脫氧核糖核酸(DNA),是染色體的主要化學成分和遺傳信息的主要載體,它的分子結構是由兩條核苷酸鏈組成的雙螺旋形。DNA雙螺旋結構的發現揭示了基因複製和遺傳信息傳遞的奧秘,表明了分子生物學時代的到來,並由此引發了一場轟轟烈烈的生命科學和生物技術革命。可以說,它的發現具有劃時代的意義,是20世紀生物科學中最偉大的成果,是生物學史上一個新的開始,為生物科學、農業科學、醫學的發展開辟了新天地。
⊙奇跡探秘:
1.DNA雙螺旋模型結構是誰發現的?是在哪一年發現的?
20世紀初,遺傳學成為一門熱門學科。脫氧核糖核酸(DNA)的發現更是吸引了眾多生物學家投入研究。DNA是如何遺傳的,它的分子結構是破譯遺傳密碼的關鍵。許多生物學家提出了五花八門的結構模型,但都不成功。
1953年,詹姆斯·沃森與弗朗西斯·克裏克共同發現了脫氧核糖核酸是雙螺旋模型結構。他們的研究成果為人類基因組計劃打下了基礎。
詹姆斯·沃森(1928- ),美國生物學家。他小時候十分聰明,從小就對鳥類標本感興趣。大學畢業後打算研究鳥學,後來轉向生物化學和遺傳學。1951年,沃森在英國劍橋大學遇見克裏克,他們對DNA的看法有許多共同點,於是開始了合作研究。
弗朗西斯·克裏克(1916-2004),英國生物學家、物理學家及神經科學家。他小時候就對科學問題充滿好奇。第二次世界大戰爆發後,他被迫中斷學習,來到英國海軍部研究製造水雷。二戰後,他花了大量的時間自學,完成了從物理學家到生物學家的轉變。1947年,他進入劍橋大學參與研究工作。1951年,他與詹姆斯·沃森共同研究DNA結構。
1953年2月28日,沃森與克裏克終於搭建成功了第一個DNA雙螺旋模型結構。
走近奇跡
20世紀20年代,美國生物學家與遺傳學家摩爾根創立了著名的基因學說,揭示了基因是組成染色體的遺傳單位。但基因到底是由什麼物質組成的?這在當時還是個謎。
其實,早在1865年,瑞士化學家米歇爾就從細胞核中發現了一種物質,他稱其為“核素”。第二年,奧地利生物學家孟德爾發表論文“植物雜交試驗”,提出了遺傳學的分離定律、自由組合定律和遺傳因子學說。
1879年,德國生物學家弗萊明發現細胞核內的染色體。10年後的1889年,與米歇爾同一實驗室的生物學家阿特曼分離了“核素”中的蛋白質,得到了一種酸性物質--“核酸”。
19世紀末20世紀初,德國生理學家、化學家科賽爾發現了核酸的主要成份。他與美國細胞學家威爾遜都曾經猜測核酸可能是在遺傳過程中起關鍵作用的物質。
1903年,美國細胞學家薩頓發現了遺傳因子與染色體的平行關係,提出了遺傳的染色體學說。1915年,摩爾根創立了現代遺傳學的基因學說。1924年,德國細胞學家福爾根發現了核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)。1927年,美國遺傳學家繆勒發現X射線照射可人工誘使遺傳基因發生突變。
1929年,美國生物化學家列文發現核酸堿基的主要成份是腺膘呤、鳥膘呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶。1943年,美國生物學家德爾布呂克、盧裏亞與美國遺傳學家赫爾希合作,發現了病毒的複製機製。1952年,他們又分別發現在上述複製機製中起決定性作用的遺傳物質是DNA。
1944年,美國細菌學家艾弗裏在世界上第一次證明遺傳基因就在DNA上。1946年,美國生物化學家塔特姆與美國遺傳學家萊德伯格合作發現了兩種細菌混合培養時發生了“雜交”現象,實現了基因重組。
兩年後的1948年,挪威科學家弗伯格提出了DNA螺旋結構的結論。1951年,美國女遺傳學家麥克林托克提出了可移動的遺傳基因(即“跳躍基因”)學說。1952年,美國遺傳學家萊德伯格發現了通過噬菌體的“轉導”實現的不同細菌間的基因重組現象。
1953年2月28日,美國生物學家沃森和英國生物物理學家克裏克,在英國女生物學家羅莎琳德·富蘭克林和英國生物物理學家威爾金斯對DNA晶體所作的X光衍射分析的基礎上,根據DNA分子堿基配對原則,構建出了DNA分子的雙螺旋結構模型。
同年4月25日,沃森和克裏克在《自然》雜誌上首次發表關於DNA雙螺旋結構的論文,提出了DNA的結構和自我複製機製。直到這時,生命的秘密才算真正展現在人類麵前,這篇論文被普遍視作分子生物學時代的開端。
1957年,克裏克進一步提出著名的“中心法則”,即遺傳信息的複製、傳遞和表達傳遞過程是從DNA→RNA→蛋白質,解決了DNA如何複製與傳遞遺傳信息的難題。