dna双螺旋结构的要点结构要点有哪些

简介/双螺旋结构
双螺旋结构
双螺旋结构自发现以来就为人类提供了诠释和利用生命体有机结构的重要工具。关于不同螺旋结构的诠释和它在基因科学中起的巨大作用,从,,,乃至科学技术工作者,正在进行着不弃不舍的追求。
概述/双螺旋结构
双螺旋结构1952年,裔美国生物化学家(E.chargaff,1905—)测定了DNA中4种碱的含量,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4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。
953年2月,沃森、克里克通过维尔金斯看到了富兰克琳在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体衍射照片,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的骨架,方向相反;碱基在螺旋内侧,两两对应。DNA,和有机大分子所形成的螺旋结构是中常见的基本单元,然而由无机晶体态材料所形成的螺旋结构是非常少见的。
发现前后/双螺旋结构
双螺旋结构1953年,年仅25岁的和37岁的共同完成了一项伟业:他们从DNA(脱氧核糖核酸)的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,、、技术等都与之不可分割。
DNA双螺旋结构的发现开启了分子时代。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,人们清楚地了解的构成和传递的途径。50年来,、、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。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”。,37岁的克里克走进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在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。”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?
双螺旋结构在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“”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。DNA及其双螺旋结构的发现,揭示了基因复制和遗传信息传递的奥秘,并由此引发了一场蔚为壮观的生命科学和生物技术革命。
复制机制/双螺旋结构
双螺旋结构
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:由于总是与配对、总是与配对,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。它的成功测定,开创了现代生物学的新时代.
克里克从一开始就坚持要求在4月25日发表的论文中加上“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。
DNA的结构———现在已经成为了一个众所周知的事实———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。他们在出版的《自然》杂志上报告了这一发现。这是生物学的一座里程碑,分子生物学时代的开端。
结构模型/双螺旋结构
双螺旋结构DNA的发现及双螺旋结构模型(ThediscoveryofDNAandDoublehelixmodel)DNA即脱氧核糖核酸,是的主要和遗传信息的主要载体,其分子结构是由两条核苷酸链组成的双螺旋形。
1869年,生化学家(J.F.Miescher,)在分析细胞的化学组成时,在细胞核内发现了核酸。1929年,俄裔生物化学家列文(P.A.leven,)发现核酸可分为(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)。年,英国格里菲斯(F.Griffith,)和美国细菌学家(O.T.Averyy,)先后通过证明DNA具有传递遗传信息的功能。1950年,奥地利裔美国生物化学家(E.Chargaff,1905-?)发现DNA分子中的碱基A与T、G与C是配对存在的。
1953年,美国生物学家沃森(J.Watson,1928-)和英国生物物理学家克里克(F.Crick,),在英国女生物学家富兰克琳(R.Franklin,)和英国生物物理学家(M.Wilkins,)对DNA晶体所作的X光衍射分析的基础上,根据DNA分子碱基配对原则,构建出了DNA分子的双螺旋结构模型。双螺旋结构显示出DNA分子在细胞分裂时能够被精确复制,解释了其在遗传和进化中的作用。同时,沃森和克里克还预言了遗传信息的复制、传递和表达传递过程是从DNA→RNA→蛋白质,被称为“中心法则”。不久,这一设想被其他科学家的发现所证实。
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 (1984年出版过中译本)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。现在证明,这种左手性的Z-DNA结构只是右手性双螺旋结构模型的一种补充。
双螺旋结构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。
从到地球科学,从化学到生物学,几乎处处都有手性显身影。2001年就授予分子手性催化的主要贡献者。1968年诺尔斯(W.S.Knowles)用过渡金属元素制造出含手性配体的络合物,以它为催化剂,生产出有手性的产物。后来日本名古屋大学的野依良治开发出更有效的催化剂。1980美国的(B.Sharpless)发现了氧化反应的手性,极大推动了手性药物的化学合成。到2000年,全球的手性药物销售额已达1230亿美元,占药物总销售额的三分之一。1998年全球畅销的500种药物中,单一对映体销售的手性药物。
背景资料/双螺旋结构
沃森日,年仅25岁的沃森与同在剑桥大学的合作伙伴一起,在英国《自然》杂志上发表了一篇仅两页的论文,提出了DNA的结构和自我复制机制。这篇论文被普遍视作分子生物学时代的开端。
英国科学家和通过X射线衍射获得的DNA晶体结构照片对这一发现起到了重要作用。沃森、克里克和威尔金斯共同获得1962年的诺贝尔学或医学奖。
克里克和威尔金斯未能出席这次聚会,富兰克林早已在1958年去世。与会的数百位客人中,包括威尔金斯和富兰克林的家人和朋友,多位生物学或医学界的英国诺贝尔奖获得者,英国政府首席科学等。
沃森在讲话中说,知识和教育是人类进步的基础;人类有追求幸福的权利,也有巨大的责任;“我们不能孤独地生存,必须互相帮助”。他认为,在接下来的这个世纪,生物学和心理学将会产生某种结合,人类不仅要了解各种疾病,也要了解我们自身。
英国比特森研究所所长代表年轻的“DNA一代”生物学家讲话。她说,癌症是威胁人类健康的主要杀手之一,研究DNA可在对抗癌症方面带来巨大利益,例如为病人“定制”最合适的疗法、预测个人患癌症的风险并进行预防。
罗莎琳德o富兰克林英国科学部长说,DNA结构发现之后的50年里,英国的生物学研究取得了巨大的进步,这期间英国科学家取得的46项诺贝尔奖中,超过三分之二为化学奖、生理学或;英国参与完成了组图谱绘制,生物技术工业也居世界领先地位。他说,接下来的50年里,人类在科学研究和对抗疾病两方面都必将取得激动人心的进展。DNA(脱氧核糖核酸)是的一类,因分子中含有而得名。
DNA分子极为庞大(分子量一般至少在百万以上),主要组成成分是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA存在于细胞核、线粒体、叶绿体中,也可以以游离状态存在于某些细胞的细胞质中。大多数已知噬菌体、部分动物病毒和少数植物病毒中也含有DNA。
除了RNA(核糖核酸)和噬菌体外,DNA是所有生物的遗传物质基础。生物体亲子之间的相似性和继承性即所谓遗传信息,都贮存在中。
1953年,詹姆斯o沃森和弗朗西斯o克里克描述了DNA的结构:由一对多核苷953酸链相互盘绕组成双螺旋。他们因此与国家工学院的物理学家弗雷德里克o威尔金斯共享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。
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DNA双螺旋结构发现史(组图)
  利用从剑桥的五金行里取得的零件,沃森逐渐收集了大量用作DNA成分的部件,并在克里克的帮助下将它们组合在了一起。这些部件的组合一旦完成,沃森与克里克便如同蓄势待发的飞行员,跑道上的指示牌、旗帜以及指示灯已经一一到位,只等他们完美地降落。
  日,《自然》杂志发表了一篇由沃森及克里克合著的论文,这篇具有里程碑意义的论文介绍了DNA的双螺旋结构。现在看上去好像很简单的一篇文章,在当时却像一只金手指,捅开了那层迷糊了科学界几十年的窗户纸,向人们描绘了DNA大体是什么样和怎么工作的,揭示了生命繁衍的秘密。从那以后,一切似乎都变得很简单了,各种生物学上的突破接踵而至……
  61年前的4月25日,《自然》杂志发表了一篇由沃森(Watson)及克里克(Crick)合著的论文,这篇具有里程碑意义的论文讲述了DNA的结构。半个世纪过去了,这一发现却依旧令人着迷,其原因不仅在于其重要性,还在于1954年时,无论是沃森还是克里克都并不太可能做到这一点。这一切还要从1953年,也就是双螺旋年说起。
  DNA双螺旋结构的发现之所以如此具有吸引力,正是因为它并不符合科学成就所强调的传统套路
  克里克是一位晶体学家,他认为自己在30岁左右时就已经相当出色了。而沃森既是一位遗传学者又是一位野鸟观察家,他15岁时进入芝加哥大学,那时还是个早熟而无礼的青年。战后那段阴郁的岁月刚见起色时,沃森与克里克正在剑桥,他们曾在那段热血沸腾的日子里刻苦工作。
  与他们的许多同事不同,沃森与克里克都确信遗传物质是DNA而非蛋白质。但在化学领域,他们俩都不是专家,谁也不清楚解开DNA结构所需的基本化学知识:将碱基结合在一起的氢键,让磷酸盐电离并改变其几何结构的酸碱化学,以及互变异构规则,互变异构规则能让碱基以某两种可能出现的形式中的任一种存在,而这样的形式对分子结构的组成至关重要。
  不过,这也成为了他们取得成功的关键。由于缺乏专业知识,并不清楚到底应该怎样解决这一难题,因此他们尝试了所有可行的方案。他们解开DNA结构这一过程既没有具体计划,又没有明确方向,还充满了不确定因素。
  但他们愿做虚心求学的学者,不断摸索、虚心求教、历经千辛万苦,最终成功地走出了概念的密林。他们学习了所有解开DNA结构所需的化学知识,而克里克又早已具备晶体学知识。
  沃森及克里克愿意为解开这一结构之谜而做任何事情,其中就包括建立模型
  最重要的一点在于他们建立了模型。如今,分子模型已成为生化研究的中流砥柱。不过,50年代的建模技术还并不成熟。
  建模更应该算作一门艺术,而非科学。建模时,人们必定会将从不同渠道收集到的不完整数据与不同的技术相结合,再利用理性思考及想象力构造一幅与事实相符的图像——只是一幅图,并使这幅图尽可能与大多数据相符,而不会与某些重要部分有显著差异。即使到了今天,数据收集员们仍常常对建模持怀疑态度,也许是因为模型并不像确切的数据那样具有真理性。不过,仅有数据也远远不够,这主要是因为获取这些数据的方法本身也并不完善或者是存在某些错误。只有将从不同渠道收集到的信息结合才能做到准确,因为人们希望借此排除某些已存在的错误或是让这些错误成为无关紧要的因素,这样,从某一来源收集到的数据就会弥补另一数据来源所缺的信息,反之亦然。因此,要构建一个令人满意的模型往往需要了解来自不同领域的数据,而每一份单独的数据可能都并不完整。
  沃森与克里克意识到了这一点,而当时同样致力于解决该问题的其他人却没有意识到。正如沃森曾在TED(译注:Technology, Entertainment, Design,即技术、娱乐、设计)演讲中所提到的:罗莎琳·富兰克林与莫里斯·威尔金斯都是非常有名的晶体学家,但他们却都迟迟不愿利用那些不完整的数据来建模。尤其是富兰克林,她曾离破解DNA结构仅一步之遥。而埃尔文·査加夫以及杰里·多纳休都是杰出的化学家,但他们更没有给晶体学足够的重视,并且他们也不愿意建模。
  沃森及克里克却都愿意弥补自身贫乏的化学知识,并将来自化学与晶体学两门学科的数据结合。他们从多诺霍那儿学习了酮-烯醇互变异构的知识,从而为他们建立最佳的化学结构奠定了基础。又从査加夫那儿学到了一种碱基(嘌呤)会与另一种碱基(嘧啶)保持恒定比率的重要信息,这一信息在明确两条螺旋链的互补性中起到了决定性作用。他们从罗莎琳·富兰克林那儿获得了完美的DNA晶体学数据,他们获取这些数据的方式时至今日仍引发着争议及不满,而从那以后,那些数据就成了可以轻易搜索到的资源了。
  之后只需要将这些收集到的化学及晶体学信息结合,完成这副伟大的拼图。原因正在于,建模太重要了;沃森及克里克愿意为解开这一结构之谜而做任何事情,其中就包括建立模型。不同于富兰克林及威尔金斯的是,即使建模并不能解决所有问题,沃森与克里克也仍旧相信建模会有所帮助。他们从几个关键的正确信息着手,这些信息其他人也具有,但是却没有人将它们视为一个整体。尤其是富兰克林,她极为细心地做了衍射实验,并从中发现了螺旋链一些极为重要的一般特征,然而她却没能建立模型,并且在沃森与克里克建立好模型之前,她一直怀疑螺旋链是否真的存在。这真是典型的盲人摸象案例。
  任何一个见到该模型的人,无疑都会重复沃森与克里克激动的话语“如此漂亮的结构必须存在”
  让沃森与克里克最终取得成功的因素包括从晶体学及化学中收集到的有关DNA的一系列零散数据:两个碱基之间的距离(3.4埃);每两个螺旋圈之间的距离为(34埃),这就表明每一个螺旋圈上有10个碱基;螺旋直径为(20埃);査加夫发现的两种碱基数量相等的原理;亚历山大·托德(Alexander Todd)对碱基、糖以及核苷酸三者关系所进行的研究;多诺霍对最佳酮式碱基提出的见解;还有富兰克林证明的DNA链必须以相反方向运行的真相。他们还有一个非常重要的工具,那就是克里克早期在衍射方面所做的数学运算。螺旋链衍射理论告诉了他们,倘若DNA确实为螺旋结构,那么它们的结构应该是怎样的。逆向过程是指根据模型对衍射参数进行预测,这至今仍是通过X射线晶体学进行结构精修的迭代过程中采用的主要方法,用这样的方法可以解开如核糖体这样较为复杂的结构。
  利用从剑桥的五金行里取得的零件,沃森逐渐收集了大量用作DNA成分的部件,并在克里克的帮助下将它们组合在了一起。这些部件的组合一旦完成,沃森与克里克便如同蓄势待发的飞行员,跑道上的指示牌、旗帜以及指示灯已经一一到位,只等他们完美地降落。最终制成的模型清晰明了、精美而令人印象深刻,最重要的是,它是让人们通过碱基互补配对原理了解遗传机制的关键。富兰克林与威尔金斯闻讯从伦敦到达剑桥,沃森与克里克构建的模型如此具有说服力,使得富兰克林也大方承认那个模型准确地展示了DNA的机构。任何一个见到该模型的人,无疑都会重复沃森与克里克激动的话语“如此漂亮的结构必须存在”!
  虚心求教、不断摸索、大胆猜测,数据并不完整的情况下构建模型,勇于采用所有可行的方案及理念——他们正是这样取得了成功
  从某个意义上来说,DNA结构的发现其实也算简单:正如马克思·佩鲁兹所说,相较于蛋白质内部有一定规则但却复杂的不对称性,DNA结构的对称性极大的减少了其技术上的挑战。然而,这一发现是由沃森与克里克而非其他人取得,这个成就能让人们深入地了解一个独有科学形式所具有的元素。
  那些没有取得成功的人并不缺乏智慧,但仅仅有智慧并没有太大帮助,况且他们也都是绝顶聪明的人;佩鲁茨、富兰克林、査加夫以及鲍林都是才华横溢的科学家,从理论上说,他们本应像沃森与克里克在剑桥老鹰酒吧里那样自豪地宣布自己解开了生活的奥秘。但他们却缺乏探索与深究,不愿承认自己的无知,没有竭力寻找可能解决问题的途径,也没有将不同的信息结合,而很显然,他们所缺乏的沃森与克里克却都具有。
  他们的性格令他们看起来如同不合群而又自命不凡的人,试图打乱已有的秩序。同时他们还出了名的无礼,克里克曾说:礼貌会置科学于死地。毫无疑问,所有这些特质都有助于他们取得成功,不过,这些都比不上他们开明而又具有批判意识的思想,收集并采用从各个渠道获得的信息,同时将它们运用于合适的领域的能力;这就使建模成了自然而然的事。这样的开明同时体现了一种无畏精神,即不怕数据的不完整,也不畏惧前方难以克服的挑战。
  由此可见,他们正是这样取得了成功:虚心求教、不断摸索、大胆猜测,并在取得的数据并不完整的情况下构建模型,同时勇于采用所有可行的方案及理念。20世纪的生物学正变得越来越复杂,面临这些问题的我们更应该谨记这一经验。在不知道用哪种方法才能解决问题时,那就去尝试不同的方法,同时又必须让它们受已知科学原理的约束。
  本文作者阿舒拖什 乔嘉雷卡(Ashutosh Jogalekar)是一名热爱科学史及科学哲学的化学家。他将科学看做没有漏洞并包罗万象的人类经验。这篇文章是2012年他为在斯德哥尔摩举行的“诺奖周”(Nobel Week Dialogue )写的一篇报告。
  编译 李春艳
  来源:《环球科学》(《科学美国人》中文版)
[责任编辑:关于DNA双螺旋结构的主要特点中,错误的是(  )A.两条链是按反向平行方式盘旋成双螺旋结构的B.脱氧核糖和磷酸是交替连接,排列在外侧的C.腺嘌呤和尿嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶配对排列在内侧D.两条链之间的碱基靠氢键相连,复制时氢键先断开 [碱基、配对、氢键、反向平行、螺旋结构、磷酸、脱氧核糖、错误的是][] - 高中生物试题 - 生物秀
关于双螺旋结构的主要特点中,错误的是(  ) A.两条链是按反向平行方式盘旋成双螺旋结构的 B.脱氧核糖和磷酸是交替连接,排列在外侧的 C.腺嘌呤和尿嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶配对排列在内侧 D.两条链之间的碱基靠氢键相连,复制时氢键先断开
答案:C【解析】试题分析:DNA是由两条反向平行的脱氧链盘旋成双螺旋结构,脱氧核糖和磷酸是交替连接排列在外侧,碱基排列在内侧,碱基间严格通过碱基互补配对方式形成氢键,配对方式是A-T,C-G。选C考点: 本题考查结构,意在考查考生对DNA结构的记忆和理解。
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电话:021-DNA双螺旋结构有些什么特点?这些特点能解释哪些最重要的生命现象?
夏末刷粉154
答案要点:a.两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成,螺旋表面有一条大沟和一条小沟.(2分)b.磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧,链间碱基按A-T配对,之间形成2个氢键,G-C配对,之间形成3个氢键(碱基配对原则,Chargaff定律).(2分)c.螺旋直径2nm,相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对重复一次,间隔为3.4nm.(2分)该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这是DNA复制、转录和反转录的分子基础,亦是遗传信息传递和表达的分子基础.该模型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一,它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石.(2分)我也学习了,
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