搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几乎不讲话。当时的剑桥，对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在高级休息室里用午餐。她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、交换新理念、触发灵感极为重要。Franklin在法国学习的X射线衍射技术在研究中派上了用场。X射线是波长非常短的电磁波。医生通常用它来透视人体，而物理学家用它来分析晶体的结构。当X射线穿过晶体之后，会形成样一种特定的明暗交替的衍射图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何排列的。Franklin精于此道，她成功地拍摄了DNA晶体的X射线衍射照片。研究DNA双螺旋结构DNA双螺旋Watson和Crick也在剑桥大学卡文迪许实验室进行DNA结构的研究，Watson在美国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学研究的，他们希望通过噬菌体来搞清楚基因如何控制生物的遗传。派他出国学习并没有生硬地规定课题，甚至他从一个国家的实验室到另一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了Wilkins的学术报告，看到DNA的X射线衍射图片后，认定一旦搞清DNA的结构，就能了解基因如何起作用。于是他不等批准，就决定先斩后奏从丹麦去伦敦学习X射线衍射技术了。至于Crick，他是个不拘小节又相当狂妄的聪明人，不太受“老板”Bragg欢迎，甚至一度有可能被炒鱿鱼。但是，当因为学术问题引起的误会消除后，老板照样关心他的工作，在那篇划时代的论文写成后，Bragg认真修改并热情地写信向《Nature》（《自然》杂志）推荐。这种现象在一个以学术为重的研究机构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。Watson擅自选择，后来和Crick一起在那里做出划时代贡献的研究机构，在当时已经是一个闻名全球的单位——英国剑桥大学卡文迪许实验室。这个实验室创立于1874年，麦克斯威尔、卢瑟福、玻尔等一批物理学大师都在这里工作过。创立以来，先后造就了近30位诺贝尔奖获得者。早在20世纪初，物理学家汤姆森领导这个实验室时，就形成了一个“Tea Break”习惯，每天上午和下午，都有一个聚在一起喝茶的时间，有时是海阔天空的议论，有时是为某个具体实验设计的争论，不分长幼，不论地位，彼此可以毫无顾忌地展开辩论和批评。历史证明这种文化氛围确实有利于学术进步，所以这种习惯已经被国外许多大学和研究机构仿效，就连国际学术会议的日程安排中，这个节目也是必不可少的。近十几年来，国内个别大学和科研单位的领导人也在试图推广这种做法。如果能够长期坚持下去，必有收获。在卡文迪许实验室里，Watson遇到了物理学家Crick，又得到机会向Wilkins、Franklin等X射线衍射专家学习，还有包括著名蛋白质结构专家的儿子在内一批科学家和他经常交换各种信息和意见，又得到实验室主任Bragg等老一辈的指导和鼓励，这些都是他取得成就的重要因素。而直接导致Watson集中精力从事DNA结构研究的契机，则是他得到美国主管部门资助去参加在拿不勒斯召开的学术会议，在那里他看到了Wilkins的X射线衍射图片。创新创新者必须破除迷信，敢于向权威挑战。1953年的Watson和Crick都是名不见经传的小人物，37岁的Crick连博士学位还没有得到。受到前人的影响，他们原来按照3股螺旋的思路进行了很长时间的工作，可是既构建不出合理模型，也遭到结晶学专家Franklin的强烈反对，结果使工作陷于僵局。在发现正确的双股螺旋结构前2个月，他们看到蛋白质结构权威Pauling一篇即将发表的关于DNA结构的论文，Pauling错误地确定为3股螺旋。Watson在认真考虑并向同事们请教后，决然地否定了权威的结论。正是在否定权威之后，他们加快了工作，在不到两个月内终于取得了后来震惊世界的成果。两位年轻科学家没有迷信权威，而且敢于向权威挑战，这需要勇气，更需要严肃认真的实验工作和深厚的科学功底。在科学界经常遇到的是年轻人对权威无原则的屈服，甚至Watson在开始知道鲍林提出的是三螺旋模型的一刹那，也曾后悔几个月前放弃了自己按三螺旋思路进行的工作。不过他们没有从此打住，而是为了赢得时间，加快了工作。因为他们相信这是智者Pauling千虑之一失，很快本人就会发现错误并迅速得出正确结论。Wilkins在Franklin不知情的情况下给他们看了那张照片。根据照片，整日焦虑于DNA结构发现的Watson和Crick立即领悟到了现在已经成为众所周知的事实——两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们连结在一起。他们在1953年5月25日出版的英国《Nature》杂志上报告了这一发现。双螺旋结构显示出DNA分子在细胞分裂时能够自我复制，完善地解释了生命体要繁衍后代，物种要保持稳定，细胞内必须有遗传属性和复制能力的机制。这是生物学的一座里程碑，分子生物学时代的开端，怎样评价其重要性都不过分。在1953年2月底，33岁的Franklin已经在日记中写道，DNA具有两条链的结构。这时她已经确认这个生物分子具有两种形式，链外面有磷酸根基团。1953年3月17日，当Franklin将研究结果整理成文打算发表时，发现Watson和Crick破解DNA结构的消息已经出现在新闻简报中。4月2日，Watson、Crick和Wilkins的文章送交《Nature》杂志，4月25日发表，接着他们在5月30日的《Nature》杂志上又发表了“DNA的遗传学意义”一文，更加详细地阐述了DNA双螺旋模型在功能上的意义。1953年初， Watson和Crick构建出DNA分子双螺旋结构模型，而此时Franklin对这一进展并不知情。她更不知道的是，Watson和Crick曾看过她拍摄的能验证DNA双螺旋结构的X射线晶体衍射照片，并由此获得了重要启发。Franklin的贡献是毋庸置疑的：她分辨出了DNA的两种构型，并成功地拍摄了它的X射线衍射照片。Watson和Crick未经她的许可使用了这张照片，但她并不在意，反而为他们的发现感到高兴，还在《Nature》杂志上发表了一篇证实DNA双螺旋结构的文章。Watson在1968年出版的《双螺旋》一书中坦承，“Franklin没有直接给我们她的数据”。而Crick在很多年后也承认，“她离真相只有两步”。科技界对Franklin的工作给予较高评价，对Wilkins是否有资格分享发现DNA双螺旋结构的殊荣存在很大争论。1962年，当Watson、Crick和Wilkins共同分享诺贝尔奖时，Franklin已经因长期接触放射性物质而患卵巢癌英年早逝。这个故事的结局有些伤感。按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖项至多只能由3个人分享，假如Franklin活着，她会得奖吗？性别差异是否会成为公平竞争的障碍？后人为了这个永远不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。那么我们应该从中吸取什么教训呢？故事英国剑桥大学的卡文迪许实验室，一直坚持这样的规定：每天下午六点整，老资格的研究人员来到实验室，宣布时间已到，要求每个人停止工作。如果谁不遵守，他们便引用Rutherford的话加以劝导。Rutherford说过：“谁未能完成六点前必须完成的工作，也就没有必要拖延下去，倒是希望各位马上回家，好好想想今天做的工作，好好思考明天要做的工作。”那是一天深夜，Rutherford披着外衣，又来到实验室检查，惊奇地发现有人还在做实验。由于低头，又十分专心，那学生没发现Rutherford站在他的身后。Rutherford轻声地问道：“你上午干什么？”学生回头一看，是Rutherford，他马上站起来，小心地回答：“做实验。”Rutherford又问：“那么，下午呢？”学生回答：“做实验。”Rutherford提高了声调，再问：“晚上呢？”学生以为老师在表扬他，得意地回答：“还是做实验。”Rutherford极为严肃地问：“你整天做实验，还有时间去认真思考吗？！”那学生低下了头。临走，Rutherford告诫他：“别忘了思考！”从此，卡文迪许实验室的人记住了Rutherford的忠告：“别忘了思考！”结构特点播报编辑主链(backbone)由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有二条,它们似“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。DNA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。DNA双螺旋结构的多样性包括A-DNA B-DNA Z-DNADNA双螺旋结构n三种DNA构型的比较-旋向螺距(nm)碱基数（每圈）螺旋直径（nm）骨架走行存在条件A型右手2.53112.55平滑体外脱水B型右手3.5410.52.37平滑DNA生理条件Z型左手4.56121.84锯齿型CG序列碱基对(base pair)碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键，G与C间形成三个氢键。DNA结构中的碱基对与Chatgaff的发现正好相符。从立体化学的角度看,只有嘌呤与嘧啶间配对才能满足螺旋对于碱基对空间的要求, 而这二种碱基对的几何大小又十分相近,具备了形成氢键的适宜键长和键角条件。每对碱基处于各自自身的平面上，但螺旋周期内的各碱基对平面的取向均不同。碱基对具有二次旋转对称性的特征，即碱基旋转180°并不影响双螺旋的对称性。 也就是说双螺旋结构在满足二条链碱基互补的前提下，DNA的一级结构产并不受限制。这一特征能很好的阐明DNA作为遗传信息载体在生物界的普遍意义。大沟和小沟大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链之间，而大沟位于相毗邻的双股之间。这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对，从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。在大沟和小沟内的碱基对中的N和O原子朝向分子表面。结构参数螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000DNA双螺旋_百度百科
螺旋_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心DNA双螺旋播报讨论上传视频一种核酸的构象收藏查看我的收藏0有用+10DNA双螺旋（外文名DNA double helix）指的是一种核酸的构象，在该构象中，两条反向平行的多核苷酸链相互缠绕形成一个右手的双螺旋结构。中文名DNA双螺旋外文名DNA double helix性 质是一种核酸的构象双螺旋直径2nm目录1简介2发现3模型4发展简介播报编辑DNA双螺旋DNA双螺旋的碱基位于双螺旋内侧，磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架。碱基平面与假想的中心轴垂直，糖环平面则与轴平行，两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm， 两核苷酸之间的夹角是36゜，每对螺旋由10对碱基组成，碱基按A-T，G-C配对互补A〢T,G〣C，彼此以氢键相联系。维持DNA双螺旋结构的稳定的力主要是碱基堆积力。双螺旋表面有两条宽窄`深浅不一的一个大沟和一个小沟。大沟（major groove）和小沟（minor groove）:绕B-DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。DNA超螺旋（DNAsupercoiling）:DNA本身的卷曲一般是DNA双`螺旋的弯曲欠旋（负超螺旋）或过旋（正超螺旋）的结果。发现播报编辑DNA双螺旋1953年4月25日，克里克和沃森在英国杂志《自然》上公开了他们的DNA模型。经过在剑桥大学的深入学习后，两人将DNA的结构描述为双螺旋，在双螺旋的两部分之间，由四种化学物质组成的碱基对扁平环连结着。他们谦逊地暗示说，遗传物质可能就是通过它来复制的。这一设想的意味是令人震惊的：DNA恰恰就是传承生命的遗传模板。1953年沃森和克里克提出著名的DNA双螺旋结构模型，他们构造出一个右手性的双螺旋结构。当碱基排列呈现这种结构时分子能量处于最低状态。沃森后来撰写的《双螺旋：发现DNA结构的故事》（科学出版社1984年出版过中文译本）中，有多张DNA结构图，全部是右手性的。这种双螺旋展示的是DNA分子的二级结构。那么在DNA的二级结构中是否只有右手性呢？回答是否定的。虽然多数DNA分子是右手性的，如A-DNA、B-DNA（活性最高的构象）和C-DNA都是右手性的，但1979年Rich提出一种局部上具有左手性的Z-DNA结构。左手螺旋并非只是双螺旋的补充，它在自然界是存在的，左手螺旋大概与病变有一定关系，而且左手螺旋与右手螺旋是会发生互变的。21世纪是信息时代或者生命信息的时代，仅北京就有多处立起了DNA双螺旋的建筑雕塑，其中北京大学后湖北大生命科学院的一个研究所门前立有一个巨大的双螺旋模型。人们容易把它想象为DNA模型，其实是不对的，因为雕塑是左旋的，整体具有左手性。就算Z-DNA可以有左手性，也只能是局部的。因此，雕塑造形整体为一左手性的双螺旋是不恰当的，至少用它暗示DNA的一般结构是错误的。科学家首次直接拍摄到DNA双螺旋结构意大利热那亚大学(UniversitàdegliStudidiGenova)的纳米材料系负责人恩佐-迪-法布里奇奥和他的研究团队成功拍摄到了之前只能通过X射线结晶衍射技术间接观察到的双螺旋结构照片。该研究发表于最新一期《Nano Letters》上。DNA的脆弱性意味着电子能量能够摧毁这种单链，因此这种螺旋结构只能够通过DNA“绳索”进行观察，这些细小的遗传物质绳索是由几条缠绕的绳索组成的。电子束能够辨认出这种DNA绳索。研究人员称，借助改善后的样本处理方法和更好的图像分辨率，我们能够直接观察到DNA的单一碱基。能够直接拍摄DNA的能力意味着不能通过衍射技术观察到的详细信息很快将能够有助于科学研究。遗传学家也将能够使用这项技术来观察DNA与其它物质之间的交互作用。模型播报编辑DNA双螺旋DNA分子双螺旋结构积塑模型是一种采用优质彩色塑料原料制造的生物遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)分子的装配式结构模型。本模型利用具有特殊形状结构的红、黄、蓝、绿四种色球(分别代表A、T、G、C四种核苷)和棕棒(代表磷酸P)五种零件，不仅可装配成具有双螺旋空间结构的DNA分子链，而且还可以直观地表达出DNA分子链的自我复制功能。这套模型可用来做分子生物学的教具，也可做中小学生的课外科学模型玩具。一套DNA分子双螺旋结构积塑模型，其特征是：a．这套DNA分子双螺旋积塑模型由红、黄、兰、绿四种优质塑料色球（分别代表A、T、G、C四种核苷）和一种优质棕色塑料色棒（代表磷酸P）共五种零件所组成。b．红球和黄球直径φ18，各带有一个直径φ10的白色圆柱形突出物，在红球的白色圆柱上开有一个直径φ6的圆孔，圆孔内部前后各突起一个直径φ3的半圆形凸起物，在黄球的白色圆柱上伸出一直径φ6的圆棒，圆棒前后各开有一个直径φ3的半圆形凹槽，红球和黄球的结合，即A与T的结合，可通过φ6圆棒插入φ6圆孔来实现。c．蓝球和绿球直径也是φ18，也各带有一个直径φ10的白色圆柱形突出物，在兰球的白色圆柱上开有一个直径φ6的圆孔，圆孔内部沿圆周对称地突起三个直径φ3的半圆形凸起物，在绿球的白色圆柱上伸出一φ6圆棒，在圆棒周围对称地开有三个直径φ3的半圆形凹槽，兰球和绿球的结合，即G和C的结合，可通过φ6圆棒插入φ6圆孔来实现。d．每个色球除带有一个白色圆柱形突出物外，还各开有二个直径φ6的圆孔，它们的位置一上一下、一左一右，分别对称地绕水平和垂直轴线旋转36角。利用直径φ6的棕棒插入二个色球相对着的二个φ6圆孔，可将任意二个色球连接起来，从而可组成DNA单股螺旋链，所开φ6圆孔的角度，可保证每一螺旋上有10个色球，e．每一对配对色球上的一个φ3半圆形凸起物和一个φ3半圆形凹槽代表一个氢（H）键，由于A、T和G、C色球上φ3半圆形凸起物和半圆形凹槽数目不同（一为2，一为3），角度不同，因此A球只能与T球结合，G球只能与C球结合，A与C、G与T球之间不能结合（不能插入），从而可实现A－T、G－C之间的严格配对关系，利用这种配对关系，可组成互补配对的DNA双螺旋链，并导致DNA分子具有自我复制的功能。（其中A、T、C、G 均为碱基；A：腺嘌呤；T：胸腺嘧啶；C：胞嘧啶；G：鸟嘌呤。当T转录时，变为U：尿嘧啶）。发展播报编辑DNA双螺旋结构特点图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4点，缺一不可，如何建构一个DNA分子模型解释这一切？当时主要有三个实验室几乎同时在研究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(Linus Pauling)实验室。在此之前，鲍林已发现了蛋白质的a螺旋结构。第三个则是个非正式的研究小组，事实上他们可说是不务正业。23岁的年轻的遗传学家沃森于1951年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。他们从1951年10月开始拼凑模型，几经尝试，终于在1953年3月获得了正确的模型。关于这三个实验室如何明争暗斗，互相竞争，由于沃森一本风靡全球的自传《双螺旋》而广为人知。值得探讨的一个问题是：为什么沃森和克里克既不像威尔金斯和弗兰克林那样拥有第一手的实验资料，又不像鲍林那样有建构分子模型的丰富经验(他们两个人都是第一次建构分子模型)，却能在这场竞赛中获胜？这些人中，除了沃森，都不是遗传学家，而是物理学家或化学家。威尔金斯虽然在1950年最早研究DNA的晶体结构，当时却对DNA究竟在细胞中干什么一无所知，在1951年才觉得DNA可能参与了核蛋白所控制的遗传。弗兰克林也不了解DNA在生物细胞中的重要性。鲍林研究DNA分子，则纯属偶然。他在1951年11月的《美国化学学会杂志》上看到一篇核酸结构的论文，觉得荒唐可笑，为了反驳这篇论文，才着手建立DNA分子模型。他是把DNA分子当作化合物，而不是遗传物质来研究的。这两个研究小组完全根据晶体衍射图建构模型，鲍林甚至根据的是30年代拍摄的模糊不清的衍射照片。不理解DNA的生物学功能，单纯根据晶体衍射图，有太多的可能性供选择，是很难得出正确的模型的。沃森在1951年到剑桥之前，曾经做过用同位素标记追踪噬菌体DNA的实验，坚信DNA就是遗传物质。据他的回忆，他到剑桥后发现克里克也是“知道DNA比蛋白质更为重要的人”。但是按克里克本人的说法，他当时对DNA所知不多，并未觉得它在遗传上比蛋白质更重要，只是认为DNA作为与核蛋白结合的物质，值得研究。对一名研究生来说，确定一种未知分子的结构，就是一个值得一试的课题。在确信了DNA是遗传物质之后，还必须理解遗传物质需要什么样的性质才能发挥基因的功能。像克里克和威尔金斯，沃森后来也强调薛定谔的《生命是什么？》一书对他的重要影响，他甚至说他在芝加哥大学时读了这本书之后，就立志要破解基因的奥秘。如果这是真的，我们就很难明白，为什么沃森向印第安那大学申请研究生时，申请的是鸟类学。由于印第安那大学动物系没有鸟类学专业，在系主任的建议下，沃森才转而从事遗传学研究。当时大遗传学家赫尔曼·缪勒(Hermann Muller)恰好正在印第安那大学任教授，沃森不仅上过缪勒关于“突变和基因”的课(分数得A)，而且考虑过要当他的研究生。但觉得缪勒研究的果蝇在遗传学上已过了辉煌时期，才改拜研究噬菌体遗传的萨尔瓦多·卢里亚(Salvador Luria)为师。但是，缪勒关于遗传物质必须具有自催化、异催化和突变三重性的观念，想必对沃森有深刻的影响。正是因为沃森和克里克坚信DNA是遗传物质，并且理解遗传物质应该有什么样的特性，才能根据如此少的数据，做出如此重大的发现。他们根据的数据仅有三条：第一条是当时已广为人知的，即DNA由6种小分子组成：脱氧核糖，磷酸和4种碱基(A、G、T、C)，由这些小分子组成了4种核苷酸，这4种核苷酸组成了DNA。第二条证据是最新的，弗兰克林得到的衍射照片表明，DNA是由两条长链组成的双螺旋，宽度为20埃。第三条证据是最为关键的。美国生物化学家埃尔文·查戈夫(Erwin Chargaff)测定DNA的分子组成，发现DNA中的4种碱基的含量并不是传统认为的等量的，虽然在不同物种中4种碱基的含量不同，但是A和T的含量总是相等，G和C的含量也相等。查加夫早在1950年就已发布了这个重要结果，但奇怪的是，研究DNA分子结构的这三个实验室都将它忽略了。甚至在查加夫1951年春天亲访剑桥，与沃森和克里克见面后，沃森和克里克对他的结果也不加重视。在沃森和克里克终于意识到查加夫比值的重要性，并请剑桥的青年数学家约翰·格里菲斯(John Griffith)计算出A吸引T，G吸引C，A+T的宽度与G+C的宽度相等之后，很快就拼凑出了DNA分子的正确模型。DNA双螺旋新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000十分钟教你看懂第一张DNA照片 - 知乎
十分钟教你看懂第一张DNA照片 - 知乎首发于前沿生物医学切换模式写文章登录/注册十分钟教你看懂第一张DNA照片科学有段子一群闲散科学爱好者，希望能成为朋友作者：蓝巾人类历史上，有两张最伟大的X射线成像图，一张是伦琴夫人的手，一张是DNA。这两张图，都让研究它的科学家获得了诺贝尔奖，可谓居功至伟。更巧的是，它们均出自女性之“手”。 左-伦琴夫人之手，右-弗兰克林拍摄的DNA的X衍射照片左图我们可以非常直观的看出这就是一个带着戒指的手。但右图则让人看得莫名其妙，科学家却说，从这张图中看到了DNA结构的奥秘，究竟是为什么呢？有人可能会发现其中的蹊跷，DNA那么小，眼睛都看不到，为什么用X射线就能拍出来呢？确实，正是因为DNA太小了，我们直到2012年才有了第一张可以看到双螺旋结构的DNA照片。要知道，前面那张导致发现DNA的图，是在1951年拍摄的。2012年拍摄的DNA电镜照片其实与上图不同，前面右图并不是传统意义上用X射线在感光片上拍照。而是利用一种叫X射线衍射分析（XRD）的技术进行的成像。要想像当年发现DNA的科学家一样看懂这张图，我们需要先从X射线衍射分析讲起。X射线是波长很短的电磁波，短到于晶体内原子间的距离相接近，因此在照射晶体时，可以发生衍射，衍射的光斑会在接受屏上成像。X射线衍射分析就是利用这一原理，来进行晶体结构分析的。X射线衍射分析实验装置如下图所示，晶体中由原子规律排列，会形成晶面。相邻两晶面的间距为d，X射线的入射角度为θ。就所有晶面而言，X射线被晶面反射后，总体的强度取决于各晶面反射波的相干叠加。可以由经典物理的光程差原理，干涉极大点应满足：2dsinθ=kλk为整数，λ为波长。两束光的光程差为波长整数倍，就会产生加强效果，在接收屏上产生亮斑，也就是X射线衍射图中的黑色部分。X射线衍射示意图在图中，通过A、B原子面反射的光线，会因干涉产生光斑，同理A、C原子面也会产生光斑，以此类推，A、D和A、E原子面也会产生光斑。由简单的几何知识可知，这一系列光斑应该是排成一条线且等间距的。一组晶面和它所成的X射线衍射图样在这个基础上，我们就可以分析那张经典X射线衍射图是怎么对应DNA结构了。为了说明这个问题，我们需要将DNA逐步拆解开来。首先，我们取一小段DNA，将DNA中的一条链取出，这时候DNA就变成一条单螺旋结构。如果把从侧面看，会呈现出如下类似正弦波的形状。DNA双螺旋结构侧视图（虚线为去掉的一条螺旋）如果添加几条辅助线，就会发现，这个螺旋结构的侧视图中，包含了两组相互平行的面。X射线衍射分析正是研究这些平行面特征的好手，通过观察衍射产生的光斑，可以很容易得知这一系列平行面的间距和方向。螺旋结构侧视图中的两组平行面我们选取其中的一组平行面，由X射线衍射的规律，可以得知，X射线会在投影屏上得到一列光斑，光斑的间距相等，说明了平行面之间间距相等。由于螺旋线的投影其实不是严格的直线组成（越靠近两侧，弯曲越明显），所以光斑会横向展开。一组平行面在衍射图中形成了一列光斑，左图中蓝色弯曲区域导致了光斑的展宽同样，另一组平行面，也会形成一列相似的等距光斑。因为两组平行面的角度不同，两列光斑会存在一定的夹角。另一组平行面在衍射图中形成的一列光斑细心的读者可以发现，这里只选取了一小段DNA。如果在X射线照射区域，存在很多DNA片段，就会因为它们的朝向不同，导致产生很多不同方向的平行面，在XRD图上，就不止两列光斑了。由此可知，DNA是一个长链结构，而且实验时被拉的笔直，因此只会产生清晰的交叉X形状。短链DNA的不平行排布，会使衍射图样中的X形状消失那么，DNA的双螺旋结构是如何发现的呢。在这张照片中，中心点亮度最高，为了防止照片过曝，用了一个遮光盘挡住了中心点。如果我们从中心点开始数，将中心点的光斑记为0号，那么会发现原来存在4号光斑的区域，是空缺的。这并不是DNA发生了缺失，而是一种结构性消光。当我们在图中位置加入另一条DNA单链，形成双螺旋结构的时候，侧视图上平行面会变得不等间距。此时，就会在4号光斑区域，恰好产生消光。具体的分析过程只要运用前面提到的X射线衍射成像原理，进行简单计算就可以知道。第二条DNA螺旋导致的4号光斑消失由此，我们得到了DNA的结构与衍射图样的对应关系：1.DNA螺旋结构侧视图形成的两组平行面，分别产生了两列光斑；2.螺旋是均匀的，所以光斑等距；3.螺旋线的弧形结构，使光斑展宽；4.螺旋是长链，所以只有两列光斑；5.双螺旋结构导致的消光，使4号光斑消失。现在，我们是站在已经知道DNA结构的基础上，来分析XRD衍射图形，当年看到这张图的沃森、富兰克林等人，可是对DNA是单链还是三链都不清楚的。但是，从这张图X射线衍射图出发、结合DNA的化学成分、凭借着卓越的想象力和严谨的分析，沃森等人最终还是拼出了我们今天看到的双螺旋结构。他们思考的深度和执着，确实令人敬佩。最后留一个疑问，如果DNA不是螺旋结构，而是Z字结构，是否能产生这种衍射图样呢？欢迎扫码进群讨论！如果十分钟之内没有看懂，没关系，可以再花十分钟看一下：《X射线衍射分析》（潘峰，2007年）http://www.doc88.com/p-582326419054.html发布于 2020-09-25 23:37电磁波X射线射线赞同 455 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录前沿生物医学米国生物科学家专
DNA的一级结构与二级结构 - 知乎
DNA的一级结构与二级结构 - 知乎首发于生化杂谈切换模式写文章登录/注册DNA的一级结构与二级结构lcy19712018关注生化领域脱氧核糖核酸简称DNA（deoxyribonucleic acid），是由成千上万个脱氧核糖核苷酸缩合而成的大分子。它的一级结构是它的构件组成及排列顺序，即碱基序列。在DNA分子中，相邻核苷酸以3’,5’-磷酸二酯键连接构成长链，前一个核苷酸的3’-羟基与后一个核苷酸的5’-磷酸结合。链中磷酸与糖交替排列构成脱氧核糖磷酸骨架，链的一端有自由的5’-磷酸基，称为5’端；另一端有自由3’-羟基，称为3’端。RNA的一级结构也是如此，只是戊糖换成了核糖。核酸的一级结构书写DNA时，按从5’向3’方向从左向右进行，并在链端注明5’和3’，如5’pApGpCpTOH3’。也可省略中间的磷酸，写成pAGCT。这是文字式缩写。还有一种不太常用的线条式缩写，用竖线表示戊糖，1'在上，5'在下。在DNA中，磷酸核糖骨架并无区别，所以遗传信息是由碱基的特定序列携带着。各种基因组测序也是测定碱基序列。测序原理DNA的二级结构指的是DNA的螺旋构象。DNA主要以B-型双螺旋结构存在，即1953年Watson和Crick提出的双螺旋模型。双螺旋模型DNA双螺旋是由两条反向、平行、互补的DNA链构成的右手双螺旋。两条链的脱氧核糖磷酸骨架反向、平行地按右手螺旋走向，绕一个共同的轴盘旋在双螺旋的外侧，两条链的碱基一一对应互补配对（互为互补链），集中地平行排列在双螺旋的中央，碱基平面与轴垂直。双螺旋外径2nm，螺距3.4nm，每10对碱基上升一圈。因此每对碱基距离0.34nm，夹角36度。其实这是DNA的平均特征，实际上由于碱基序列的影响，在局部会有所差异。如两个核苷酸之间的夹角可以从28度到42度不等，互补配对的碱基之间也有一定夹角，称为螺旋桨状扭曲。如果精确计算，螺旋的一圈实际含有10.4个碱基对。碱基互补配对有两种作用力稳定双螺旋的结构。在水平方向是配对碱基之间的氢键，A=T对形成两个氢键，GC对形成三个氢键。这些氢键是克服两条链间磷酸基团的斥力，使两条链互相结合的主要作用力。在垂直方向，是碱基对平面间的堆积力。堆积力是疏水力与范德华力的共同体现。氢键与堆积力两者本身都是一种协同性相互作用，两者之间也有协同作用。脱氧核糖磷酸骨架并未将碱基对完全包围起来，在双螺旋表面有两个与双螺旋走向一致的沟，一个较深较宽，称大沟；一个较窄较浅，称小沟。大沟一侧暴露出嘌呤的C6、N7和嘧啶的C4、C5及其取代基团；小沟一侧暴露出嘌呤的C2和嘧啶的C2及其取代基团。因此从两个沟可以辨认碱基对的结构特征，各种酶和蛋白因子可以识别DNA的特征序列。发布于 2019-07-16 17:01脱氧核糖核酸（DNA）生物化学生物学赞同 924 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录生化杂谈生化教学科研过程中的一些思
DNA简史：遗传物质的发现之旅——纪念DNA双螺旋结构发现66周年 - 知乎
DNA简史：遗传物质的发现之旅——纪念DNA双螺旋结构发现66周年 - 知乎切换模式写文章登录/注册DNA简史：遗传物质的发现之旅——纪念DNA双螺旋结构发现66周年生物世界最重磅、最前沿、最有趣的生命科学研究进展纪念DNA双螺旋结构发现66周年1953年，注定是不平凡的一年，这一年人类开启了分子生物学时代，人们阐明了遗传物质的构成和传递途径。在此后短短的几十年里，人类破解了一个又一个生命之谜。攻克癌症、摆脱遗传病...曾经那些遥不可及的梦想也变得触手可及。而这一切，都源自1953年4月25日，在这一天，沃森和克里克发表了那篇注定要名留青史的论文：Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid（核酸的分子结构——DNA的结构）。人们早已知道有两种核酸：DNA和RNA，但当时人们更倾向于蛋白质是遗传物质。但是当DNA双螺旋结构被发现的这一刻，关于遗传物质的争论便彻底结束，分子生物学时代正式开启。生命，是如此美丽、复杂而又神秘，每个人都想解开这生命之谜，但是长久以来，却还在为生命的遗传物质到底是什么而困惑。人们的认知水平总是随着时代的发展而进步，对遗传物质的认知也不例外。很难想象有孟德尔（1822年-1884年）这样超越时代的人，在都还不知道遗传物质是什么的时候，以一己之力总结出了基因分离定律和基因自由组合定律，这也注定了他孤独而又不被认可的一生。今天BioWorld回顾证明DNA是遗传物质的这一系列的重要实验，了解这一伟大历程，并从中学习他们的光辉思想。肺炎双球菌转化实验1928年，英国生物学家弗雷德里克·格林菲斯（Frederick Griffith，1879年-1941年）通过实验发现了一个很有意思的结果，当非致病型肺炎链球菌（R型）与热灭活的致病型肺炎链球菌（S型）混合，就会形成致病型菌株。这表明热灭活的致病菌株中释放出了遗传物质，可以导致非致病菌向致病菌的转化。但这个遗传物质是什么，依然不能确定。Frederick GriffithGriffith的肺炎双球菌实验Avery的惊人发现Frederick Griffith转化实验之后，科学家一直想确定完成转化的究竟是哪种物质。直到1944年，美国微生物学家奥斯瓦尔德·艾弗里（Oswald Avery，1877年-1955年）和他的同事Colin MacLeod (1909–1972)、Maclyn McCarty (1911–2005)通过实验发现DNA是Griffith转化实验的关键，证实有活性的遗传物质是DNA。Avery、MacLeod和McCartyAvery等人发表在JEM杂志的论文Avery等人确定DNA是遗传物质的实验Avery等人这个仔细而精确的实验被认为是二十世纪最重要的生物学实验，可以说是改变了现代生物学，然而Avery直到1955年去世，也未获诺贝尔奖，这也是被公认的诺贝尔奖最著名的过失，诺贝尔奖委员会也专门在官网解释并表达遗憾和后悔（来自维基百科）。当然，Avery的伟大并不需要一座诺奖来证明。噬菌体实验Avery等人的实验已经证实了DNA是遗传物质，但当时人们依然倾向于结果复杂多样的蛋白质才是遗传物质，因此Avery的实验在当时并没有得到应有的承认。1952年，阿尔弗莱德·赫尔希（Alfred Hershey，1908年-1997年）和他的学生玛莎·蔡斯（Matha Chase，1927年-2003年）通过同位素标记的T2噬菌体增殖实验，证实DNA才是遗传物质。这一实验结果很快被人们普遍接受，甚至被当成了DNA是遗传物质的最后证明。Hershey和ChaseHershey和Chase发表在 J Gen Physiol 杂志的文章T2噬菌体培养在含有32P（磷的放射性同位素）的培养基中，使这些噬菌体体内的DNA含有放射性元素（磷存在于DNA中）。接着将噬菌体用来感染细菌，再将细菌与噬菌体外壳利用离心机分离。最后发现放射性元素存在于受感染的细菌体内。将噬菌体培养在含有35S（硫的放射性同位素）的培养基中，使这些噬菌体体内的蛋白质含有放射性元素（硫存在于蛋白质中），接着将噬菌体用来感染细菌，再将细菌与噬菌体利用离心机分离。最后发现放射性元素存在于噬菌体外壳中。由于噬菌体会将本身的遗传物质植入细菌体内，因此这一系列的实验结果显示，DNA才是这些噬菌体的遗传物质，而蛋白质则无此功能。T2噬菌体结构Hershey和Chase的噬菌体实验1969年，阿尔弗莱德·赫尔希、Max Delbrück、Salvador Luria三人因发现病毒的复制机理和遗传结构而获得诺贝尔生理学或医学奖。DNA双螺旋结构1951年，年仅23岁的詹姆斯·沃森（James Watson，1928年 - ）博士毕业后前往英国剑桥大学卡文迪什实验室进修，沃森在这里遇到了正在准备博士论文的弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916年 - 2004年），两人一拍即合，从1951年10月开始转向DNA结构方向。沃森当时只是一个刚获得博士学位的23岁的年轻人，克里克是一个物理学博士生，两个初出茅庐的门外汉，竟然在高手如林的研究DNA结构团队中脱颖而出，首先破解DNA双螺旋结构，不可不谓奇迹。当时在研究DNA结构的并不只有沃森和克里克，美国化学家鲍林（Linus Pauling，1901年 - 1994年）、威尔金斯（Maurice Wilkins，1916年 - 2004年）、罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin，1920年 - 1958年）等人，都在探究DNA结构的秘密。1952年，沃森和克里克率先发表了一篇DNA三螺旋结构的论文，很快被证实错误，这一打击让他们一度暂停了DNA结构的研究。1952年5月，富兰克林与雷蒙·葛斯林（Raymond Gosling，1926年 - ）拍到了一张B型DNA的X射线晶体衍射照片，也就是著名的“照片51号”，被誉为“几乎是有史以来最美的一张X射线照片。”照片51号1952年11月，鲍林发表了一篇DNA三螺旋结构的论文，很快被证实错误。1952年底，埃尔文·查戈夫（Erwin Chargaff，1905年 - 2002年）来到英国与沃森和克里克见面，并告知他们自己的新发现，也就是查戈夫法则：鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）的比例为1：1，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的比例也为1：1。奇怪的是，这一重要发现并没有被其他研究DNA结构的人重视。1953年1月，威尔金斯以为沃森与克里克已不再做DNA结构研究，将“照片51号”拿给沃森过目，并且详细的解释相关的研究结果，沃森意识到DNA可能是双螺旋的。1953年2月4日，沃森和克里克重启对DNA结构模型的建构，2月8日请求威尔金斯同意他们也进行相同研究。1953年3月7日，沃森和克里克在实验室中联手搭建的DNA双螺旋模型宣告成功。1953年4月25日，詹姆斯·沃森（James Watson，1928年 - ）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916年 - 2004年）在 Nature杂志发表了一篇名为：Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid（核酸的分子结构——DNA的结构）的论文。沃森和克里克的DNA双螺旋结构论文Nature杂志同期发表了三篇DNA结构的论文，除了沃森和克里克的这一篇，还有威尔金斯的一篇，以及富兰克林和雷蒙·葛斯林的一篇。沃森与克里克在论文中提及他们是的DNA双螺旋结构受到威尔金斯与富兰克林等人的启发，威尔金斯与富兰克林在论文中表示自己的数据与沃森和克里克的模型相符。沃森（左）、克里克（右）在DNA双螺旋模型前这篇划时代的论文一经发表，人们立刻明白了为什么结构似乎很简单的DNA分子能够担当做为遗传物质的重任，阻碍人们认可DNA是遗传物质的最后一个障碍被彻底消除。生命之美在DNA双螺旋结构里得到了最完美的展示沃森与克里克这篇仅1000字的论文被誉为“生物学的一个标志，开创了新的时代”。这是在生物学历史上唯一可与达尔文进化论相比的最重大发现，它与自然选择一起，统一了生物学的大概念，是科学史上的一个重要里程碑，标志着分子生物学的诞生。1962年，沃森、克里克、威尔金斯三人因DNA双螺旋结构的发现而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。遗憾的是富兰克林已于1958年因乳腺癌去世。威尔金斯（左）、富兰克林（右）DNA复制之谜1956年，阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg，1908年 - 2007年）用无细胞的细菌抽提物证明了DNA的合成和自我复制，随后Kornberg进一步证明催化DNA前体元件的连接需要特定的聚合酶，也证明了DNA是合成自身的直接模板。1959年，阿瑟·科恩伯格和Severo Ochoa（1905年－1993年）因对DNA和RNA合成机制的贡献而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。Kornberg（左）、Ochoa（右）1958年，Matthew Meselson（1930年 - ）和 Frank Stahl（1929年 - ）通过一个非常巧妙的实验，首次在分子水平上成功地证明了DNA的半保守复制。Meselson（左）、Stahl（右）他们在仅以15N（氮的放射性同位素）为氮源的培养基里，使大肠杆菌繁殖数代，将其DNA用15N标记上，然后立即将大肠杆菌转移到14N（氮的非放射性同位素）培养基中继续培养，按不同时间取样品抽提DNA，采用氯化铯密度梯度离心法分析。结果表明DNA分子在0代显示重密度（HH），1代全部为中等密度（HL），2代表现为中等密度（HL）与轻密度（LL）等量。成功证实了DNA的半保留复制。Meselson--Stahl实验，证实DNA的半保留复制遗传密码1954年开始，人们就在思考遗传密码究竟是什么，1966年，在众多科学家的努力下，遗传密码被全部破解，64个密码子中有61个编码对应的氨基酸，有3个编码终止子。遗传密码表1968年，尼伦伯格（Marshall Warren Nirenberg，1927年 - 2010年）、科拉纳（Har Gobind Khorana，1922年－2011年）、霍利（Robert William Holley，1922年 - 1993年）因破解遗传密码并阐释其在蛋白质合成中的作用而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。尼伦伯格（左）、科拉纳（中）、霍利（右）中心法则1958年，DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克首次提出了“中心法则”，如果说生物学里最重要的规律是什么，相信绝大多数人都会脱口而出“中心法则”。中心法则之于生物学，就是“元素周期表”之于化学、“牛顿三定律”之于经典物理学。中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。但在逆转录病毒中，它们的遗传物质是RNA，RNA可以自我复制，也可以逆转录成DNA，这也是是对中心法则的补充。“中心法则”在探索生命现象的本质及普遍规律方面起了巨大的作用，极大地推动了现代生物学的发展，是现代生物学的理论基石，并为生物学基础理论的统一指明了方向，在生物科学发展过程中占有重要地位。至此，人类终于证实了DNA是遗传物质，并阐明了DNA的复制方式，知晓了遗传信息的流动方式，并破解了全部遗传密码。进入21世界后，人类基因组计划破译了人类的基因组序列，越来越多的物种基因组被破译，可以随心所欲的编辑基因，甚至创造全新的生命，以及新的碱基。现代生物学进入如此之快，许多之前遥不可及的梦想正在一步步实现，但是距离真正地解开生命之谜，还有很多路要走，大家加油。本文由BioWorld公众号原创发布，如需申请转载，请留言或加管理员微信：ws73655。点击查看相关文章CRISPR | NgAgo | LncRNA | circRNA | miRNA张锋 | 施一公 | 饶毅 | 颜宁 | 曹雪涛 | 汤富酬人工智能 | 慢病毒疗法 | CAR-T | PD-1 | 艾滋病疫苗斑鳖 | 龙凤胎 | 疟疾治癌 | 火辣番茄 | 朊病毒 | 细胞膜发布于 2019-04-26 11:38自然科学遗传学脱氧核糖核酸（DNA）赞同 161 条评论分享喜欢收藏申请
9.1: DNA 的结构 - Global
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9: 分子生物学课本：生物学概念 (OpenStax){ }{ "9.01:_DNA_\u7684\u7ed3\u6784" : "property get [Map MindTouch.Deki.Logic.ExtensionProcessorQueryProvider+<>c__DisplayClass230_0.
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9.1: DNA 的结构
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RNA 的结构DNA 在细胞中是如何排列的摘要词汇表贡献者和归因
20 世纪 50 年代，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在英国剑桥大学合作确定了 DNA 的结构。 其他科学家，例如莱纳斯·鲍林和莫里斯·威尔金斯，也在积极探索这个领域。 鲍林利用X射线晶体学发现了蛋白质的二级结构。 X 射线晶体学是一种通过观察穿过物质晶体的 X 射线形成的模式来研究分子结构的方法。 这些模式提供了有关目标分子结构的重要信息。 在威尔金斯的实验室里，研究人员罗莎琳德·富兰克林正在使用X射线晶体学来了解DNA的结构。 沃森和克里克能够利用富兰克林的数据拼凑出DNA分子的难题（图\(\PageIndex{1}\)）。 沃森和克里克还从其他研究人员那里获得了关键信息，例如Chargaff的规则。 Chargaff已经表明，在DNA分子中存在的四种单体（核苷酸）中，有两种类型的存在量总是相等，其余两种类型的含量也总是相等。 这意味着它们总是以某种方式配对。 1962 年，詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯因其在确定 DNA 结构方面的工作而被授予诺贝尔医学奖。
图\(\PageIndex{1}\)：先驱科学家（a）詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克与美国遗传学家麦克琳·麦卡蒂合影。 科学家罗莎琳德·富兰克林发现了（b）DNA的X射线衍射图案，这有助于阐明其双螺旋结构。 （来源 a：修改玛乔丽·麦卡蒂的作品；b：美国国立卫生研究院对作品的修改）
现在让我们考虑两种类型的核酸，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的结构。 DNA的基石是核苷酸，它由三部分组成：脱氧核糖（5-碳糖）、磷酸基团和含氮碱（图\(\PageIndex{2}\)）。 DNA中有四种类型的含氮碱基。 腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）是双环嘌呤，而胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）是较小的单环嘧啶。 核苷酸根据其所含的含氮碱命名。
图\(\PageIndex{2}\)：(a) 每个 DNA 核苷酸都由糖、磷酸基团和碱基组成。 (b) 胞嘧啶和胸腺嘧啶是嘧啶。 鸟嘌呤和腺嘌呤是嘌呤。
一个核苷酸的磷酸基团与下一个核苷酸的糖分子共价结合，依此类推，形成核苷酸单体的长聚合物。 糖磷酸基团在每条 DNA 链的 “骨干” 中排成一列，而核苷酸碱基则从这个骨干中伸出来。 五碳糖的碳原子从氧气顺时针方向编号为 1'、2'、3'、4' 和 5'（1' 被读为 “一个素数”）。 磷酸基团附着在一个核苷酸的5'碳和下一个核苷酸的3'碳上。 在自然状态下，每个 DNA 分子实际上是由两条沿其长度连接在一起的单链组成，碱基之间有氢键。
沃森和克里克提出，DNA由两条链组成，它们相互扭曲形成右手螺旋，称为双螺旋。 碱基配对发生在嘌呤和嘧啶之间：即 A 对与 T，G 对与 C。换句话说，腺嘌呤和胸腺嘧啶是互补的碱基对，胞嘧啶和鸟嘌呤也是互补的碱基对。 这是Chargaff规则的基础；由于它们的互补性，DNA分子中的腺嘌呤和胸腺嘧啶一样多，鸟嘌呤和胞嘧啶一样多。 腺嘌呤和胸腺嘧啶通过两个氢键连接，胞嘧啶和鸟嘌呤通过三个氢键连接。 这两条链本质上是反平行的；也就是说，一条链的糖的3'碳将处于 “向上” 位置，而另一条链的5'碳将处于向上位置。 DNA双螺旋的直径在整个过程中是均匀的，因为嘌呤（两个环）总是与嘧啶（一个环）配对，并且它们的总长度始终相等（图\(\PageIndex{3}\)）。
图\(\PageIndex{3}\)：DNA (a) 形成双链螺旋，(b) 腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，胞嘧啶对与鸟嘌呤。 （来源 a：杰罗姆·沃克、丹尼斯·迈茨对作品的修改）
RNA 的结构
所有细胞中都有第二种核酸，称为核糖核酸或RNA。 与DNA一样，RNA是核苷酸的聚合物。 RNA 中的每个核苷酸都由含氮碱、五碳糖和磷酸盐基团组成。 就RNA而言，五碳糖是核糖，而不是脱氧核糖。 与只有氢原子的脱氧核糖不同，核糖在 2' 碳处有一个羟基（图\(\PageIndex{4}\)）。
图\(\PageIndex{4}\)：在RNA中发现的核糖和在DNA中发现的脱氧核糖之间的区别在于，核糖在2'碳处有一个羟基。
RNA 核苷酸含有氮碱基腺嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤。 但是，它们不含胸腺嘧啶，而是被尿嘧啶所取代，以 “U” 表示 RNA作为单链分子而不是双链螺旋存在。 分子生物学家根据其功能命名了几种RNA。 其中包括信使 RNA (mRNA)、转移 RNA (tRNA) 和核糖体 RNA (rRNA)，即参与从 DNA 密码中产生蛋白质的分子。
DNA 在细胞中是如何排列的
DNA是一种工作分子；当细胞准备分裂时，必须对其进行复制，并且必须对其进行 “读取” 才能产生分子，例如蛋白质，以发挥细胞的功能。 因此，DNA以非常特殊的方式受到保护和包装。 此外，DNA分子可能很长。 端到端延伸，单个人类细胞中的DNA分子的长度约为2米。 因此，细胞的DNA必须以非常有序的方式包装，以适应肉眼看不见的结构（细胞）并在其中发挥作用。 原核生物的染色体在许多特征上比真核生物的染色体简单得多（图\(\PageIndex{5}\)）。 大多数原核生物都含有单个圆形染色体，该染色体存在于细胞质中称为核样体的区域中。
图\(\PageIndex{5}\)：真核生物包含定义明确的核，而在原核生物中，染色体位于称为核样体的区域的细胞质中。
研究最充分的原核生物之一大肠埃希氏菌的基因组大小为460万个碱基对，如果伸展的话，其距离将延伸约1.6毫米。 那么，它如何适合小型细菌细胞呢？ 在所谓的超级线圈中，DNA被扭曲到双螺旋线之外。 已知有些蛋白质与超级线圈有关；其他蛋白质和酶有助于维持超线圈结构。
真核生物的染色体均由线性 DNA 分子组成，它们采用不同类型的包装策略将其 DNA 装入细胞核（图\(\PageIndex{6}\)）。 在最基本的层面上，DNA被称为组蛋白的蛋白质包裹，形成称为核小体的结构。 DNA 紧紧地包裹在组蛋白核心周围。 这个核小体通过不含组蛋白的短链DNA与下一个核小体相连。 这也被称为 “绳子上的珠子” 结构；核小体是 “珠子”，它们之间短长的 DNA 是 “绳”。 核小体周围盘绕着它们的 DNA，紧凑地堆叠在一起，形成一个 30 纳米宽的纤维。 这种纤维进一步卷成更厚更紧凑的结构。 在有丝分裂的中期阶段，当染色体排列在细胞中心时，染色体最为紧凑。 它们的宽度约为 700 nm，与支架蛋白有关。
在中间阶段，即有丝分裂之间的细胞周期阶段，染色体解密时，真核生物染色体有两个不同的区域，可以通过染色来区分。 有一个紧密封装的区域会染得很深，还有一个密度较低的区域。 深色染色区域通常含有不活跃的基因，存在于着丝粒和端粒区域。 轻度染色区域通常包含活性基因，DNA封装在核小体周围，但不会进一步压实。
图\(\PageIndex{6}\)：这些数字说明了真核生物染色体的压实情况。
概念在行动
观看这段 DNA 封装的动画。
摘要
DNA的双螺旋结构模型是由沃森和克里克提出的。 DNA 分子是核苷酸的聚合物。 每个核苷酸由一个含氮碱、一个五碳糖（脱氧核糖）和一个磷酸基团组成。 DNA中有四个含氮碱基，两个嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和两个嘧啶（胞嘧啶和胸腺嘧啶）。 DNA 分子由两条链组成。 每条链都由核苷酸组成，它们在其中一个的磷酸基团和下一个的脱氧核糖之间共价结合在一起。 从这个骨干上延伸基地。 一条链的碱基通过氢键与第二条链的碱基结合。 腺嘌呤总是与胸腺嘧啶结合，胞嘧啶总是与鸟嘌呤结合。 这种粘合使两根股线以一种称为双螺旋的形状相互旋转。 核糖核酸（RNA）是细胞中发现的第二种核酸。 RNA是核苷酸的单链聚合物。 它与DNA的不同之处还在于它含有糖核糖而不是脱氧核糖，以及核苷酸尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。 各种RNA分子在根据DNA中的遗传密码形成蛋白质的过程中起作用。
原核生物包含单条双链圆形染色体。 真核生物含有封装在染色体中的双链线性 DNA 分子。 DNA 螺旋包裹在蛋白质周围，形成核小体。 蛋白质线圈进一步盘绕，在有丝分裂和减数分裂期间，染色体会变得更加卷曲以促进其运动。 染色体有两个不同的区域，可以通过染色来区分，反映出不同程度的包装，并由一个区域中的DNA是否在表达（euchromatin）（异染色质）来确定。
词汇表
脱氧核糖
一种在 2' 位置具有氢原子而不是羟基的五碳糖分子；DNA 核苷酸的糖成分
双螺旋
DNA 的分子形状，其中两条核苷酸链以螺旋形相互缠绕
含氮碱
一种充当碱的含氮分子；通常指核酸的嘌呤或嘧啶成分之一
磷酸盐组
由与四个氧原子结合的中心磷原子组成的分子群
贡献者和归因
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9: 分子生物学
9.2: DNA 复制
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DNA双螺旋结构模型 - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册DNA双螺旋结构模型1953年4月，英国的《自然》杂志刊登了沃森和克里克在英国剑桥大学合作的研究成果：DNA双螺旋结构的分子模型，这一成果被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。DNA分子结…查看全部内容关注话题管理分享百科讨论精华视频等待回答详细内容简介1953年4月，英国的《自然》杂志刊登了沃森和克里克在英国剑桥大学合作的研究成果：DNA双螺旋结构的分子模型，这一成果被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。DNA分子结构的发现，更好地解释了DNA是遗传物质以及在分子水平上阐明了DNA的复制和控制蛋白质合成的功能。[1]发现双螺旋结构的提出者1953年2月，沃森（Watson）、克里克（Crick）通过维尔金斯看到了富兰克林（Rosalind Franklin）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。双螺旋模型意义双螺旋模型的意义，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(A)总是与胸腺嘧啶（T）配对、鸟膘呤（G）总是与胞嘧啶（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。他认为，如果没有这句话，将意味着他与沃森“缺乏洞察力，以致不能看出这一点来”。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。结构主链(backbone)由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有二条,它们似“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。DNA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(base pair)碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T间形成两个氢键，G与C间形成三个氢键。DNA结构中的碱基对与Chatgaff的发现正好相符。从立体化学的角度看,只有嘌呤与嘧啶间配对才能满足螺旋对于碱基对空间的要求，而这二种碱基对的几何大小又十分相近,具备了形成氢键的适宜键长和键角条件。每对碱基处于各自自身的平面上，但螺旋周期内的各碱基对平面的取向均不同。碱基对具有二次旋转对称性的特征，即碱基旋转180°并不影响双螺旋的对称性。也就是说双螺旋结构在满足二条链碱基互补的前提下，DNA的一级结构产并不受限制。这一特征能很好的阐明DNA作为遗传信息载体在生物界的普遍意义。[1]大沟和小沟大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链之间，而大沟位于相毗邻的双股之间。这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对，从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。在大沟和小沟内的碱基对中的N和O原子朝向分子表面。结构参数螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。浏览量2697 讨论量1 帮助中心知乎隐私保护指引申请开通机构号联系我们 举报中心涉未成年举报网络谣言举报涉企虚假举报更多 关于知乎下载知乎知乎招聘知乎指南知乎协议更多京 ICP 证 110745 号 · 京 ICP 备 13052560 号 - 1 · 京公网安备 11010802020088 号 · 京网文[2022]2674-081 号 · 药品医疗器械网络信息服务备案（京）网药械信息备字（2022）第00334号 · 广播电视节目制作经营许可证:（京）字第06591号 · 服务热线：400-919-0001 · Investor Relations · © 2024 知乎 北京智者天下科技有限公司版权所有 · 违法和不良信息举报：010-82716601 · 举报邮箱：jubao@zhihu.
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2018-09-25 18:18:53
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DNA双螺旋：解读生命的奥秘
文章来源：《科技日报》
发布时间：2003-04-25
【字号： 小 中 大 】
山西临汾的施良飞越看自己的女儿越不像自己，也不像自己的妻子。2001年7月9日，他携妻带女一同到北京做DNA亲子关系鉴定。结果令他和妻子大吃一惊……
一只羊或牛不再像以前那样只是为人类提供肉类和皮革，通过克隆技术、转基因技术，这只羊或牛就会变成一个制药厂，生产着基因技术所需要的各种各样的药物……未来一个人的医院病历很简单，就是一张CD盘，其中含有病人的全部遗传信息……
小酒馆里宣称发现生命的秘密
1953年，年仅25岁的詹姆斯·沃森和37岁的弗朗西斯·克里克共同完成了一项伟业：他们从DNA(脱氧核糖核酸)的X光衍射图上解读了它的双螺旋结构。当时大多数人对于这一发现并没有予以关注，就连当时的媒体，也只有一家小报(现早已停刊)稍作报道。然而随着时光流转，DNA双螺旋结构的发现对人类社会产生的影响与日俱增，克隆技术、基因工程、生物芯片技术等都与之不可分割。
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员莫鑫泉说，DNA双螺旋结构的发现开启了分子生物学时代。它使生物大分子的研究进入一个崭新的阶段，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。50年来，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。
有趣的是，在发现DNA双螺旋结构时，沃森是一个刚刚迈出校门不久的大学生，而克里克则是一个不懂遗传学的、一个不得志的物理学家。然而就是这两个人，改写了生物学的历史。他们的研究成果被誉为可与达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美的重要科学发现。
关于DNA双螺旋结构的发现日期还有一段小“故事”。1953年2月28日，37岁的克里克走进英格兰剑桥大学的雄鹰酒馆，在那里他向一群困惑的听众宣布，他和一位朋友发现了“生命的秘密”。然而包括沃森在内的许多科学家却都认为，只有当沃森和克里克于1953年4月25日在《自然》杂志上首次发表关于DNA双螺旋结构的论文时，生命的秘密才算得上是真正展现在人类面前。正因此，中国遗传学会将在这一论文发表50周年之际，于4月20-24日在南京举行隆重的学术纪念研讨会，国家有关部门也将在4月24日举行相关纪念活动。
“发现DNA双螺旋结构的意义对生物学来说怎么估量都不为过。”莫鑫泉先生对记者说：“用双螺旋结构解释遗传是如何进行的，这是人类对自己、对生物学认识的巨大飞跃。发现双螺旋之前，科学家对生命现象进行了长期的思考与研究：是什么因素使人类能够一代一代地将遗传特性保持下去？”的确，就是一个桌子还有腐朽变坏的时候，为什么人类就能代代延续？什么决定了人生人，老鼠生老鼠？
在20世纪初，没有人能够想到DNA就是遗传物质。当时科学家们猜测，生命的遗传物质应该是蛋白质，因为20种氨基酸多种不同的组合，可以形成许多不同的蛋白质，蛋白质作为酶催化生物代谢反应，由此控制多种遗传性状的表达。然而在沃森和克里克发现DNA双螺旋结构后，科学家们终于明白了，DNA的4种核苷酸分子不同的组合或序列构成了成千上万种基因，这些“化学语言”编码着不同的遗传信息，指导和控制着生物体的生化、形态、生理和行为等多种性状的表达和变化。DNA是自然界唯一能够自我复制的分子，正是这种精细准确的复制，为生物将其特性传递给下一代提供了最基本的分子基础。
DNA双螺旋结构的发现及由此产生的生物技术革命正以前所未有的深度和广度影响着人类的生活，影响着自然科学，包括社会科学的发展。
“为什么我的女儿不像我”
山西临汾的施良飞越看自己的女儿越不像自己，也不像自己的妻子。2001年7月9日，他携妻带女一同到北京做DNA亲子关系鉴定。结果令他和妻子大吃一惊：他们二人不是女儿的生物学父母。为此他们将妻子生产时的医院临汾铁路分局中心医院告上了法庭，要求返还亲生女儿并赔偿经济损失及精神损害。2001年8月，法院不公开开庭审理了此案。施良飞得到了一份医院提供的与其妻子同时住院者的名单，于是他便开始一家一户地悄悄寻找。
一天，施良飞按照名单找到了一家小卖部，一眼就看到了女主人段香翠居然和自己的“女儿”长得一模一样，并且段香翠的“女儿”长得又很像自己的妻子。2001年11月19日，施良飞夫妇及“女儿”、段香翠夫妇及“女儿”共6人在法院的监督下在临汾地区医院抽取血样各1份并当场贴了封条。次日，两个家庭的血样送到公安部物证鉴定中心做DNA亲缘关系鉴定。22日，检验出来了：施良飞的女儿是段香翠夫妇之生女的相对机会为99.9999%；段香翠的女儿是施良飞夫妇之生女的相对机会为99.9999%，至此，案件的基本事实终于大白于天下。
撇开案件错综复杂的关系及结果不说，公安部物证鉴定中心为此案所作检验时利用了DNA的检测技术。其原理是，人身上的每个细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA，每个人的DNA都不完全相同，人与人之间不同的碱基对数目达百万之多，因此通过分子生物学方法所显示出来的人的DNA模样就会因人而异，人们就可以像指纹那样分辨人与人的不同了；同时DNA还具有遗传性，是负责遗传特性的基本物质，人们可以利用这一特点来鉴别两个人之间的亲缘关系。施良飞虽认为段翠香的女儿长得很像自己的妻子，这并不能说明二人之间就有血缘关系。只有利用了DNA的检测技术才能确认这一关系。
这件事反映了DNA对我们现代生活的影响，然而鉴定血缘关系或者是警方利用DNA技术破案都仅仅是这种影响中的极小部分。中国科学院基因组信息学中心研究员、国家863科技攻关计划人类基因组单体型图构建项目课题组长曾长青博士对记者说，DNA双螺旋的发现对人类的影响实际上很难一样一样地数出来，就像电的发明对今天人类社会的影响一样。它本身属于一项非常基础性的科学发现。了解了DNA、RNA(核糖核酸)和蛋白质的结构与功能，就如同解读了从遗传信息到生命活动的三步曲，就可以使人类从分子水平上解释生命，认识生命，直到改造生命。发现了双螺旋，可以说带来了人类知识的大爆炸。
克隆塔斯马尼亚虎
1936年最后一只塔斯马尼亚虎死于澳洲的霍巴特动物园。塔斯马尼亚虎是一种食肉的有袋类动物，身上有虎皮斑纹，后腿像袋鼠的腿，腹部有育儿袋，实际上更像狼，曾生活于澳大利亚、巴布亚新几内亚和塔斯马尼亚岛。当200年前白人来到这些地方后，因其吃羊而大量捕杀，终于造成塔斯马尼亚虎灭绝。
2002年5月28日，澳大利亚博物馆馆长迈克·阿彻在悉尼宣布，科学家从保存130年之久的塔斯马尼亚虎标本中提取了DNA并复制成功，这只标本从1866年以来便泡在酒精中保存。他们希望在10年之内克隆出一头塔斯马尼亚虎。科学家认为，从死亡动物身上取得的DNA，并没有“失效”，与从活着的动物身上取得的DNA一样有效。如果克隆塔斯马尼亚虎成功，可以推而广之到其他灭绝的动物。
这绝对是一个利好的消息。如果科学家克隆塔斯马尼亚虎成功，就表明许多其他的绝种动物都可以克隆；从某种意义上说，绝种并不一定意味着永久消失。
克隆技术也许会为绝种动物死而复生打开方便之门。关于克隆生命，争议最大的恐怕就是克隆人了。但这不属于科学问题，引发争议的主要是它所带来的伦理问题和道德问题。撇开了伦理道德的影响，又有多少人反对利用基因技术、克隆技术复活已绝种的动物呢？
曾长青博士认为，DNA的发现不仅改变了整个生命科学，而且对包括社会科学在内的其他的科学和学科都有极大的影响。像今天很“热闹”的为全球各界人士所关注的克隆人、干细胞、基因和转基因等都是在知晓了DNA结构后才有可能产生的，而它们所带来的一系列有关遗传学、人类道德标准和生命伦理学的问题或挑战也成为当代社会科学工作者的热门话题。曾博士戏称，DNA双螺旋结构的发现及其所带来的
现代生物技术的革命也给社会科学研究者创造了众多的“就业”机会 。
病历———一张CD盘
假如你得了感冒，到医院就诊，大夫会给开一些治疗感冒的药物。你必定会按照大夫的要求定时吃药，企盼着能早日康复。其实大夫给你治感冒开这几种药，给别人治感冒基本也是开这几种药。同样一个心脏病患者到医院就诊，大夫给他开的药与给别的心脏病患者开的药也没什么两样，可以说是看病不看人。但实际上人们对药物的反应是不一样的，有的药对某人起作用，但对另一人可能就不起作用。
曾长青博士认为，随着现代生物技术的发展，这种治疗方法肯定会改变。她向我们展示了这样一幅蓝图：未来的医学将是“个体医学”。一个人得了病，可以根据他的基因特点设计几种药物，更有针对性和更少副作用地予以治疗；当了解了你有某些能够引起疾病的基因或是对某一疾病的易感基因后，就可以通过分子遗传学的手段对你的基因进行更换，或者修正；或是通过治疗使它不表达，使它没有什么活性。曾博士设想，未来一个人的医院病历很简单，就是一张CD盘，其中含有病人的全部遗传信息，告诉你有多大的可能性会得心脏病，你对肝炎敏感性有多大，患高血压的概率是多少，也能清楚你有多大的可能性不得这些疾病。将来还可利用基因“改善”人的健康状况。比如藏族人、蒙古族人高血压的发病率较高，但彝族人就不爱得高血压。假如彝族人到藏族人群中居住，尽管他酒肉不拒，患高血压的可能仍比藏族人低。可能将来不仅找到了有关高血压的各个基因，并可对一些不好的位点进行“改造”，那么藏族人也就不易患高血压了。
当然这张CD盘不能做到让你不得病，它只是告诉你有易患某种病的倾向，使你可以预防或有针对性地治疗。可能通过转基因食品，使人们在填饱肚子的同时，就“嫁接”过来了许多预防或治疗疾病的基因。
DNA、基因、一张CD盘、转基因食品，我们仿佛看到人类未来生活的美丽的蓝图。肯定当年DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克是想不到这些的。当然他们也想不到，就凭这一发现，1962年他们成为了诺贝尔奖的获奖者。
四条腿的“制药厂”
生命科学被称为21世纪的科学，生物技术被认为是信息技术之后将统领世界经济的排头兵。有人说，1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，标志着生物经济的开始。基因是决定一个生物物种所有生命现象最基本的因子，因而2000年人类基因组测序的完成和公布标志着生物经济进入成长阶段。
科技部生物中心主任、中国农业大学博士生导师王宏广教授向记者展望了未来生物经济的前景：生物技术已经成为许多国家研究开发的重点，成为国际科技竞争、经济竞争的热点，生物技术产业已经成为继信息产业之后的又一个新的经济生物生长点。现代生物技术革命是新的科技革命的重要内容，生物技术在医学方面的应用，必将导致现代医学巨大的变化。生物药在化学药、生物药、天然药这三大类药物中的比重会直线上升，在重大疫病包括天花、乙肝以及各种细菌型、病毒型的大型传染病防治等方面，生物药都将发挥其他药物不可替代的作用；干细胞的研究可能使人体的器官像汽车零件一样予以更换。现代生物技术在农业方面的应用，必将引发第二次绿色革命。转基因技术将对人类已经种植数千年动植物品种进行改良，一只羊或牛不再像以前那样只是为人类提供肉类和皮革，通过克隆技术、转基因技术，这只羊或牛就会变成一个制药厂，生产着基因技术所需要的各种各样的药物。生物肥料的使用将部分替代人类已经用了近一个世纪的化学肥料，生物农药将部分替代化学农药，不仅能为农民节约大量的资金，而且减少了农产品与环境污染。
随着王宏广主任的描述，记者眼前出现了一幕幕的未来图画：在西部干旱缺水的地区种植着具有抗旱基因的树种和草，使干旱贫脊的半壁江山变成秀美山川；以往令人无可奈何的盐碱地通过抗盐基因的注入变成良田，生产着木材和纤维；城乡的污水通过发酵等生物技术处理，又能为人所灌溉、利用；经过生物技术处理的固体垃圾，变废为宝，为我们产生着新的能源……
我们所展望的只是今天能想到的，同我们所不知道的相比，实为沧海一粟，未知的生命科学前景才是我们人类更大的福祉。
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3'-TTAACCGG-5'这两条线是互补的，其中一条上的每个碱基都与另一条上的另一个碱基相连。A-T对由两个氢键连接，而G-C对由三个氢键连接。当两个DNA序列以这种方式匹配时，它们可以以一种反平行的方式粘在一起，形成一个螺旋，它们被称为 互补的。互补碱基之间的氢键将DNA链固定在反平行链的双螺旋中。胸腺嘧啶与腺嘌呤形成两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶形成三个氢键。图像修改自 OpenStax Biology.RNA的性质核糖核酸（RNA）与DNA不同，通常是单链的。RNA链中的核苷酸包含核糖（五碳糖）、四个含氮碱基之一（A、U、G或C）和一个磷酸基。在这里，我们将研究四种主要类型的RNA：信使RNA （mRNA）、核糖体RNA （rRNA）、转移RNA （tRNA）和调控RNA。信使RNA（mRNA）信使RNA （mRNA）是蛋白质编码基因及其产物之间的中间体。如果一个细胞需要制造一种特定的蛋白质，编码该蛋白质的基因就会被激活，这意味着RNA聚合酶就会出现，并制造出基因DNA序列的RNA拷贝或转录本。转录本携带的信息与其基因的DNA序列相同。然而，在RNA分子中，碱基T被U取代。例如，如果一个DNA编码链的序列是5‘-AATTGCGC-3’，那么相应的RNA序列就是5‘-AAUUGCGC-3’。一旦信使RNA被制造出来，它就会与核糖体结合，核糖体是一种专门使用氨基酸组装蛋白质的分子机器。核糖体利用mRNA中的信息来制造特定序列的蛋白质，以三对为一组（称为密码子）的形式“读出”mRNA的核苷酸，并为每个密码子添加特定的氨基酸。核糖体（由蛋白质和rRNA组成）与mRNA结合的图片，tRNAs将氨基酸添加到生长链中。在某一特定时刻，与之结合的tRNA，也就是所添加的氨基酸，是由当时被“读取”的mRNA序列决定的。图片来源：OpenStax生物学。核糖体RNA （rRNA）和转移RNA （tRNA）核糖体RNA （rRNA）是核糖体的主要成分，它帮助mRNA在正确的位置结合，从而可以读出其序列信息。有些rRNA也起着酶的作用，这意味着它们有助于加速（催化）化学反应——在这种情况下，是氨基酸与蛋白质之间的键的形成。作为酶的RNA被称为核糖酶。转移RNA (tRNA)也参与蛋白质合成，但它们的作用是作为载体将氨基酸带到核糖体，确保添加到链上的氨基酸是mRNA指定的氨基酸。转移RNA由单链RNA组成，但这条链有互补的片段，它们粘在一起形成双链区域。这种碱基配对创造了一个复杂的三维结构，对分子的功能很重要。tRNA的结构。整个分子的形状有点像L。图片修改自蛋白质数据库（美国政府的作品）。调控RNA (miRNA和siRNA)一些类型的非编码RNA（不编码蛋白质的RNA）有助于调节其他基因的表达。这种RNA可以称为调控RNA。例如，微小核糖核酸（miRNA）和小干扰RNA （siRNA） 是大约22个核苷酸长的小调控RNA分子。它们与特定的mRNA分子（具有部分或完全互补的序列）结合，降低其稳定性或干扰其翻译，为细胞降低或微调这些mRNA水平提供了一种方法。这些只是许多类型的非编码和调控RNA中的一些例子。科学家们仍在发现新的非编码RNA。[更多关于调控RNA的内容]概述：DNA和RNA的特征DNARNA功能遗传信息库参与蛋白质合成和基因调控；一些病毒中遗传信息的载体糖脱氧核糖核糖结构双螺旋通常是单链的碱基C, T, A, GC, U, A, G图片来源：修改自 OpenStax Biology在可汗学院之外探索您想要了解更多有关核苷酸碱基配对的信息吗？看看来自LabXchange的这个互动页面。LabXchange是一个免费的在线科学教育平台，由哈佛大学文理学院教授创建，并得到了安进基金会的支持。[来源和参考]问题提示与感谢想加入讨论吗？登录排序方式:票数最多尚无帖子。你会英语吗？单击此处查看更多可汗学院英文版的讨论.
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