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尼仑伯格破解遗传密码的科学意义(尼伦伯格遗传密码)

本文目录一览:

Daniel Tenen哪一年获得诺贝尔医学奖

特南教授(Daniel Tenen)应该没有得过诺贝尔医学奖。

历届诺贝尔医学奖得主:

1901年

埃米尔·阿道夫·冯·贝林

德国

“对血清疗法的研究,特别是在治疗白喉应用上的贡献,由此开辟了医学领域研究的新途径,也因此使得医生手中有了对抗疾病和死亡的有力武器”

1902年

罗纳德·罗斯

英国

“在疟疾研究上的工作,由此显示了疟疾如何进入生物体,也因此为成功地研究这一疾病以及对抗这一疾病的方法奠定了基础”

1903年

尼尔斯·吕贝里·芬森

丹麦

“在用集中的光辐射治疗疾病,特别是寻常狼疮方面的贡献,由此开辟了医学研究的新途径”

1904年

伊万·巴甫洛夫

俄罗斯

“在消化的生理学研究上的工作,这一主题的重要方面的知识由此被转化和扩增”

1905年

罗伯特·科赫

德国

“对结核病的相关研究和发现”

1906年

卡米洛·高尔基

意大利

“在神经系统结构研究上的工作”

圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔

西班牙

1907年

夏尔·路易·阿方斯·拉韦朗

法国

“对原生动物在致病中的作用的研究”

1908年

伊拉·伊里奇·梅契尼科夫

俄罗斯

“在免疫性研究上的工作”

保罗·埃尔利希

德国

1909年

埃米尔·特奥多尔·科赫尔

瑞士

“对甲状腺的生理学、病理学以及外科学上的研究”

1910年

阿尔布雷希特·科塞尔

德国

“通过对包括细胞核物质在内的蛋白质的研究,为了解细胞化学做出的贡献”

1911年

阿尔瓦·古尔斯特兰德

瑞典

“在眼睛屈光学研究上的工作”

1912年

亚历克西·卡雷尔

法国

“在血管结构以及血管和器官移植研究上的工作”

1913年

夏尔·罗贝尔·里歇

法国

“在过敏反应研究上的工作”

1914年

罗伯特·巴拉尼

奥地利

“在前庭器官的生理学与病理学研究上的工作”

1919年

朱尔·博尔代

比利时

“免疫性方面的发现”

1920年

奥古斯特·克罗

丹麦

“发现毛细血管运动的调节机理”

1922年

阿奇博尔德·希尔

英国

“在肌肉产生热量上的发现”

奥托·迈尔霍夫

德国

“发现肌肉中氧的消耗和乳酸代谢之间的固定关系”

1923年

弗雷德里克·格兰特·班廷

加拿大

“发现胰岛素”

约翰·麦克劳德

加拿大

1924年

威廉·埃因托芬

荷兰

“发明心电图装置”

1926年

约翰尼斯·菲比格

丹麦

“发现鼠癌”

1927年

朱利叶斯·瓦格纳-尧雷格

奥地利

“发现在治疗麻痹性痴呆过程中疟疾接种疗法的治疗价值”

1928年

查尔斯·尼柯尔

法国

“在斑疹伤寒研究上的工作”

1929年

克里斯蒂安·艾克曼

荷兰

“发现抗神经炎的维生素”

弗雷德里克·霍普金斯爵士

英国

“发现刺激生长的维生素”

1930年

卡尔·兰德施泰纳

奥地利

“发现人类的血型”

1931年

奥托·海因里希·瓦尔堡

德国

“发现呼吸酶的性质和作用方式”

1932年

查尔斯·斯科特·谢灵顿爵士

英国

“发现神经元的相关功能”

埃德加·阿德里安

英国

1933年

托马斯·亨特·摩尔根

美国

“发现遗传中染色体所起的作用”

1934年

乔治·惠普尔

美国

“发现贫血的肝脏治疗法”

乔治·迈诺特

美国

威廉·莫菲

美国

1935年

汉斯·斯佩曼

德国

“发现胚胎发育中的组织者(胚胎发育中起中心作用的胚胎区域)效应”

1936年

亨利·哈利特·戴尔爵士

英国

“神经冲动的化学传递的相关发现”

奥托·勒维

奥地利

1937年

圣捷尔吉·阿尔伯特

匈牙利

“与生物燃烧过程有关的发现,特别是关于维生素C和延胡索酸的催化作用”

1938年

海门斯

比利时

“发现窦和主动脉机制在呼吸调节中所起的作用”

1939年

格哈德·多马克

德国

“发现百浪多息(一种磺胺类药物)的抗菌效果”

1943年

亨利克·达姆

丹麦

“发现维生素K”

爱德华·阿德尔伯特·多伊西

美国

“发现维生素K的化学性质”

1944年

约瑟夫·厄尔兰格

美国

“发现单神经纤维的高度分化功能”

赫伯特·斯潘塞·加塞

美国

1945年

亚历山大·弗莱明爵士

英国

“发现青霉素及其对各种传染病的疗效”

恩斯特·伯利斯·柴恩

英国

霍华德·弗洛里爵士

澳大利亚

1946年

赫尔曼·约瑟夫·马勒

美国

“发现用X射线辐射的方法能够产生突变”

1947年

卡尔·斐迪南·科里

美国

“发现糖原的催化转化原因”

格蒂·特蕾莎·科里

美国

贝尔纳多·奥赛

阿根廷

“发现垂体前叶激素在糖代谢中的作用”

1948年

保罗·赫尔曼·穆勒

瑞士

“发现DDT是一种高效杀死多类节肢动物的接触性毒药”

1949年

瓦尔特·鲁道夫·赫斯

瑞士

“发现间脑的功能性组织对内脏活动的调节功能”

安东尼奥·埃加斯·莫尼斯

葡萄牙

“发现前脑叶白质切除术对特定重性精神病患者的治疗效果”

1950年

菲利普·肖瓦特·亨奇

美国

“发现肾上腺皮质激素及其结构和生物效应”

爱德华·卡尔文·肯德尔

美国

塔德乌什·赖希施泰因

瑞士

1951年

马克斯·泰累尔

南非

“黄热病及其治疗方法上的发现”

1952年

赛尔曼·A·瓦克斯曼

美国

“发现链霉素,第一个有效对抗结核病的抗生素”

1953年

汉斯·阿道夫·克雷布斯

英国

“发现柠檬酸循环”

弗里茨·阿尔贝特·李普曼

美国

“发现辅酶A及其对中间代谢的重要性”

1954年

约翰·富兰克林·恩德斯

美国

“发现脊髓灰质炎病毒在各种组织培养基中的生长能力”

弗雷德里克·查普曼·罗宾斯

美国

托马斯·哈克尔·韦勒

美国

1955年

阿克塞尔·胡戈·特奥多尔·特奥雷尔

瑞典

“发现氧化酶的性质和作用方式”

1956年

安德烈·弗雷德里克·考南德

美国

“心脏导管术及其在循环系统的病理变化方面的发现”

沃纳·福斯曼

德国

迪金森·伍德拉夫·理查兹

美国

1957年

达尼埃尔·博韦

意大利

“发现抑制某些机体物质作用的合成化合物,特别是对血管系统和骨骼肌的作用”

1958年

乔治·韦尔斯·比德尔

美国

“发现基因功能受到特定化学过程的调控”

爱德华·劳里·塔特姆

美国

乔舒亚·莱德伯格

美国

“发现细菌遗传物质的基因重组和组织”

1959年

阿瑟·科恩伯格

美国

“发现核糖核酸和脱氧核糖核酸的生物合成机制”

塞韦罗·奥乔亚

美国

1960年

弗兰克·麦克法兰·伯内特爵士

澳大利亚

“发现获得性免疫耐受”

彼得·梅达沃

英国

1961年

盖欧尔格·冯·贝凯希

美国

“发现耳蜗内刺激的物理机理”

1962年

佛朗西斯·克里克

英国

“发现核酸的分子结构及其对生物中信息传递的重要性”

詹姆斯·杜威·沃森

美国

莫里斯·威尔金斯

英国

1963年

约翰·卡鲁·埃克尔斯爵士

澳大利亚

“发现在神经细胞膜的外围和中心部位与神经兴奋和抑制有关的离子机理”

艾伦·劳埃德·霍奇金

英国

安德鲁·赫胥黎

英国

1964年

康拉德·布洛赫

美国

“发现胆固醇和脂肪酸的代谢机理和调控作用”

费奥多尔·吕嫩

德国

1965年

方斯华·贾克柏

法国

“在酶和病毒合成的遗传控制中的发现”

安德列·利沃夫

法国

贾克·莫诺

法国

1966年

裴顿·劳斯

美国

“发现诱导肿瘤的病毒”

查尔斯·布兰顿·哈金斯

美国

“发现前列腺癌的激素疗法”

1967年

拉格纳·格拉尼特

瑞典

“发现眼睛的初级生理及化学视觉过程”

霍尔登·凯弗·哈特兰

美国

乔治·沃尔德

美国

1968年

罗伯特·W·霍利

美国

“破解遗传密码并阐释其在蛋白质合成中的作用”

哈尔·葛宾·科拉纳

美国

马歇尔·沃伦·尼伦伯格

美国

1969年

马克斯·德尔布吕克

美国

“发现病毒的复制机理和遗传结构”

阿弗雷德·赫希

美国

萨尔瓦多·卢瑞亚

美国

1970年

朱利叶斯·阿克塞尔罗德

美国

“发现神经末梢中的体液性传递物质及其贮存、释放和抑制机理”

乌尔夫·冯·奥伊勒

瑞典

伯纳德·卡茨爵士

英国

1971年

埃鲁·威尔布尔·苏德兰

美国

“发现激素的作用机理”

1972年

杰拉尔德·埃德尔曼

美国

“发现抗体的化学结构”

罗德尼·罗伯特·波特

英国

1973年

卡尔·冯·弗利

德国

“发现个体与社会性行为模式的组织和引发”

康拉德·洛伦兹

奥地利

尼可拉斯·庭伯根

英国

1974年

阿尔伯特·克劳德

比利时

“细胞的结构和功能组织方面的发现”

克里斯汀·德·迪夫

比利时

乔治·埃米尔·帕拉德

美国

1975年

戴维·巴尔的摩

美国

“发现肿瘤病毒和细胞的遗传物质之间的相互作用”

罗纳托·杜尔贝科

美国

霍华德·马丁·特明

美国

1976年

巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格

美国

“发现传染病产生和传播的新机理”

丹尼尔·卡尔顿·盖杜谢克

美国

1977年

罗歇·吉耶曼

美国

“发现大脑分泌的肽类激素”

安德鲁·沙利

美国

罗莎琳·萨斯曼·耶洛

美国

“开发肽类激素的放射免疫分析法”

1978年

沃纳·亚伯

瑞士

“发现限制性内切酶及其在分子遗传学方面的应用”

丹尼尔·那森斯

美国

汉弥尔顿·史密斯

美国

1979年

阿兰·麦克莱德·科马克

美国

“开发计算机辅助的断层扫描技术”

高弗雷·豪斯费尔德

英国

1980年

巴茹·贝纳塞拉夫

美国

“发现调节免疫反应的细胞表面受体的遗传结构”

让·多塞

法国

乔治·斯内尔

美国

1981年

罗杰·斯佩里

美国

“发现大脑半球的功能性分工”

大卫·休伯尔

美国

“发现视觉系统的信息加工”

托斯坦·维厄瑟尔

瑞典

1982年

苏恩·伯格斯特龙

瑞典

“发现前列腺素及其相关的生物活性物质”

本格特·萨米尔松

瑞典

约翰·范恩

英国

1983年

巴巴拉·麦克林托克

美国

“发现可移动的遗传元素”

1984年

尼尔斯·杰尼

丹麦

“关于免疫系统的发育和控制特异性的理论,以及发现单克隆抗体产生的原理”

乔治斯·克勒

德国

色萨·米尔斯坦

英国

1985年

麦可·布朗

美国

“在胆固醇代谢的调控方面的发现”

约瑟夫·里欧纳德·戈尔茨坦

美国

1986年

斯坦利·科恩

美国

“发现生长因子”

丽塔·列维-蒙塔尔奇尼

美国

1987年

利根川进

日本

“发现抗体多样性产生的遗传学原理”

1988年

詹姆士·W·布拉克爵士

英国

“发现药物治疗的重要原理”

格特鲁德·B·埃利恩

美国

乔治·希青斯

美国

1989年

迈克尔·毕晓普

美国

“发现逆转录病毒致癌基因的细胞来源”

哈罗德·瓦慕斯

美国

1990年

约瑟夫·默里

美国

“发明应用于人类疾病治疗的器官和细胞移植术”

唐纳尔·托马斯

美国

1991年

厄温·内尔

德国

“发现细胞中单离子通道的功能”

伯特·萨克曼

德国

1992年

埃德蒙·费希尔

美国

“发现的可逆的蛋白质磷酸化作用是一种生物调节机制”

埃德温·克雷布斯

美国

1993年

理察·罗伯茨

英国

“发现断裂基因”

菲利普·夏普

美国

1994年

艾尔佛列·古曼·吉尔曼

美国

“发现G蛋白及其在细胞中的信号转导作用”

马丁·罗德贝尔

美国

1995年

爱德华·路易斯

美国

“发现早期胚胎发育中的遗传调控机理”

克里斯汀·纽斯林-沃尔哈德

德国

艾瑞克·威斯乔斯

美国

1996年

彼得·杜赫提

澳大利亚

“发现细胞介导的免疫防御特性”

罗夫·辛克纳吉

瑞士

1997年

史坦利·布鲁希纳

美国

“发现朊病毒——传染的一种新的生物学原理”

1998年

罗伯·佛契哥特

美国

“发现在心血管系统中起信号分子作用的一氧化氮”

路易斯·路伊格纳洛

美国

费瑞·慕拉德

美国

1999年

古特·布洛伯尔

美国

“发现蛋白质具有内在信号以控制其在细胞内的传递和定位”

2000年

阿尔维德·卡尔森

瑞典

“发现神经系统中的信号传导”

保罗·格林加德

美国

艾瑞克·坎德尔

美国

2001年

利兰·哈特韦尔

美国

“发现细胞周期的关键调节因子”

蒂姆·亨特

英国

保罗·纳斯爵士

英国

2002年

悉尼·布伦纳

英国

“发现器官发育和细胞程序性死亡的遗传调控机理”

H·罗伯特·霍维茨

美国

约翰·E·苏尔斯顿

美国

2003年

保罗·劳特伯

美国

“在核磁共振成像方面的发现”

彼得·曼斯菲尔德爵士

英国

2004年

理查德·阿克塞尔

美国

“发现嗅觉受体和嗅觉系统的组织方式”

琳达·巴克

美国

2005年

巴里·马歇尔

澳大利亚

“发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡中所起的作用”

罗宾·沃伦

澳大利亚

2006年

安德鲁·法厄

美国

“发现了RNA干扰——双链RNA引发的沉默现象”

克雷格·梅洛

美国

2007年

马里奥·卡佩奇

美国

“在利用胚胎干细胞引入特异性基因修饰的原理上的发现”

马丁·埃文斯爵士

英国

奥利弗·史密斯

美国

2008年

哈拉尔德·楚尔·豪森

德国

“发现了导致子宫颈癌的人乳头状瘤病毒”

弗朗索瓦丝·巴尔-西诺西

法国

“发现人类免疫缺陷病毒(即艾滋病病毒)”

吕克·蒙塔尼

法国

2009年

伊丽莎白·布莱克本

澳大利亚

“发现端粒和端粒酶如何保护染色体”

卡罗尔·格雷德

美国

杰克·绍斯塔克

英国

2010年

罗伯特·杰弗里·爱德华兹

英国

“因为在试管婴儿方面的研究获奖”

2011年

布鲁斯·巴特勒

美国

"他们对于先天免疫机制激活的发现"

朱尔斯·霍尔曼

法国

拉尔夫 ·斯坦曼

美国

"他发现树突细胞和其在获得性免疫中的作用"

2012年

约翰·格登爵士

英国

“发现成熟细胞可被重写成多功能细胞”[2]

山中伸弥

日本

2013年 詹姆斯·E·罗斯曼 美国 在细胞内运输系统领域的新发现,三人发现了细胞囊泡交通的运行与调节机制。[3-4]

兰迪-W.谢克曼

美国

托马斯-C.苏德霍夫 德国

无机物进化到微生物

无机物——————有机小分子物质(氨基酸)————————有机大分子物质(蛋白质)——————生命(拥有基本代谢功能和繁殖功能)

英国科学家米勒作了一个实验,它将氨气,氢气,水蒸气等混合气体加热,然后通过电火花的洗礼,再接着冷却,最后在所得液体中发现了最简单的如氨基酸类的有机物。这就是生物进化的第一阶段。

原始地球中,大气中充满了氨气,氢气,co2,等等无机物质(大多数从地

球表层火山喷出来的),当时乌烟瘴气的大气层中,闪电密布,大概过了多少亿年,积累了许久的量变在一次巨大的闪电袭击下突然间质变,成为了一个有机物。然后,越来越多的有机物落到了原始海洋中(还是喷出来的……),慢慢的,他们聚集到一起,在强烈的紫外线和闪电攻击下,成为了基本的大分子有机物。后来,有很多物质不停的变化,成为了一个细胞中的各种物质,比如线粒体等等。后来,他们聚集在一起,生成了隔离水和细胞液的细胞膜,就此,第一个“生命”诞生了,虽然他只能有基本的新陈代谢和繁殖能力,但他是个定义上的生命。之后那就是越来越多的细胞聚集在一起,成为了多细胞生物。

DNA,原名脱氧核糖核酸,他就是一种大分子有机物,生物的遗传物质分RNA,DNA,有的蛋白质也有遗传功能。是DNA指导氨基酸合成和本体一样的蛋白质,并且组成到一起。

生命的组合完全是意外的,就像我刚才跟你陈述的过程,只有非常小的几率,他们合成了,并且,如果第一个生命不幸夭折了,那就还要等很久很久。

(原创)

DNADNA(为英文Deoxyribonucleic acid的缩写),又称脱氧核糖核酸,是染色体的主要化学成分,同时也是组成基因的材料,有时被称为“遗传微粒”。DNA是一种分子,可组成遗传指令,以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存,可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的指令,是建构细胞内其他的化合物,如蛋白质与RNA所需。带有遗传讯息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传讯息的表现。

单体脱氧核糖核酸聚合而成的聚合体——脱氧核糖核酸链,也被称为DNA。在繁殖过程中,父代把它们自己DNA的一部分(通常一半,即DNA双链中的一条)复制传递到子代中,从而完成性状的传播。因此,化学物质DNA会被称为“遗传微粒”。原核细胞的拟核是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体,每条染色体上含有一个或两个DNA。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种性状的几乎所有蛋白质和RNA分子的全部遗传信息;编码和设计生物有机体在一定的时空中有序地转录基因和表达蛋白完成定向发育的所有程序;初步确定了生物独有的性状和个性以及和环境相互作用时所有的应激反应.除染色体DNA外,有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA,极少数为RNA.

DNA是一种长链聚合物,组成单位称为核苷酸,而糖类与磷酸分子借由酯键相连,组成其长链骨架。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相接,这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列,可组成遗传密码,是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录,是根据DNA序列复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的讯息,另有一些本身就拥有特殊功能,例如rRNA、snRNA与siRNA。

DNA是遗传信息的载体,故亲代DNA必须以自身分子为模板准确的复制成两个拷贝,并分配到两个子细胞中去,完成其遗传信息载体的使命。而DNA的双链结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的。

(一)DNA的半保留复制

Waston和Click在提出DNA双螺旋结构模型时曾就DNA复制过程进行过研究,发现DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂(通过解旋酶),双螺旋结构解旋分开,每条链分别作模板合成新链。由于每个子代DNA的一条链来自亲代,另一条则是新合成的,故称之为半保留式复制(semiconservative replication)。

(二)DNA复制过程

1.DNA双螺旋的解旋

(1)单链DNA结合蛋白(single—stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白)

(2)DNA解链酶(DNA helicase)

(3)DNA解链

2.冈崎片段与半不连续复制

3.复制的引发和终止

(三)端粒和端粒酶

1941年美籍印度人麦克林托克(Mc Clintock)就提出了端粒(telomere)的假说,认为染色体末端必然存在一种特殊结构——端粒。现在已知染色体端粒的作用至少有二:① 保护染色体末端免受损伤,使染色体保持稳定;② 与核纤层相连,使染色体得以定位。

[编辑本段]【DNA的理化性质】

DNA是大分子高分子聚合物,DNA溶液为高分子溶液,具有很高的粘度。DNA对紫外线有吸收作用,当核酸变性时,吸光值升高;当变性核酸可复性时,吸光值又会恢复到原来水平。温度、有机溶剂、酸碱度、尿素、酰胺等试剂都可以引起DNA分子变性,即使得DNA双键间的氢键断裂,双螺旋结构解开。

DNA(deoxyribonucleic acid)指脱氧核糖核酸(染色体和基因的组成部分) 脱氧核苷酸的高聚物,是染色体的主要成分。遗传信息的绝大部分贮存在DNA分子中。

[编辑本段]【分布和功能】

原核细胞的染色体是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体,每个染色体也只含一个DNA分子。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息;策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间;确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。除染色体DNA外,有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA。

[编辑本段]【DNA的发现】

自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后,人们又提出了一个问题:遗传因子是不是一种物质实体?为了解决基因是什么的问题,人们开始了对核酸和蛋白质的研究。

早在1868年,人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩·赛勒的实验室里,有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔(1844--1895),他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣,因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康,与病菌“作战”而战死的白细胞和被杀死的人体细胞的“遗体”。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来,并用胃蛋白酶进行分解,结果发现细胞遗体的大部分被分解了,但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析,发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩·赛勒用酵母做实验,证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为 “核素”,后来人们发现它呈酸性,因此改叫“核酸”。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。

20世纪初,德国科赛尔(1853--1927)和他的两个学生琼斯(1865--1935)和列文(1869--1940)的研究,弄清了核酸的基本化学结构,认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种(腺瞟吟、鸟嘌吟、胸腺嘧啶和胞嘧啶),核糖有两种(核糖、脱氧核糖),因此把核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。

列文急于发表他的研究成果,错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的,从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸,以此为基础聚合成核酸,提出了"四核苷酸假说"。这个错误的假说,对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用,也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为,虽然核酸存在于重要的结构--细胞核中,但它的结构太简单,很难设想它能在遗传过程中起什么作用。

蛋白质的发现比核酸早30年,发展迅速。进入20世纪时,组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现,到1940年则全部被发现。

1902年,德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论,1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是,有的科学家设想,很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用,也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此,那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。

1928年,美国科学家格里菲斯(1877--1941)用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注人老鼠体内,结果他发现老鼠很快发病死亡,同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质,使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢?格里菲斯又在试管中做实验,发现把死了的有美菌与活的无荚菌同时放在试管中培养,无荚菌全部变成了有荚菌,并发现使无荚菌长出蛋白质荚的就是已死的有荚菌壳中遗留的核酸(因为在加热中,荚中的核酸并没有被破坏)。格里菲斯称该核酸为"转化因子"。

1944年,美国细菌学家艾弗里(1877--1955)从有美菌中分离得到活性的“转化因子”,并对这种物质做了检验蛋白质是否存在的试验,结果为阴性,并证明“转化因子”是DNA。但这个发现没有得到广泛的承认,人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质,残留的蛋白质起到转化的作用。

美籍德国科学家德尔布吕克(1906--1981)的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒,个体微小,只有用电子显微镜才能看到它。它像一个小蝌蚪,外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘,头的内部含有DNA,尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时,先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上,然后将它体内的DNA全部注人到细菌细胞中去,蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面,再没有起什么作用了。进入细菌细胞后的噬菌体DNA,就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的DNA和蛋白质,从而复制出许多与原噬菌体大小形状一模一样的新噬菌体,直到细菌被彻底解体,这些噬菌体才离开死了的细菌,再去侵染其他的细菌。

1952年,噬菌体小组主要成员赫尔希(1908一)和他的学生蔡斯用先进的同位素标记技术,做噬菌体侵染大肠杆菌的实验。他把大肠杆菌T2噬菌体的核酸标记上32P,蛋白质外壳标记上35S。先用标记了的T2噬菌体感染大肠杆菌,然后加以分离,结果噬菌体将带35S标记的空壳留在大肠杆菌外面,只有噬菌体内部带有32P标记的核酸全部注人大肠杆菌,并在大肠杆菌内成功地进行噬菌体的繁殖。这个实验证明DNA有传递遗传信息的功能,而蛋白质则是由 DNA的指令合成的。这一结果立即为学术界所接受。

几乎与此同时,奥地利生物化学家查加夫(1905--)对核酸中的4种碱基的含量的重新测定取得了成果。在艾弗里工作的影响下,他认为如果不同的生物种是由于DNA的不同,则DNA的结构必定十分复杂,否则难以适应生物界的多样性。因此,他对列文的"四核苷酸假说"产生了怀疑。在1948- 1952年4年时间内,他利用了比列文时代更精确的纸层析法分离4种碱基,用紫外线吸收光谱做定量分析,经过多次反复实验,终于得出了不同于列文的结果。实验结果表明,在DNA大分子中嘌吟和嘧啶的总分子数量相等,其中腺嘌吟A与胸腺嘧啶T数量相等,鸟嘌吟G与胞嘧啶C数量相等。说明DNA分子中的碱基A 与T、G与C是配对存在的,从而否定了"四核苷酸假说",并为探索DNA分子结构提供了重要的线索和依据。

1953年4月25日,英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的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,这一成果后来被誉为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。

沃森(1928一)在中学时代是一个极其聪明的孩子,15岁时便进入芝加哥大学学习。当时,由于一个允许较早人学的实验性教育计划,使沃森有机会从各个方面完整地攻读生物科学课程。在大学期间,沃森在遗传学方面虽然很少有正规的训练,但自从阅读了薛定愕的《生命是什么?--活细胞的物理面貌》一书,促使他去"发现基因的秘密"。他善于集思广益,博取众长,善于用他人的思想来充实自己。只要有便利的条件,不必强迫自己学习整个新领域,也能得到所需要的知识。沃森22岁取得博士学位,然后被送往欧洲攻读博士后研究员。为了完全搞清楚一个病毒基因的化学结构,他到丹麦哥本哈根实验室学习化学。有一次他与导师一起到意大利那不勒斯参加一次生物大分子会议,有机会听英国物理生物学家威尔金斯(1916--)的演讲,看到了威尔金斯的DNAX射线衍射照片。从此,寻找解开DNA结构的钥匙的念头在沃森的头脑中索回。什么地方可以学习分析X射线衍射图呢?于是他又到英国剑桥大学卡文迪什实验室学习,在此期间沃森认识了克里克。

克里克(1916一2004)上中学时对科学充满热情,1937年毕业于伦敦大学。1946年,他阅读了《生命是什么?-活细胞的物理面貌》一书,决心把物理学知识用于生物学的研究,从此对生物学产生了兴趣。1947年他重新开始了研究生的学习,1949年他同佩鲁兹一起使用X射线技术研究蛋白质分子结构,于是在此与沃森相遇了。当时克里克比沃森大12岁,还没有取得博士学位。但他们谈得很投机,沃森感到在这里居然能找到一位懂得DNA比蛋白质更重要的人,真是三生有幸。同时沃森感到在他所接触的人当中,克里克是最聪明的一个。他们每天交谈至少几个小时,讨论学术问题。两个人互相补充,互相批评以及相互激发出对方的灵感。他们认为解决DNA分子结构是打开遗传之谜的关键。只有借助于精确的X射线衍射资料,才能更快地弄清DNA的结构。为了搞到DNAX射线衍射资料,克里克请威尔金斯到剑桥来度周末。在交谈中威尔金斯接受了DNA结构是螺旋型的观点,还谈到他的合作者富兰克林(1920一1958,女)以及实验室的科学家们,也在苦苦思索着DNA结构模型的问题。从1951年11月至1953年4月的18个月中,沃森、克里克同威尔金斯、富兰克林之间有过几次重要的学术交往。

1951年11月,沃森听了富兰克林关于DNA结构的较详细的报告后,深受启发,具有一定晶体结构分析知识的沃森和克里克认识到,要想很快建立 DNA结构模型,只能利用别人的分析数据。他们很快就提出了一个三股螺旋的DNA结构的设想。1951年底,他们请威尔金斯和富兰克林来讨论这个模型时,富兰克林指出他们把DNA的含水量少算了一半,于是第一次设立的模型宣告失败。

有一天,沃森又到国王学院威尔金斯实验室,威尔金斯拿出一张富兰克林最近拍制的“B型”DNA的X射线衍射的照片。沃森一看照片,立刻兴奋起来、心跳也加快了,因为这种图像比以前得到的“A型”简单得多,只要稍稍看一下“B型”的X射线衍射照片,再经简单计算,就能确定DNA分子内多核苷酸链的数目了。

克里克请数学家帮助计算,结果表明源吟有吸引嘧啶的趋势。他们根据这一结果和从查加夫处得到的核酸的两个嘌吟和两个嘧啶两两相等的结果,形成了碱基配对的概念。

他们苦苦地思索4种碱基的排列顺序,一次又一次地在纸上画碱基结构式,摆弄模型,一次次地提出假设,又一次次地推翻自己的假设。

沃森(左)和克里克有一次,沃森又在按着自己的设想摆弄模型,他把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然,他发现由两个氢键连接的腺膘吟一胸腺嘧啶对竟然和由3个氢键连接的鸟嘌吟一胞嘧啶对有着相同的形状,于是精神为之大振。因为嘌吟的数目为什么和嘧啶数目完全相同这个谜就要被解开了。查加夫规律也就一下子成了 DNA双螺旋结构的必然结果。因此,一条链如何作为模板合成另一条互补碱基顺序的链也就不难想象了。那么,两条链的骨架一定是方向相反的。

经过沃森和克里克紧张连续的工作,很快就完成了DNA金属模型的组装。从这模型中看到,DNA由两条核苷酸链组成,它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起,很像一座螺旋形的楼梯,两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架,而踏板就是碱基对。由于缺乏准确的X射线资料,他们还不敢断定模型是完全正确的。

威尔金斯富兰克林下一步的科学方法就是把根据这个模型预测出的衍射图与X射线的实验数据作一番认真的比较。他们又一次打电话请来了威尔金斯。不到两天工夫,威尔金斯和富兰克林就用X射线数据分析证实了双螺旋结构模型是正确的,并写了两篇实验报告同时发表在英国《自然》杂志上。1962年,沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学和生理学奖,而富兰克林因患癌症于1958年病逝而未被授予该奖。

20世纪30年代后期,瑞典的科学家们就证明DNA是不对称的。第二次世界大战后,用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2nm。

DNA双螺旋结构被发现后,极大地震动了学术界,启发了人们的思想。从此,人们立即以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4 种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年,遗传密码全部被破解,基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明:基因实际上就是DNA大分子中的一个片段,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。在这个单位片段上的许多核苷酸不是任意排列的,而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的DNA,可以控制合成相应结构的蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要成分,生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此,基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等,这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福于人类。现代生物学的发展,愈来愈显示出它将要上升为带头学科的趋势。

[编辑本段]【DNA重组技术的发展】

20世纪50年代,DNA双螺旋结构被阐明,揭开了生命科学的新篇章,开创了科学技术的新时代。随后,遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。至此,人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包含的基因,生物的进化过程和生命过程的不同,就是因为DNA和基因运作轨迹不同所致。

知道DNA的重大作用和价值后,生命科学家首先想到能否在某些与人类利益密切相关的方面打破自然遗传的铁律,让患病者的基因改邪归正以达治病目的,把不同来源的基因片段进行“嫁接”以产生新品种和新品质……于是,一个充满了诱惑力的科学幻想奇迹般地成为现实。这是发生在20世纪70年代初的事情。

实现这一科学奇迹的科技手段就是DNA重组技术。1972年,美国科学家保罗?伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子,标志着DNA重组技术――基因工程作为现代生物工程的基础,成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。

DNA重组技术的具体内容就是采用人工手段将不同来源的含某种特定基因的DNA片段进行重组,以达到改变生物基因类型和获得特定基因产物的目的的一种高科学技术。

到了20世纪70年代中后期,由于出现了工程菌以及实现DNA重组和后处理都有工程化的性质,基因工程或遗传工程作为DNA重组技术的代名词被广泛使用。现在,基因工程还包括基因组的改造、核酸序列分析、分子进化分析、分子免疫学、基因克隆、基因诊断和基因治疗等内容。可以说,DNA重组技术创立近 30多年来所获得的丰硕成果已经把人们带进了一个不可思议的梦幻般的科学世界,使人类获得了打开生命奥秘和防病治病“魔盒”的金钥匙。

目前,DNA重组技术已经取得的成果是多方面的。到20世纪末,DNA重组技术最大的应用领域在医药方面,包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产,疾病发生机理、诊断和治疗,新基因的分离以及环境监测与净化。

许多活性多肽和蛋白质都具有治疗和预防疾病的作用,它们都是从相应的基因中产生的。但是由于在组织细胞内产量极微,所以采用常规方法很难获得足够量供临床应用。

基因工程则突破了这一局限性,能够大量生产这类多肽和蛋白质,迄今已成功地生产出治疗糖尿病和精神分裂症的胰岛素,对血癌和某些实体肿瘤有疗效的抗病毒剂――干扰素,治疗侏儒症的人体生长激素,治疗肢端肥大症和急性胰腺炎的生长激素释放抑制因子等100多种产品。

基因工程还可将有关抗原的DNA导入活的微生物,这种微生物在受免疫应激后的宿主体内生长可产生弱毒活疫苗,具有抗原刺激剂量大、且持续时间长等优点。目前正在研制的基因工程疫苗就有数十种之多,在对付细菌方面有针对麻风杆菌、百日咳杆菌、淋球菌、脑膜炎双球菌等的疫苗;在对付病毒方面有针对甲型肝炎、乙型肝炎、巨细胞病毒、单纯疱疹、流感、人体免疫缺陷病毒等的疫苗……。我国乙肝病毒携带者和乙肝患者多达一二亿,这一情况更促使了我国科学家自行成功研制出乙肝疫苗,取得了巨大的社会效益和经济效益。

抗体是人体免疫系统防病抗病的主要武器之一,20世纪70年代创立的单克隆抗体技术在防病抗病方面虽然发挥了重要作用,但由于人源性单抗很难获得,使得单抗在临床上的应用受到限制。为解决此问题,近年来科学家采用DNA重组技术已获得了人源性抗体,这种抗体既可保证它与抗原结合的专一性和亲合力,又能保证正常功能的发挥。目前,已有多种这样的抗体进行了临床试验,如抗HER-2人源化单抗治疗乳腺癌已进入Ⅲ期试验,抗IGE人源化单抗治疗哮喘病已进入Ⅱ期试验。

抗生素在治疗疾病上起到了重要作用,随着抗生素数量的增加,用传统方法发现新抗生素的几率越来越低。为了获取更多的新型抗生素,采用DNA重组技术已成为重要手段之一。目前人们已获得数十种基因工程“杂合”的抗生素,为临床应用开辟了新的治疗途径。

值得指出的是,以上所述基因工程多肽、蛋白质、疫苗、抗生素等防治药物不仅在有效控制疾病,而且在避免毒副作用方面也往往优于以传统方法生产的同类药品,因而更受人们青睐。

人类疾病都直接或间接与基因相关,在基因水平上对疾病进行诊断和治疗,则既可达到病因诊断的准确性和原始性,又可使诊断和治疗工作达到特异性强、灵敏度高、简便快速的目的。于基因水平进行诊断和治疗在专业上称为基因诊断和基因治疗。目前基因诊断作为第四代临床诊断技术已被广泛应用于对遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、病毒细菌寄生虫病和职业病等的诊断;而基因治疗的目标则是通过DNA重组技术创建具有特定功能的基因重组体,以补偿失去功能的基因的作用,或是增加某种功能以利对异常细胞进行矫正或消灭。

在理论上,基因治疗是治本治愈而无任何毒副作用的疗法。不过,尽管至今国际上已有100多个基因治疗方案正处于临床试验阶段,但基因治疗在理论和技术上的一些难题仍使这种治疗方法离大规模应用还有一段很长的距离。不论是确定基因病因还是实施基因诊断、基因治疗、研究疾病发生机理,关键的先决条件是要了解特定疾病的相关基因。随着“人类基因组计划”的临近完成,科学家们对人体全部基因将会获得全面的了解,这就为运用基因重组技术造逼于人类健康事业创造了条件。

不过,虽然基因技术向人类展示了它奇妙的“魔术师”般的魅力,但也有大量的科学家对这种技术的发展予以人类伦理和生态演化的自然法则的冲击表示出极大的担忧。从理论上来讲,这种技术发展的一个极致就是使人类拥有了创造任何生命形态或从未有过的生物的能力。人们能够想像这将是怎样的结果吗?

科学家在DNA中发现除基因密码之外的新密码

据台湾媒体报道,美国与以色列科学家相信,他们已在DNA(去氧核醣核酸)之中找到除了基因密码之外的第二种密码。新发现的密码负责决定核体—亦即DNA所环绕的微型蛋白质线轴—之位置。这些线轴同时保护与控制通往DNA本身的途径。

这项发现若获得证实,可能开启有关控制基因更高位阶的机制新知。譬如,每一种人体细胞得以激活其所需基因,却又无法触及其它种类细胞所使用的基因等既关键又神秘的过程。

以色列魏兹曼研究院的塞格尔与美国西北大学的威顿及其同僚,在这一期“自然”科学期刊中,撰文描述这种DNA新密码。

每一个人体细胞里都有约三千万个核体。之所以需要这么多的核体,是因为DNA线包覆每一个核体仅一.六五次,每个DNA螺旋就包含一百四十七个单位,而且单一染色体里的DNA分子在长度上可能就有高达二亿二千五百万个单位。

生物学家多年来一直怀疑,DNA上的某些位置,特别是DNA最容易弯曲的那些位置,可能比其它位置更有利于核体的存在,但整体模式并不显而易见。如今,塞格尔与威顿博士分析了酵母菌基因内约二百个位置的序列,这些都是既知核体纠结在一起的地方,两人发现其中确实隐含一个模式存在。

透过了解此一模式,他们成功预测其它有机体大约五成核体的位置。这个模式乃是能让DNA更容易弯曲,以及紧密包复核体的两种序列结合而成。但在此一模式中,每一个核体纠结的位置仅需若干序列出现即可,因此并不明显。正由于其形成条件松散,因此并不与基因密码冲突。

遗传密码的成功破译,对于疾病治疗有什么意义?

拿出基因代码DNA,我们就不陌生了。你知道吗?一个人的遗传密码总量是3乘10的9次方,一个遗传密码由4个字组成,如果每打3000个字,用书捆绑起来,一个人的遗传密码是100万页,如果每100页用一本书捆绑起来,我们的遗传密码就能包装成10,000本书。以肿瘤为例,通常认为治疗很难。有一个非常重要的理由。我们的遗传密码有98%是因为我们不知道其规律,所以我们没有考虑这部分遗传密码和该疾病的关系。肿瘤名言)如果只用2%的遗传密码信息作为肿瘤诊断的指标,我们对肿瘤疾病的分析就不准确了。

基因组的计算量太大,动态变化,该遗传代码存在于与人体其他组织不同的发育期,这表明它是大数据。人体中存在大量微生物。寄生环境的重要性在研究我们自己的遗传编码的同时,还要研究与我们共生的微生物的遗传编码,表观遗传是指基因核苷酸序列不变时基因表达的遗传变化。表观遗传密码的分析有助于更好地理解和诊断包括癌症在内的一系列疾病,因此成为医学研究的重要方向。

破解表观遗传密码的主要方法依赖于一种叫做亚硫酸氢盐的化学物质。但是,以这种物质为基础的测序方法虽然有用,但也存在很多局限性。最重要的是,亚硫酸氢盐会破坏接触到的大部分DNA。修饰后能留下的测序材料很少。这次宾夕法尼亚大学开发的新方法有效地克服了这种局限性。研究人员引入了一种称为载脂蛋白信使RNA编辑酶催化多肽(APOBEC)的脱氨酶。这种DNA脱氨酶能有效区分细胞色素修饰状态,与使用亚硫酸氢盐的效果相似,但不会损伤DNA。

用新方法测定神经元表观遗传代码所需的DNA输入比亚硫酸氢盐测序法少得多,只有后一千分之一。过去,一些表观基因组研究因样本不足而难以进行,因此测序所需的DNA输入大幅减少,意味着测序的适用范围将扩大,有助于推动这种研究。研究人员表示,新方法克服了以亚硫酸氢为基础的测序方法的许多局限性,扩大了表观基因组分析的范围,为研究表观遗传密码提供了新的手段。这对进一步理解神经系统发展、肿瘤生成等复杂的生物过程具有重要意义。

大便中能检测出该人DNA吗?

DNA中文称“脱氧核糖核酸”,英语全文:Deoxyribonucleic acid,又称去氧核糖核酸,是一种分子,可组成遗传指令,以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存,可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的指令,是建构细胞内其他的化合物,如蛋白质与RNA所需。带有遗传讯息的DNA片段称为基因,其他的DNA序列,有些直接以自身构造发挥作用,有些则参与调控遗传讯息的表现。

正常情况下大便是不存在这些分子的,如果大便含有脱落的黏膜细胞、黏液、血丝等物体就会有DNA分子,就能检出该人的DNA。

扩展资料

脱氧核糖核酸

同义词 dna(脱氧核糖核酸)一般指脱氧核糖核酸

脱氧核糖核酸是分子结构复杂的有机化合物。作为染色体的一个成分而存在于细胞核内。功能为储藏遗传信息。DNA 分子巨大,由核苷酸组成。核苷酸的含氮碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶及胸腺嘧啶;戊糖为脱氧核糖。

1953 年美国的沃森(James Dewey Watson)、英国的克里克与威尔金斯描述了 DNA 的结构:由一对多核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕构成。糖 -磷酸链在螺旋形结构的外面,碱基朝向里面。两条多核苷酸链通过碱基间的氢键相连,形成相当稳定的组合。

分子编码中使用的遗传物质指令所有已知生物的发展和运作。

历史沿革

早期发现

最早分离出DNA的弗雷德里希·米歇尔是一名瑞士医生,他在1869年从废弃绷带里所残留的脓液中,发现一些只有显微镜可观察的物质。由于这些物质位于细胞核中,因此米歇尔称之为“核素”(nuclein)。

到了1919年,菲巴斯·利文进一步辨识出组成DNA的碱基、糖类以及磷酸核苷酸单元,他认为DNA可能是许多核苷酸经由磷酸基团的联结,而串联在一起。不过他所提出概念中,DNA长链较短,且其中的碱基是以固定顺序重复排列。1937年,威廉·阿斯特伯里完成了第一张X光绕射图,阐明了DNA结构的规律性。

1928年,弗雷德里克·格里菲斯从格里菲斯实验中发现,平滑型的肺炎球菌,能转变成为粗糙型的同种细菌,方法是将已死的平滑型与粗糙型活体混合在一起。这种现象称为“转型”。但造成此现象的因子,也就是DNA,是直到1943年,才由奥斯瓦尔德·埃弗里等人所辨识出来。1953年,阿弗雷德·赫希与玛莎·蔡斯确认了DNA的遗传功能,他们在赫希-蔡斯实验中发现,DNA是T2噬菌体的遗传物质。

组成与功能

进入20世纪时,组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现,到1940年则全部被发现。

20世纪初,德国科赛尔(1853-1927)和他的两个学生琼斯(1865-1935)和列文(1869-1940)的研究,弄清了核酸的基本化学结构,认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种(腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)),核糖有两种(核糖、脱氧核糖),因此把核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。

列文急于发表他的研究成果,错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的,从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸,以此为基础聚合成核酸,提出了“四核苷酸假说”。这个错误的假说,对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用,也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。

1902年,德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论,1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是,有的科学家设想,很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用,也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此,那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。

到了1919年,菲巴斯·利文进一步辨识出组成DNA的碱基、糖类以及磷酸核苷酸单元,他认为DNA可能是许多核苷酸经由磷酸基团的联结,而串联在一起。不过他所提出概念中,DNA长链较短,且其中的碱基是以固定顺序重复排列。1937年,威廉·阿斯特伯里完成了第一张X光绕射图,阐明了DNA结构的规律性。

1928年,美国科学家弗雷德里克·格里菲斯(1877-1941)在实验中发现,平滑型的肺炎球菌,能转变成为粗糙型的同种细菌,方法是将已死的平滑型与粗糙型活体混合在一起。

格里菲斯用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注入老鼠体内,结果他发现老鼠很快发病死亡,同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质,使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢?

格里菲斯又在试管中做实验,发现把死了的有荚菌与活的无荚菌同时放在试管中培养,无荚菌全部变成了有荚菌,并发现使无荚菌长出蛋白质荚的就是已死的有荚菌壳中遗留的核酸(因为在加热中,荚中的核酸并没有被破坏)。格里菲斯称该核酸为"转化因子"。这种现象称为“转化”。

但这个发现没有得到广泛的承认,人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质,残留的蛋白质起到转化的作用。造成此现象的因子,也就是DNA,是直到1943年,才由奥斯瓦尔德·埃弗里(O,Avery)等人所辨识出来。1953年,阿弗雷德·赫希与玛莎·蔡斯确认了DNA的遗传功能,他们在赫希-蔡斯实验中发现,DNA是T2噬菌体的遗传物质。

1952年,噬菌体小组主要成员赫尔希(1908一)和他的学生蔡斯用先进的同位素标记技术,做噬菌体侵染大肠杆菌的实验。他把大肠杆菌T2噬菌体的核酸标记上32P,蛋白质外壳标记上35S。

先用标记了的T2噬菌体感染大肠杆菌,然后加以分离,结果噬菌体将带35S标记的空壳留在大肠杆菌外面,只有噬菌体内部带有32P标记的核酸全部注入大肠杆菌,并在大肠杆菌内成功地进行噬菌体的繁殖。这个实验证明DNA有传递遗传信息的功能,而蛋白质则是由 DNA的指令合成的。这一结果立即为学术界所接受。

美籍德国科学家德尔布吕克(1906--1981)的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒,个体微小,只有用电子显微镜才能看到它。

它像一个小蝌蚪,外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘,头的内部含有DNA,尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时,先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上,然后将它体内的DNA全部注入到细菌细胞中去,蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面,再没有起什么作用了。

进入细菌细胞后的噬菌体DNA,就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的DNA和蛋白质,从而复制出许多与原噬菌体大小形状一模一样的新噬菌体,直到细菌被彻底解体,这些噬菌体才离开死了的细菌,再去侵染其他的细菌。

几乎与此同时,奥地利生物化学家查伽夫对核酸中的4种碱基的含量的重新测定取得了成果。在艾弗里工作的影响下,他认为如果不同的生物种是由于DNA的不同,则DNA的结构必定十分复杂,否则难以适应生物界的多样性。

因此,他对列文的"四核苷酸假说"产生了怀疑。在1948- 1952年4年时间内,他利用了比列文时代更精确的纸层析法分离4种碱基,用紫外线吸收光谱做定量分析,经过多次反复实验,终于得出了不同于列文的结果。

实验结果表明,在DNA大分子中嘌呤和嘧啶的总分子数量相等,其中腺嘌呤A与胸腺嘧啶T数量相等,鸟嘌呤G与胞嘧啶C数量相等。说明DNA分子中的碱基A 与T、G与C是配对存在的,从而否定了“四核苷酸假说”,并为探索DNA分子结构提供了重要的线索和依据。

克里克在1957年的一场演说中,提出了分子生物学的中心法则,预测了DNA、RNA以及蛋白质之间的关系,并阐述了“转接子假说”(即后来的tRNA)。1958年,马修·梅瑟生与富兰克林·史达在梅瑟生-史达实验中,确认了DNA的复制机制。后来克里克团队的研究显示,遗传密码是由三个碱基以不重复的方式所组成,称为密码子。这些密码子所构成的遗传密码,最后是由哈尔·葛宾·科拉纳、罗伯特·W·霍利以及马歇尔·沃伦·尼伦伯格解出。

双螺旋的发现

20世纪30年代后期,瑞典的科学家们就证明DNA是不对称的。第二次世界大战后,用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2nm。DNA双螺旋结构被发现后,极大地震动了学术界,启发了人们的思想。从此,人们立即以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4 种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。

20世纪50年代,DNA双螺旋结构被阐明,揭开了生命科学的新篇章,开创了科学技术的新时代。随后,遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。至此,人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包含的基因,生物的进化过程和生命过程的不同,就是因为DNA和基因运作轨迹不同所致。

1953年4月25日,英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的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,这一成果后来被誉为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。

沃森(1928一)在中学时代是一个极其聪明的孩子,15岁时便进入芝加哥大学学习。当时,由于一个允许较早人学的实验性教育计划,使沃森有机会从各个方面完整地攻读生物科学课程。

在大学期间,沃森在遗传学方面虽然很少有正规的训练,但自从阅读了薛定谔的《生命是什么?--活细胞的物理面貌》这本进化论的理论基础书籍,促使他去“发现基因的秘密”。他善于集思广益,博取众长,善于用他人的思想来充实自己。只要有便利的条件,不必强迫自己学习整个新领域,也能得到所需要的知识。

沃森22岁取得博士学位,然后被送往欧洲攻读博士后研究员。为了完全搞清楚一个病毒基因的化学结构,他到丹麦哥本哈根实验室学习化学。有一次他与导师一起到意大利那不勒斯参加一次生物大分子会议,有机会听英国物理生物学家莫里斯·威尔金斯(1916--2004)的演讲,看到了威尔金斯的DNAX射线衍射照片。从此,寻找解开DNA结构的钥匙的念头在沃森的头脑中索回。什么地方可以学习分析X射线衍射图呢?于是他又到英国剑桥大学卡文迪什实验室学习,在此期间沃森认识了克里克。

克里克(1916-2004)上中学时对科学充满热情,1937年毕业于伦敦大学。1946年,他阅读了埃尔温·薛定谔《生命是什么?-活细胞的物理面貌》一书,决心把物理学知识用于生物学的研究,从此对生物学产生了兴趣。1947年他重新开始了研究生的学习,1949年他同佩鲁兹一起使用X射线技术研究蛋白质分子结构,于是在此与沃森相遇了。

当时克里克比沃森大12岁,还没有取得博士学位。但他们谈得很投机,沃森感到在这里居然能找到一位懂得DNA比蛋白质更重要的人,真是三生有幸。同时沃森感到在他所接触的人当中,克里克是最聪明的一个。他们每天交谈至少几个小时,讨论学术问题。两个人互相补充,互相批评以及相互激发出对方的灵感。

他们认为解决DNA分子结构是打开遗传之谜的关键。只有借助于精确的X射线衍射资料,才能更快地弄清DNA的结构。为了搞到DNAX射线衍射资料,克里克请威尔金斯到剑桥来度周末。在交谈中威尔金斯接受了DNA结构是螺旋型的观点,还谈到他的合作者富兰克林(1920--1958,女)以及实验室的科学家们,也在苦苦思索着DNA结构模型的问题。从1951年11月至1953年4月的18个月中,沃森、克里克同威尔金斯、富兰克林之间有过几次重要的学术交往。

1951年11月,沃森听了富兰克林关于DNA结构的较详细的报告后,深受启发,具有一定晶体结构分析知识的沃森和克里克认识到,要想很快建立 DNA结构模型,只能利用别人的分析数据。他们很快就提出了一个三股螺旋的DNA结构的设想。1951年底,他们请威尔金斯和富兰克林来讨论这个模型时,富兰克林指出他们把DNA的含水量少算了一半,于是第一次设立的模型宣告失败。

有一天,沃森又到国王学院威尔金斯实验室,立刻兴奋起来、心跳也加快了,因为这种图像比以前得到的“A型”简单得多,只要稍稍看一下“B型”的X射线衍射照片,再经简单计算,就能确定DNA分子内多核苷酸链的数目了。

克里克请数学家帮助计算,结果表明嘌呤有吸引嘧啶的趋势。他们根据这一结果和从查伽夫处得到的核酸的两个嘌呤和两个嘧啶两两相等的结果,形成了碱基配对的概念。

他们苦苦地思索4种碱基的排列顺序,一次又一次地在纸上画碱基结构式,摆弄模型,一次次地提出假设,又一次次地推翻自己的假设。

有一次,沃森又在按着自己的设想摆弄模型,他把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然,他发现由两个氢键连接的腺嘌呤一胸腺嘧啶对竟然和由3个氢键连接的鸟嘌呤一胞嘧啶对有着相同的形状,于是精神为之大振。

因为嘌呤的数目为什么和嘧啶数目完全相同这个谜就要被解开了。查伽夫规律也就一下子成了 DNA双螺旋结构的必然结果。因此,一条链如何作为模板合成另一条互补碱基顺序的链也就不难想象了。那么,两条链的骨架一定是方向相反的。

经过沃森和克里克紧张连续的工作,很快就完成了DNA金属模型的组装。从这模型中看到,DNA由两条核苷酸链组成,它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起,很像一座螺旋形的楼梯,两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架,而踏板就是碱基对。由于缺乏准确的X射线资料,他们还不敢断定模型是完全正确的。

下一步的科学方法就是把根据这个模型预测出的衍射图与X射线的实验数据作一番认真的比较。他们又一次打电话请来了威尔金斯。不到两天工夫,威尔金斯和富兰克林就用X射线数据分析证实了双螺旋结构模型是正确的,并写了两篇实验报告同时发表在英国《自然》杂志上。1962年,沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学和生理学奖,而富兰克林因患癌症于1958年病逝而未被授予该奖。

基因工程

1967年,遗传密码全部被破解,基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明:基因实际上就是DNA大分子中的一个片段,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。在这个单位片段上的许多核苷酸不是任意排列的,而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的DNA,可以控制合成相应结构的蛋白质。

蛋白质是组成生物体的重要成分,生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此,基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等技术。

1972年,美国科学家保罗.伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子,标志着DNA重组技术――基因工程作为现代生物工程的基础,成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。

到了20世纪70年代中后期,由于出现了工程菌以及实现DNA重组和后处理都有工程化的性质,基因工程或遗传工程作为DNA重组技术的代名词被广泛使用。

到20世纪末,DNA重组技术最大的应用领域在医药方面,包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产,疾病发生机理、诊断和治疗,新基因的分离以及环境监测与净化。

参考资料来源:百度百科-脱氧核糖核酸

  • 评论列表:
  •  笙沉望笑
     发布于 2022-06-26 07:22:13  回复该评论
  • 0年代,DNA双螺旋结构被阐明,揭开了生命科学的新篇章,开创了科学技术的新时代。随后,遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。至此,人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包
  •  夙世悸初
     发布于 2022-06-26 07:57:09  回复该评论
  • 与威顿博士分析了酵母菌基因内约二百个位置的序列,这些都是既知核体纠结在一起的地方,两人发现其中确实隐含一个模式存在。 透过了解此一模式,他们成功预测其它有机体大
  •  只影辙弃
     发布于 2022-06-25 23:38:50  回复该评论
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