1、DNA分子雙螺旋結構的發現20世紀50年代，世界上有三個小組正在進行DNA生物大分子的分析研究，他們分屬于不同派別，競爭非常激烈。結構學派，主要以倫敦皇家學院的威爾金斯和富蘭克林(R.Franklin)為代表；生物化學學派是以美國加州理工學院鮑林(L.G.Pauling)為代表；信息學派，則以劍橋大學的沃森和克里克為代表。結構學派的威爾金斯是新西蘭物理學家，他的貢獻在于選擇了DNA作為研究生物大分子的理想材料，并在方法上采取“X射線衍射法”。他認為DNA分子的X射線衍射研究對于建立嚴格的分子模型是有幫助的。他和他的同事獲得了世界上第一張DNA纖維X射線衍射圖，證明了DNA分子是單鏈螺旋的，并在

2、1951年意大利生物大分子學術會議上報告了他們的研究成果。正如前面所介紹的那樣，沃森也參加了那次會議，并受到很大啟發。結構學派的另一位代表人物是富蘭克林，她是一位具有卓越才能的英國女科學家。1952年，她在DNA分子晶體結構研究上成功地制備了DNA樣品，更重要的是通過X射線衍射拍攝到一張舉世聞名的B型DNA的X射線衍射照片，由此推算DNA分子呈螺旋狀，并定量測定了DNA螺旋體的直徑和螺距；同時，她已認識到DNA分子不是單鏈，而是雙鏈同軸排列的。生物化學學派的代表鮑林是美國著名的化學家。致力于研究DNA、蛋白質等生物大分子在細胞代謝和遺傳中如何相互影響及化學結構。1951年，根據結構化學的規律性

3、，成功地建立了蛋白質的“螺旋模型。信息學派的沃森和克里克主要研究信息如何在有機體世代間傳遞及該信息如何被翻譯成特定的生物分子。他們無論是在科學實驗的經驗，還是學術成就方面都無法與威爾金斯、富蘭克林、鮑林相比，然而他們后來居上，在18個月的時間內創造了DNA分子的雙螺旋模型，躍上20世紀的科學寶座，摘取“分子生物學”的桂冠，領了半個世紀的風騷。究其根本原因是他們能采百家之長融為一體，化為己用。自1951年開始，沃森和克里克先后建立了三個DNA分子模型。他們在建立模型時，不只是考慮其結構，還要始終聯系DNA的功能和信息。他們要求建立的模型既要滿足物理、化學、數學研究的最新事實，如X射線衍射結果、堿

4、基配對的力學要求，還要滿足生化知識，如酮型、氫鍵、鍵角等，更要使DNA能解釋遺傳學和代謝理論，這是一種很先進的思想。第一個模型是一個三鏈的結構。這是在對實驗數據理解錯誤的基礎上建立的，最終失敗。但他們并不氣餒，繼續搜集材料，查閱資料，富蘭克林的B型DNA的X射線衍射照片，查爾加夫的DNA化學成分的分析都曾給沃森和克里克很大啟示。他們建立的第二個模型是一個雙鏈的螺旋體，糖和磷酸骨架在外，堿基成對的排列在內，堿基是以同配方式即A與A,C與C,G與G,T與T配對。由于配對方式的錯誤，這個模型同樣宣告失敗。盡管這次又失敗了，但他們從中總結了不少有益的經驗教訓，為成功地建立第三個模型打下了基礎1953年

5、2月20日，沃森靈光一現，放棄了堿基同配方案，采用堿基互補配對方案，終于獲得了成功。沃森和克里克又經過三周的反復核對和完善，3月18日終于成功地建立了DNA分子雙螺旋結構模型，并于4月25日在英國的自然雜志上發表。DNA分子規則的雙螺旋結構模型與世人見面了，要點如下：DNA分子是由兩條平行的脫氧核甘酸長鏈向右螺旋形成的；DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連結，排列在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側；兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結起來，形成堿基對，即A與T,C與C配對；DNA分子中兩條脫氧核甘酸長鏈中的原子排列方向相反，一條是5'-3'走向，另一條是3'-5'數個星期之

6、后，沃森和克里克又在自然雜志上進一步提出了DNA分子復制的假說一一半保留復制機制，它為進一步揭示遺傳信息的奧秘提供了廣闊的前景。從沃森和克里克的成功，我們不難發現，現代科學的創舉決非一兩個人所能辦到的，他們必須采百家之長，充分借鑒別人的成功經驗和理論，勤于思考，勇于探索，在掌握先進的科學方法后，有高明正確的科學思想指導才能成功。從科學發展的角度上看，沃森和克里克把各自獨立研究的信息學派、結構學派和生化學派對生物遺傳的研究統一起來推向前進，建立了不可磨滅的豐功偉績。是他們完成了歷史的、科學的統一，創建了DNA分子的雙螺旋結構，這是分子生物學史上劃時代的創舉，是突破性的進展，人們從此開始從分子角度

7、來研究生命科學，奠定了分子生物學的基礎。我國著名的生物學家談家楨指出：“DNA分子雙螺旋結構的發現，不僅是生物科學的重大突破，也是整個自然科學的輝煌成就，其意義足以同迄今已有的任何一次科學發現相媲美”。鍥而不舍再創佳績25歲的沃森因DNA分子的雙螺旋結構模型而一舉成名，但他并不滿足，繼續他的科學研究。1960年，32歲的他擔任哈佛大學教授。他的代表作有雙螺旋結構、基因分子生物學，后者被視為最重要、最優秀的教材之一。1968年，沃森臨危受命擔任冷泉港實驗室主任，他把一個財政困窘，幾乎關閉的實驗室再度建成世界知名的科研基地，其中凝結了沃森的智慧和汗水。在那里，他培養了很多科學人才，為科學的發展注入

8、了活力。DNA雙螺旋結構問世后，克里克表現得不如沃森灑脫，他還不得不為博士論文忙碌，直到1957年取得博士學位后，他又進入劍橋大學分子生物學實驗室，再度組織、領導對分子生物學的研究，成績不斐，主要表現在：1 .中心法則的提出早在1953年DNA分子結構被發現之前，沃森就對DNA到蛋白質的遺傳信息傳遞路線作出了預測：“DNA-RNA-蛋白質”，但缺少深入分析。1958年，克里克提出了遺傳信息的中心法則，將DNA、RNA和蛋白質三種物質可能具有的信息流都畫了上去。后來，在人們弄清了三種RNA即mRNA、rRNA、tRNA的存在及作用，知道DNA經過轉錄可以形成mRNA,mRNA穿過核孔進入細胞質，

9、在以rRNA為主形成的核糖體上，以mRNA為模板，以tRNA為運載工具合成蛋白質后，克里克對中心法則又進行了修改。1965年，科學家發現了RNA復制酶，說明RNA可以自我復制。1970年，坦明(H.M.Temin)和巴爾的摩(D.Baltimore)在一種RNA病毒侵染的宿主細胞中分離出一種反向轉錄酶，它能使RNA反常地轉向DNA,從而整合到宿主的細胞上去。根據這些實際情況，克里克于1970年再次修改了中心法則，在這次修改中，他認為遺傳信息從DNA到蛋白質的直接轉移只是一種理論上的假設。中心法則合理地說明了核酸和蛋白質兩類大分子的聯系和分工：核酸的功能在于貯存和轉移遺傳信息，指導和控制蛋白質的

10、合成；蛋白質的主要功能是進行新陳代謝以及作為細胞結構的組成成分。2 .遺傳密碼表的建立當DNA分子雙螺旋結構公布于世后，人們認識到四種堿基的排列方式包含極大的信息量。如果是一個由100個脫氧核甘酸組成的DNA,那么它所包含的最大信息量將達到4100,這個數字比太陽系所有原子總數還要大1000倍，因此引起科學家極大興趣，都想來破譯遺傳密碼。人們經推理很明顯地看出是4個堿基的排列決定蛋白質中20個氨基酸的排列，簡化為數學排列組合只能是4-20,為滿足20這個數，4的全排列只能是43=64,這可以為編碼20種氨基酸提供足夠的信息。三聯體密碼方案初步建立起來，即mRNA分子中相鄰的三個堿基稱為三聯體，

11、它能決定多肽中的一個氨基酸，所以又把mRNA的三聯體稱為密碼子?？死锟苏J為不僅存在一個三聯體密碼字典，可能還有起始密碼、終止密碼和同義密碼。在克里克及眾多科學家不懈努力下，1966年遺傳密碼全部被破譯出來：所有遺傳密碼都是由三個連續的核甘酸組成；許多氨基酸的密碼子并非一個，而是由許多近似的核甘酸組成，即存在簡并碼；3個堿基的64種組合中，有61種可以用于編碼各種氨基酸，其中AUG、GUG還是翻譯的起始信號，稱為起始密碼子；另外三種組合不能編碼任何氨基酸，它們全部是編碼的終止符號，這就是UAA、UAG、UGA,稱為終止密碼子。由此可以看出，克里克的推測多么準確，使我們看到了一個真正掌握科學脈搏的

12、科學家，他的眼光有多么遠大，他的思路有多么清晰呀！1969年，在克里克及其他科學家的不斷努力下，克服種種困難，終于將核酸中的堿基排列與蛋白質合成聯系起來，形成了遺傳密碼表，使人們一目了然，能迅速地掌握氨基酸合成時堿基的三聯體密碼。人們常把它與門捷列夫的元素周期表相媲美，它是生物學發展史上的重要里程碑。沃森和克里克創建的DNA分子雙螺旋結構模型，在以后的科學研究中得到進一步的證實，極大地推動了分子生物學的發展。1962年，他們雙雙獲得諾貝爾醫學和生理學獎。后記一一克隆自從1953年，沃森和克里克提出DNA分子雙螺旋結構模型以來，基因的分子生物學迅速發展起來。1967年，DNA連接酶首次被分離出來

13、，這種酶能使DNA分子的末端之間形成3',5'-磷酸二酯鍵，因此可以使2個DNA分子連接起來。1970年，科學家發現了第一種限制性內切酶，這種酶能識別特定的DNA順序，并且在這個順序內的一定位置上把DNA分子切斷。1972年，美國斯坦福大學的伯格（P.Berg）等人設想，如果把猿病毒DNA和入噬菌體DNA用同一種限制性內切酶切割后，再用DNA連接酶把這兩種DNA分子連接起來，就會產生一種新的重組DNA分子，這是分子克隆的開創性工作。1973年，科恩（S.Cohen）等人將外源DNA片段與質粒DNA連接起來，構成一個重組質粒，并成功地將其轉移到大腸桿菌中，從而首次建立了分子克隆體

14、系。克隆是clone的譯音，是無性繁殖的意思。分子克隆又稱重組DNA或基因工程，是指用人工方法取出某種生物的個別基因，把它轉移到其它生物的細胞中去，并使后者表現出新的遺傳性狀，這是一種DNA的無性繁殖技術。這項技術從20世紀70年代開始，迅速發展起來，先后培育出一些具有商業價值的轉基因產品。例如1988年,我國科學家合成了抗黃瓜花葉病毒基因，并把這一基因引入到煙草等作物的細胞中，得到抗病能力很強的新品種。1989年，中國科學院武漢水生生物研究所的朱作言等科學家將人的生長激素基因成功地導入泥酗:、鯉魚、鯽魚的卵細胞中，從而使這些魚的生長速度明顯加快?；蚬こ淘诟牧忌锲贩N，治療人類的遺傳病等方面

15、潛力還很大，但仍有很多難題需突破。另外，在遺傳工程中還有一種細胞水平的遺傳。1997年，首例體細胞克隆羊問世。據1997年2月27日英國自然雜志報道，英國蘇格蘭盧斯林研究所的科學家們首次成功利用細胞核移殖技術，經人工繁殖產生哺乳動物一多莉羊。其克隆過程大致是：從一個6齡母羊身上取乳腺細胞，經培養后取核，利用電打孔使該核進入另一只羊的去核卵細胞中，經培養后植入第三只羊（替代母羊）的子宮中生長，直至分娩。經基因圖分析，多莉與供核者（6齡母羊）基因組成相同，也就是說，多莉幾乎是第一只羊的翻版，這就是無性繁殖一一克隆，即細胞水平的遺傳工程。這項實驗的成功使由人體細胞克隆產生克隆人成為可能，從而引起了道

16、德、倫理與法律等問題的激烈爭論?？傊?，一次新的技術或新的理論的產生與成熟，必將會帶來新的革命與挑戰。隨著道德、法律的不斷完善，人們終將受益。在分子生物學飛速發展的今天，人們還是不能忘記它的創始人沃森和克里克。他們將一生都獻給了20世紀的分子生物學，由他們兩個人所掀起的狂瀾，席卷了全球，帶動一系列學科的發展。人們尊稱他們為“分子生物學的元勛”。DNA發現史20世紀50年代初，英國科學家威爾金斯等用X射線衍射技術對DNA結構潛心研究了3年，意識到DNA是一種螺旋結構。女物理學家富蘭克林在1951年底拍到了一張十分清晰的DNA的X射線衍射照片。1952年，美國化學家鮑林發表了關于DNA三鏈模型的研究報告，這種模型被稱為口螺旋。沃森與威爾金斯、富蘭克林等討論了鮑林的模型。威爾金斯出示了富蘭克林在一年前拍下的DNA的X射線衍射照片，沃森看出了DNA的內部是一種螺旋形的結構，他立即產生了一種新概念：DNA不是三鏈結構而應該是雙鏈結構。他們繼續循著這個思路深入探討，極力將有關這方面的研究成果集中起來。根