20世纪生命科学的巨大成就

20世纪生命科学的巨大成就 20世纪初生命科学取得了第一次革命性的进展是 20世纪生命科学的巨大成就 孟德尔遗传定律的再发现 20世纪生命科学的巨大成就 摩尔根的基因论 20世纪生命科学的巨大成就 在20世纪中叶 量子力学的创始人之一 波动力学的创始人 奥地利物理学家薛定谔提出了必定存在一种生物大分子晶体 其中包含着数量巨大的遗传密码的排列组合 20世纪生命科学的巨大成就 20世纪中生命科学取得的第二次革命性的进展 美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克建立的DNA双螺旋结构的分子模型 生物学家与物理学家是如何结合的 这项成果为什么会产生在一个物理实验室 CavendishLab 当时科学发展的时代背景是什么 Watson和Crick对DNA的激情和狂热追求 使二人紧密的结合起来了 2 二人年龄相差8岁 一个大学学的是物理 另一个学的是生物 都因为受到奥地利理论物理学家E Schrodinger著 生命是什么 一书的影响而立志要探索生命的奥秘 并都为此目标而几经曲折才先后来到卡文迪什实验室 英国的物理实验室 其中Crick已过而立之年 不惜两次放弃已经到手的工作良机 在L Bragg指导下研究蛋白质X 射线晶体学 他觉得这比较接近他的目标 就争取到那里作了博士研究生 Watson在大学期间就喜欢上基因课程 1950年22岁时获博士学位 赴丹麦做博士后 一次偶然的机会他去意大利开会听了MWilkins关于DNA的X 射线晶体学报告而受到吸引 曾千方百计想投奔Wilkins均遭冷遇 不得已辗转来到卡文迪什做博士后作蛋白质的X 射线晶体研究 期间 目的只是为了有朝一日能将学到的X 射线衍射技术去解决自己心仪已久的DNA分子结构的问题 1951年9月 二人在卡文迪什实验室相识 经过交谈 Watson对DNA的痴迷立刻引起Crick的共鸣 彼时L Pauling有关蛋白质多肽链 螺旋结构的报告刚问世不久 他们了解到Pauling成功背后曾使用过分子建模的方法 受此启发 二人决心利用他们能从DNA的X 射线衍射图上计算和推测出的有限数据 立刻着手构建DNA的分子模型 他们一共建构了三个模型 第一个模型是三链的显然是错误的 第二个模型是双链的 但因碱基配对和比例不对也没有成功 在这期间 他们受到领导的训斥 同事的讥讽 失败的打击 但却没有气馁 而是边干边学 不懂就问 不会就学 错了就改 重新再来 如此坚持不懈 直到实现他们追求的目标 1951年秋 真正有实力问鼎DNA分子结构者首推伦敦King sCollege的物理学家M Wilkins和化学家R Franklin 当时最好的DNAX 射线衍射照片都出自这里 Wilkins和Franklin自己为什么未成为此一结构的最先构建者呢 据说根本的原因在于他们坚信利用X 射线衍射技术才是解决DNA分子结构的正确途径 他们研究的虽然是生物大分子DNA的结构 却几乎未联系这一结构的生物学功能来思考问题 另一位对DNA分子结构有兴趣并有实力的问鼎者为美国加州理工学院的著名化学家LPauling 1939年首创化学键理论 奠定其获得1954年诺贝尔奖化学奖的基础 成功构建了多肽的 螺旋的分子结构模型 而启发了Waston和Crick 必需建立DNA的分子结构模型 Pauling自己构建的DNA分子模型为何失败了呢 提出的DNA三螺旋分子模型并未经过严格检验 因为他没有详尽掌握DNA相关的最新信息 相比之下 Waston和Crick无论在晶体学或结构化学方面都是新手 研究DNA分子结构并非他们的任务 因此一无经费 二无设备材料 也没有做过任何实验来直接获取有关数据 甚至还未全面掌握探讨此问题所需的各方面知识 可以说他们和前面两组人并不在同一起跑线上 但是 二人自1951年11月初次建模失败 到1953年4月联名发表 核酸的分子结构 一文 不过短短的16个月时间 竟然后来居上 主要地根据已发表的资料和结构化学原理 建成DNA双螺旋分子模型 这不能不令世人惊讶 他们成功的奥秘何在呢 第一 二人对DNA的共同兴趣 执着的追求和信念 第二 二人构建DNA分子模型所依据的主要参数 如分子直径 化学键长与键角 以及螺距等等 主要来源于对Franklin等所拍B型DNA分子X 射线衍射图的测量和计算 第三 二人一开始大胆结合结构化学中的建模方法 并找来Pauling所著 化学键的本质 一书进行学习 最后成功解决了DNA双链相互连接的问题 第四 二人最后确立主导DNA双链彼此连接的A T与C G碱基配对原则得益于他们联系DNA自我复制的独立思考及生化学家E Chargaff关于任何DNA分子其4种碱基的克分子数均尊守A T和C G的法则