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双螺旋秘密之自我复制篇 精选

已有 5337 次阅读 2010-8-29 22:50 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦|关键词:学者| DNA双螺旋, 半保留复制

几乎所有的生命都含有化学构成相同的DNA大分子,而遗传是生命的最重要本质,生命为什么会遗传?DNA凭什么施展它传递遗传信息、控制生命遗传的魔法?

上个世纪50年代后,对于遗传学来说,有太多的发现。分子遗传学成了前所未有的香饽饽,基于它的一个个新的事件日益改变着整个世界,也影响着我们的生活。而这一切,都源于一个生命的最大秘密——DNA双螺旋结构的揭示。

20世纪前50年,为了解开遗传因子的化学本质,进而揭开生命的惊天秘闻,科学家们前赴后继,做了大量的工作,进行了一系列实验,特别是到了四十年代,更吸引了大批的科学家参与到遗传大分子的解秘中。其中最引人注目的当属物理学家和化学家的参与。

无论是奥地利化学家查伽夫基于DNA化学构成中碱基数量的研究,还是赫尔希和蔡斯进一步证明DNA是遗传物质的噬菌体转化试验,富兰克林获得的清晰的DNA的X线衍射数据,两次获得诺贝尔奖的鲍林的出色试验,离揭开DNA的真象也许都只有一步之遥。但只有沃森和克里克全面利用了前人的成果,成为捅开这层窗户纸的第一人。DNA双螺旋结构的发现,更像是瓜熟蒂落的结局。

幸运的沃森和克里克曾多次提到,是物理学家薛定谔的《生命是什么?》感染了他们,成就了他们解秘生命的信心和决心。特别是薛定谔的所谓遗传密码脚本说法,更能吸引他们去发掘它的真正秘密所在。但他们也知道“生命是什么”,尽管“生命是什么”这个话题看起来异常简单明了,而实质却异常复杂。寻找生命的脚本应该是一件非常有趣而关键的工作。

寻找“生命脚本”的目光已经集中在庞大复杂的DNA分子上,好在化学家已经帮助找到了DNA大分子的关键构成,即四种不同的化学碱基:腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。物理学家又帮助实现了DNA大分子双螺旋结构的最终发现。

现在,真相大白的时候终于来到了。

双螺旋横空出世后,人们自然要问,为什么是双螺旋?它的意义在哪里?A,G,T,C在长长的DNA链上是如何排列的?它的结构特点能否同薛定谔的密码脚本假设相吻合?

事实上,沃森和克里克在发现DNA大分子是呈双螺旋结构存在时,也同时发现了它能自我复制的秘密。从而奏响了遗传天书解读的序曲。

事实证明,双螺旋模型是关于DNA分子结构的十分成功的模型。它由两条右旋但方向相反的链盘绕同一个中心轴盘绕而成。DNA的每条链除由磷酸和糖构成外,最引人注目的就是 A、G、C、T四种碱基了。其中A和T,C和G在两条链之间以氢键相联配对,构成了双螺旋天梯的一阶阶台阶,生命的遗传密码就印在这台阶上。

生命的遗传现象主要取决于DNA自我复制的本领,而双螺旋模型可以很好地解释这一点。

DNA分子在复制前,双螺旋链要解开,然后螺旋链上的碱基去寻找各自的配对“伙伴”,A总是与T配对,G总是与C配对。于是,就由一个DNA分子变成了两个模样完全一样的DNA分子了。进一步说,当DNA的两条链分开时,每一条链都可以作为建造DNA子链的模板。但新的DNA分子,总是由一条旧链和一条新链构成,因此,这种复制方式也称“半保留复制”。

DNA两条链上碱基的排列,呈完全互补的关系,因此知道了其中一条链上碱基的化学排列,另一条链上的化学秘密也就无处可藏了。DNA自我复制的方式,彻底揭开了生物的遗传性状为什么会从母代传递到子代的秘密。

当然,DNA在自我复制的过程中,也会出差,结果自然成就了生物的变异。

DNA双螺旋模型的提出是生物学上一件十分重大的事件,作为20世纪最伟大的发现之一,它宣告了分子生物学的诞生,标志着人类对生命的研究进入了分子水平。正因为破译了DNA的结构,生物学各个领域的研究都发生了巨大的变化,我们人类开始真正具备了驾驭生命的本领。

当然,秘密还在继续。










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