数学史与科学史--16 DNA与分子生物学

对双螺旋的了解开拓了一个广阔的、激动人心的研究新领域，可以毫不夸张的说，由于这一发现的结果，分子生物学在随后的15年中完全左右了生物学。ErnstMayr(1904),第14讲,DNA的故事TheStoryofDNA,第14讲DNA与分子生物学,遗传物质,发现双螺旋,遗传密码,核酸与蛋白质,核酸与蛋白质,发现双螺旋,遗传密码,遗传物质,米切尔（瑞士）FriedrichMiescher(1844-1895),不被看作是遗传信息的载体,20世纪初:植物和动物细胞中普遍存在核酸,核酸分子含有四种碱(两个嘌呤和两个嘧啶),一个磷酸,一个糖。,莱文（美国）PhoebusA.T.Levene(1869-1940),1920年代:发现两类不同的核酸,RNA(核糖核酸),DNA(脱氧核糖核酸,比RNA的核糖少一个氧原子),核苷酸:核酸的基本构件,含氮碱基,戊糖,磷酸,鸟嘌呤,腺嘌呤,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,腺嘌呤脱氧核苷酸,磷酸,糖,碱基,1929年:DNA的化学成分和基本结构的四核苷酸假说,ATCG,ATCG,ATCG,ATCG,氨基酸aminoacids:生命的基本构件,蛋白质是由氨基酸组成的多肽链,一个氨基酸的氨基(NH2)释放一个氢原子,另一个氨基酸的羧基(COOH)释放一个OH基团,形成一个肽键。,主流意见:基因是由蛋白质构成的，DNA只不过在遗传过程中发挥某些辅助的生理作用,1868年:赫胥黎(T.H.Huxley,18251895)蛋白质是“生命的物质基础”。,19301940s:DNA分子的分子量是50万到100万,比蛋白质分子还要大。,DNA与蛋白质:谁是遗传信息载体？,遗传物质,发现双螺旋,遗传密码,核酸与蛋白质,格里菲斯(英国）FredrickGriffith,18771941,1928年将一种活的无毒细菌菌株和死的有毒细菌菌株同时注射到宿主体内，某些无毒的细菌菌株就变成了有毒的。,R型(无包膜,粗糙):无害(无传染性)S型(有包膜,光滑):有害(有传染性),死的S型+活的R型活的S型,S型细菌中的转化物质:R型S型,OswaldT.Avery18771955,ColinMacLeod19091972,MaclynMcCarty1911,1944年成功地证明DNA可能是“转化因子的基本单位”,艾弗里（美国）OswaldAvery18771955,局面扭转:轮到反对派来反驳艾弗里的论述,德尔布吕克(左)MaxDelbrck(美国)19061981,卢里亚(美国)SalvadorLuria1912,19381952噬菌体小组,查伽夫(奥地利)ErwinChargaff1905,1950年:碱基含量腺嘌呤A=胸腺嘧啶T鸟嘌呤G=胞嘧啶C,查伽夫的发现彻底否定了列文的四核苷酸假说,困难:从细胞中提纯DNA纸层析技术:氨基酸排序,赫尔希-蔡斯试验,赫尔希AlfredHershey19081997,蔡斯MarthaChase1927,噬菌体的DNA具备自催化与异催化两种功能,DNA如何实现这样两种功能？,发现双螺旋,核酸与蛋白质,遗传密码,遗传物质,沃森与克里克,基因是何种形态,基因是如何复制（自催化）,基因是如何提供信息来产生蛋白质的（异催化）,美国加州理工学院的鲍林实验室,鲍林（美国）LinusPauline,19011994,弗兰克林（英国）RosalindFranklin19201958,维尔金斯（英国）MauriceWilkins,1916,伦敦皇家学院的威尔金斯小组,布拉格（英国）LawrenceBragg18901971,鲍林（美国）LinusPauline19011994,威尔金斯小组的专长是X射线结晶学,引出的问题,DNA分子的骨架:直的还是螺旋的？一条螺旋:碱基联在骨架的外边？多条螺旋:碱基在骨架的里边？它们彼此间如何相联？,剑桥大学的沃森-克里克小组,沃森,克里克,薛定谔（奥地利）ErwinSchrodinger18871961,1944年:生命是什么？,克里克(英国)FrancisCrick1916,生命是什么？的印象:可以用精确的概念，即物理学和化学的概念，来考虑生物学的本质问题。,克里克:伟大的事情就在角落里,1949年:加入佩卢兹小组,沃森（美国）JamesD.Watson,1929,卢里亚（美国）SalvadorLuria,1912,1948年印第安那大学,德尔布吕克（美国）MaxDelbrck,19061981,1948年第一次与德尔布吕克见面，就被噬菌体学派的目标与方法“钩住了”,1950年，哥本哈根“欧洲那步子较慢的传统更有利于产生第一流的思想。”,沃森（美国）JamesD.Watson,1929,佩鲁兹（英国）MaxPerutz,1914-2002,1951年5月那不勒斯维尔金斯DNA的X射线的研究报告DNA是遗传物质,1952年7月,查伽夫访问剑桥,1952年6月,格里菲斯(JohnGriffith):计算同类碱基之间的吸引力理论上:不同碱基之间的相互吸引,克里克:不同类型的碱基配对可能是DNA分子结构的基础,弗兰克林1952年得到的最好的DNA的X射线照片(51号),X射线的数据与密度的测量结果符合DNA是双链的可能性;糖-磷酸骨架一定位于NDA链的外侧。,沃森:我简直目瞪口呆。照片中反射出的黑十字只能是螺旋结构的结果。,多诺休（美国）JerryDonohue，19201985,1953.2.20多诺休:氢键专家碱基:酮式互变异构,沃森与克里克,Nature1953年4月25日AstructureforDeoxyriboseNucleicAcid,DNA复制,DNA结构发现之后的早期争论主要集中在“解旋问题”上,MatthewMeselson1930,FranklinW.Stahl1929,1958年:梅塞尔森和斯塔尔用同位素标记和超速离心分离实验证明了DNA复制的半保留特性,双螺旋,基因是何种形态,基因是如何复制（自催化）,基因是如何提供信息来产生蛋白质的（异催化）,遗传密码,发现双螺旋,核酸与蛋白质,遗传物质,伽莫夫（美国）GeorgeGamow19041968,1954年:遗传性状可以表现为一长串用四进位系统写成的数字,遗传密码:双螺旋上的一串碱基如何翻译成蛋白质上的一串氨基酸,三联体:三个碱基对应一种氨基酸,DNA:四个碱基（A、G、C、T）蛋白质:20种氨基酸,1957:论蛋白质合成中心法则Centraldogma,蛋白质,1960年4月剑桥:核糖体是一个阅读磁头,通过一种RNA信使从DNA表达出来,J.Monod,19101976,1960年夏:发现信使RNA(mRNA),F.Jacob,1920,奥乔亚（美国）SeveroOchoa1905-1993,多核苷酸磷酸化酶人工制取核酸,Poly-C:(CCCC)Poly-G:(GGGG)Poly-U:(UUUU),AAAAAAPoly-A,尼伦贝格（美国）MarshallNirenberg1927,mRNA:poly-U(UUUU),Poly-U被翻译成poly-phe,只含一种氨基酸(苯丙氨酸)的蛋白质:phe.phe.phe.phe.(poly-phe),1962年诺贝尔奖获得者,FrancisCrick,MauriceWilkins,JohnSteinbeck,JamesWatson,MaxPerutz,JohnKendrew,F.Crick,1916,S.Brenner,1927,三个一组的碱基为一个氨基酸编码，碱基序列从一个固定的起始点读取，有些氨基酸必须对应多个三联体。,19551956年:伽莫夫的三联体1952年:罗切斯特大学杜恩斯(A.Dounce),柯拉那（美国）HarGobindKhorana,1922,霍利（美国）RobertHolley,1922-1993,1966年:阐明遗传密码,遗传密码Geneticcode,终止号:UAA=UAG=UGA,起始号:AGGAUG=甲硫氨酸(Met),