【微生物与诺贝尔奖系列科普】DNA双螺旋结构发现简史

2024-08-29 17:01   四川  


Microbiology & The Nobel Prize

微生物与诺贝尔奖

第十五期

CAMPUS EDUCATION

本科生做科普



  许多微生物学先驱者,孜孜不倦、科学探索,取得了一系列划时代意义的伟大成就,在人类文明史上留下不可磨灭的一页,并因此被授予诺贝尔生理学或医学奖。他们的科学精神与成长故事激励着后人不断勇攀科学高峰。

  《临床微生物学检验技术》课程于2020-2021级医检系开设“微生物与诺贝尔奖”系列科普活动,共计16个专题,推文均由本科生撰写,鼓励学生团队协作、感悟微生物学大家风范。


走进诺贝尔奖人物

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克

(Francis Harry Compton Crick)

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克

(1916年6月8日—2004年7月28日)英国生物学家,物理学家,神经科学家。1953年在剑桥大学卡文迪许实验室与詹姆斯·沃森共同发现了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构。后转向神经科学,从事对脑和意识的研究。

詹姆斯·杜威·沃森

(James Dewey Watson)

詹姆斯·杜威·沃森

(1928年4月6日—)美国生物学家、遗传学家,20世纪分子生物学的带头人之一。此外,沃森也是人类基因组计划的倡导者,1988年至1993年曾担任人类基因组计划的主持人。

两位伟人的相遇

1947年

克里克从海军退役进入剑桥大学,次年又顺利进入卡文迪什实验室,1950年成为佩鲁茨的博士研究生,从事血红蛋白X光衍射分析研究。

1951年

沃森在意大利那不勒斯参加生物大分子结构会议。当时威尔金斯演讲时展示了一张DNA X-射线衍射照片,让沃森对基因的结构产生极大兴趣。

为了拍摄DNA 衍射照片,沃森选择来到剑桥大学卡文迪什实验室,成为约翰·肯德鲁教授的博士后。在那里遇到了大他12岁的克里克,开始了现代生物学史上最动人心弦的合作。

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克(Francis Harry Compton Crick)、詹姆斯·杜威·沃森(James Dewey Watson)


DNA结构的探索之路

20世纪50年代,人们只知道DNA含有磷酸骨架,并且结合了4种碱基,但DNA的结构与功能仍是未解之谜。

克里克开始思考DNA分子中同样的碱基会不会互相吸引,他从约翰·格里菲斯和查加夫那里得到了验证。A和T、G和C会互相吸引,并且A和T的数目差不多,G和C的数目也差不多。两件东西出现1:1的比例,这不就暗示它们是连接在一起的吗?

不久,沃森拜访国王学院,看到了富兰克林所拍摄的B形DNA的X射线照片。照片上的黑点以X状分布,显示DNA分子是螺旋结构;黑点的规律分布暗示螺旋有等距离的重复单位。并且可以计算出DNA分子平均直径和相邻核苷酸之间的间距等基本数据,可推测出磷酸基团应该位于DNA链外面,而碱基则位于链的内部。

DNA分子的X-射线衍射图


生命的秘密

1953年,沃森和克里克开始搭建DNA双螺旋模型,他们把代表碱基的纸板固定在骨架上,发现:将腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)这两对碱基通过氢键连接,两条链之间形成了稳定的互补关系,从而宣告了具有复制能力的DNA模型完成。该模型既解释了查加夫的碱基比例,也符合DNA X-射线衍射照片的结果。

1953年4月,沃森和克里克在《自然》杂志上发表《核酸分子结构:脱氧核糖核酸结构》的文章,提出了DNA的模型假说。

后记

1962年,沃森、克里克与威尔金斯共享诺贝尔生理学或医学奖,被誉为“DNA之父”。

DNA分子双螺旋结构的发现是20世纪科学界重大事件之一,开启了分子生物学时代,使遗传学研究深入到分子层面,“生命之谜” 就此被解开,人们终于掌握了遗传信息的构成和传递途径。





参考文献

[1]基因前传—从孟德尔到双螺旋

[2]“照片51号”解密DNA双螺旋结构|科学史小画

[3]诺奖得主坦承双螺旋带来的光环:一半靠运气,另一半靠判断和努力

[4]百度百科:詹姆斯·杜威·沃森

[5]刘望夷.世界名著《双螺旋》—一部独特风格的科学史话

(部分图片来源于网络,如有侵权请联系删除)

作者:

白若雅、索郎佐么、刘茂颖、孙槿萱、方佳慧

(2021级医检系)

指导老师:李梦娇

编辑:黄曦悦


微信号|华西临床微生物室



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