登陆注册
31838800000016

第16章 破译遗传的密码——DNA

科学家破译了遗传的密码——DNA后,生物技术极大地改观了我们的世界,并将带来更加翻天覆地的变化。

DNA是脱氧核糖核酸,它是除RNA病毒和RNA噬菌体外其他所有生物的遗传的物质基础。遗传的信息都贮存在DNA分子中,它直接决定生物体的遗传。孩子为什么有的地方像父亲,而有的地方像母亲呢?从本质上讲是因为孩子身上的DNA模板有一半来自父亲,另一半来自母亲。DNA把父母的遗传信息都带给了孩子,这就是我们常说的遗传。

DNA首先在1869年由德国生物化学家米舍尔所发现。其分子结构直到1953年才由美国生物化学家詹姆斯·沃森、英国分子生物学家弗朗西斯·克里克和英国生物物理学家莫里斯·威尔金斯确定。这三位科学家因此共同获得1962年的诺贝尔生理学或医学奖。

物理学家马克斯·德尔布吕克曾做过核裂变的发明者奥托·哈恩的助手。20世纪30年代初期,他在探访柏林威廉皇帝研究所遗传学部时遇到两位研究射线量与果蝇突变频繁程度之间的关系的同事。他们三人在一起长期讨论在当时还一直相当抽象的孟德尔要素的本质。1935年,他们共同发表他们的研究成果,其中内容包括在当时还从未听说的一些想法,例如突变可能是一个分子的变化,基因也不再是什么神秘的东西,而是一种物质的固定的单元,即遗传物质,加拿大细菌学家奥斯瓦德·艾弗里1944年将其确认为脱氧核糖核酸(DNA)。

只由4个不同部分组成的DNA将怎样承担生命和遗传的复杂任务呢?

1950年德国生物化学家埃尔温·沙加夫对该问题的解决作出关键性的贡献:他发现4个组成部分的每两个部分始终是等量的,每一个A就有一个T,每一个C就有一个G。DNA的“基础”显然是以双数存在的。

奥地利物理学家埃尔温·施罗丁格尔1944年出版了一本小册子《什么是生命》,引起很大的轰动。他在书中从纯理论方面提出一种遗传密码。英国科学家弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯认真阅读了施罗丁格尔的《什么是生命》,后来获得本世纪最重大的发明。

确定DNA分子结构固然离不开众多的科学家的共同努力,但是英国生物物理学家威尔金斯的X光绕射研究对于DNA分子的结构的确认起着举足轻重的作用。

威尔金斯1916年12月15日出生于新西兰的旁哥罗阿,他在剑桥大学获得学士学位后,于1940年获得伯明翰大学的物理学博士学位。1946年加入伦敦京斯学院,从事DNA的研究。

二战以后不久,威尔金斯观察到DNA的细微结构是一致的。为更好地了解DNA,他用X光绕射分析对DNA进行了研究,这是一种把结晶的物质暴露在X光下然后研究其绕射图案的技术。运用这种技术,他发现了DNA的分子是有规律的,研究还显示DNA结构有可能是螺旋体。在此基础上威尔金斯的同事,年轻的女物理化学家罗莎琳林德·富兰克林(1921~1958)在伦敦国王学院的威尔金斯实验室借助于伦琴射线进行DNA的结构分析证实,这种结构是由一恒定的距离重复单位组成,并指出已知存在于DNA中的磷酸盐基因可能位于螺旋体的外部。

以往的生物化学分析显示DNA是由互生磷酸、糖类、含氮碱基以及连接糖的含氮碱基组成。运用这一事实以及威尔金斯和富兰克林的绕射研究,沃森和克里克才得以构出DNA分子的结构模型。

利用已掌握的沙加夫的理论和富兰克林的研究成果,克里克和沃森开始着手DNA研究的工作:他们以极大的热情攒出一个高约两米的双螺旋模型,以此从化学方面来解释孟德尔的理论。生物学研究再一次经历认识上的飞跃。他们的模型标明DNA是一个双螺旋的结构,很像一段螺旋的梯子。1953年沃森和克里克发表其发现后,威尔金斯又进一步证明了这个沃森——克里克结构是能够解释绕射图案的惟一模型。

在这个发现之后,克里克开始研究DNA中的核苷酸是如何转化成为蛋白质中氨基酸的排列顺序的。他指出,氨基酸在还没有和核酸分子合并之前会先附着在对应模分子上。1956年,克里克与沃森再度合作提出了病毒结构的基本理论。同时,他也十分注意对几种纤维性蛋白质,特别是胶原蛋白质的结构的研究。在1960年到1964年之间,克里克和南非生物学家布伦纳一道研究细菌病毒的遗传,在研究中他们仔细挑选了几种变种,以观察合成单一氨基酸所需要的核苷酸的数目。这项遗传实验证明,每个氨基酸是由三个核苷酸以密码单位所组成,并在此之后又陆续发表了许多氨基酸的组合密码,作出了巨大的贡献。

克里克以螺旋状物说明了X线绕射的基本原理,并使他从众多的生物高分子研究专家中脱颖而出。此后,他提出了许多蛋白质X光绕射的说明和解释,他所提出的DNA结构和遗传密码的分解方法都对科学研究做出了极大的贡献。

但是,在发现DNA结构不久,人们也已经清楚地认识到基因的采集和翻译的过程不能无控制地进行。法国人弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺1961年指出DNA的分子“开关”支配着基因在一个复杂的结构中保持活跃或不活跃的状态。这是一个跟发现双螺旋一样有相似意义的突破。

这一突破在20世纪最后1/4时间内再次引发一场科学革命:基因技术。自20世纪70年代初以来,生物学家已经能从所有生物那里提取DNA切片。

生物学最终从一门想要理解生命的分析科学突变成一门能改变生命并创造新的生物的合成科学。

对DNA的科学研究,掀起了一场生物学的革命,使人类又进入了一个崭新的天地。

同类推荐
  • 神秘的世界(探索宇宙奥秘系列丛书)

    神秘的世界(探索宇宙奥秘系列丛书)

    上帝接的电话,飞行梦游,与灵魂对话,死亡之后追人奇石古堡疑案,杀手之谜,“神医”之谜,古怪的精灵,奇特的梦游,离魂病,一百多年前的救命信,海上悬案,生发长须的僧尸,从“地狱”来的人,水平方向喷射的火山,飞鸟不栖之地,能使普通水稻变香稻的神奇水田……所有你知道的,你不知道的,和你想知道的一切有关世界上的谜题,《神秘的世界(探索宇宙奥秘系列丛书)》将为你解开答案。
  • 地球就像玻璃珠

    地球就像玻璃珠

    本套书具有很强的系统性、科学性、前沿性和新奇性,打破了现在市场同类图书单纯猎奇地介绍奇闻怪象的单一性,去伪存真地将求解之谜与科学研究结合起来,让读者不仅能够看到科学研究的轨迹与前沿,更能激发读者学习科学的兴趣。本套书知识全面、内容精炼、图文并茂、形象生动、通俗易懂、彩色制作、丰富多彩,非常适合广大读者阅读,也适合各级图书馆收藏和陈列。
  • 破解的天书(上)

    破解的天书(上)

    宇宙太广大了,以至于宇宙中的地球小得如同一粒尘埃。宇宙太神秘了,以至于地球人绞尽了脑汁、穷尽了假设,仍无法窥测其中的全貌和究竟。虽然如此,由于生于斯、长于斯的缘故,地球上的人类永远不会停止对宇宙未来的探索、对宇宙天书的破解。因为,地球只有一个,地球及其所有的生命皆属于宇宙。
  • 不可思议的神秘事件

    不可思议的神秘事件

    本书紧紧围绕生活中人们身边的科学,以及青少年普遍感兴趣的科学知识,涵盖了物理、化学、植物、动物、人体和生活等各个方面的知识点,能够使广大青少年在轻松的阅读中,±曾强对科学技术的兴趣和爱好,开阔眼界,启发思维,拓宽知识面,增强科学意识。要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”。科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 天文常识悦读(健康快乐悦读)

    天文常识悦读(健康快乐悦读)

    本书介绍天文学常识的理念,将古今中外的天文知识融会贯通。书中收录了天文学史上的大量的重大发现,帮助我们了解天文知识;解说了从古至今所出现的天文现象,为我们驱除了心里的疑惑;搜罗列举了各种各样的天文工具,让我们了解如何观测天体;囊括了古今中外几乎所有的著名天文学家,用他们的成就帮助我们拓展天文知识。
热门推荐
  • 战神瞳妃邪帝来撩吗

    战神瞳妃邪帝来撩吗

    “你说,打一顿好还是揍一顿好”“打人太累,手疼,都不好”“那就用针扎”“聪明”第一次见面,进了土匪窝,他俩狼狈为奸,打劫了两个渣渣第二次见面,他成了她的“契约”未婚夫一朝穿越,异瞳在身,“祸”事不断原本某女只想帮原主报个仇,顺道祸害一下这人间,却不料想到被某个妖孽缠上【女主戏精,爱扮猪吃老虎,男女主欢喜冤家,搞笑剧情停不了(/≧▽≦)/~┴┴】
  • 豹王别姬豹王你好坏

    豹王别姬豹王你好坏

    男子趴在床上,手抓着枕单,面容扭曲。不…………不要。女子一阵怒吼:“把裤子脱了!是你动手还是我动手?!”月月面目狰狞,右手推了推针筒。不准叫“闭嘴”。贼贼一笑,不由的让人一阵头皮发麻。当兽医的也可以,治人吗?…………男子心在滴血.....
  • 仙二代的继承之路

    仙二代的继承之路

    沧然尊上,出身高,修为好,名望大,是个根正苗红的仙二代。唐蓉,穿越而来的小丫头片子。修仙的道路上,抱根大腿,谋个靠山,那是妥妥的正理。继承的道路上,寻个解闷的,找个乐子,似乎也是个不错的选择。“徒儿,师傅的大腿很粗,快来抱吧。”某师傅一脸腹黑。“师傅,您就是个万年大坑,哪里是大腿。”某个掉坑里的徒弟,一脸哀怨。一句话简介:修仙路上趣事多,师傅徒儿互相坑。
  • 仙天下之忧而忧

    仙天下之忧而忧

    在华境想改变华境,到浮海大陆想改变浮海,当她成为浮海传奇后,众人问她如何成道,她只说一句,“不悟即佛是众生,一念若悟,众生是佛。”自成一道,所向披靡。他说,“佛家有大乘和小乘,大乘,是普渡众生,小乘是渡己。我这个人很自私,只想渡己,但没有她,我渡不了己。”披荆斩棘,视你如命。
  • 罚罪之血

    罚罪之血

    都市霓虹,繁华背后,罪恶衍生为魔。有那么一批人,他们以狩魔为生,他们自称为“乌鸦”。吞噬腐坏之鸟,守卫光明之人!(新书开张,已有完结作品《我为上头驱邪的那些日子》,请放心追文!)
  • 魔道至尊传承

    魔道至尊传承

    一个平凡少年为躲避灾祸进入某一灵道宗派,成为一名亲传弟子,一次偶然的机会下,得到一具神秘尸骨的无上传承。死而复生的强大奴仆,至魔至邪的神秘玄功。从他继承这一切开始,就注定踏上一条爱恨交织的杀伐之路大山深处的历练,惊世的上古遗迹,传承万载岁月的古老圣地,正道与邪道的碰撞,不生不灭的至强生灵.....这一世,不跪仙,不拜神,屠戮众生,立地成魔
  • 超时空武神

    超时空武神

    武神一种为对抗异灵,而诞生的另类体系,他们危险而强大,但在这乱世的迷蒙的前路中,武神却更显迷茫。他们将为何而战……这是他们一直追寻的答案,也是他们躲不掉的宿命……
  • 直播之狩猎荒野

    直播之狩猎荒野

    北美深海钓鱼王大赛;帕米尔山巅追逐雪豹;澳洲山火杀巨型蝙蝠;加拿大暴雪械搏棕熊!我是王奎,一名户外荒野主播,职业猎人,而我的开局,仅仅只有一个人,一把刀,和一条……犯过命案的狼狗!已完本万订精品《直播之荒野挑战》,书荒可看。狩猎群:642684620VIP狩猎群:949291518(需验证全订阅)
  • 穿越时空捉妖去

    穿越时空捉妖去

    俞小然表示,都9102年了,竟然还有人信奉鬼神之说?作为一个新世纪下长大的科学少女告诉你,盲目迷信是要不得的——事后,俞小然捂着脸表示,很疼好吗!!!在一个有妖魔鬼怪的时代里醒过来,被定义成借尸还魂的俞小然,成了唐家的二小姐,稀里糊涂的被卷进了一桩家宅阴谋中……本以为自己只是个过客,却不想姻缘的红线早已注定…………等等,你说红线乱牵,情缘太小?啊,这个呢……可以慢慢等他长大嘛!!
  • 口袋妖怪中的猎人

    口袋妖怪中的猎人

    大志将菜刀擦好,拉达的内质太过油腻,往往一过火便是一层油,抽肠、扒皮、啥调料、垫姜,这肉质的香味泛了出来。“火二档。”他抚摸了下起火的小火龙说道。