DNA双螺旋结构发现史ppt课件

2020/5/8,1,2020/5/8,2,2020/5/8,3,自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后，人们又提出了一个问题：遗传因子是不是一种物质实体？是的话，又是哪一种物质呢？为了解决基因是什么的问题，人们开始了对核酸和蛋白质，以及其他大分子的研究。,DNA是遗传物质的发现史,2020/5/8,4,DNA是遗传物质的发现史分离篇,1869年：米歇尔（JohannFriedrichMiescher，18441895）瑞士的化学家）首次分离出DNA,米歇尔年轻时，细胞核还仅仅是被作为细胞中央很少见到的斑点而加以描述。米舍尔很想揭示细胞核的化学组成。他选取浸泡在脓液中的绷带作为研究的材料，因为脓液能提供非常好的白细胞资源。在研究来自外科绷带中的脓液的细胞核时，他发现一个含有大量磷的新复合物，因为他发现该物质位于细胞核中，他称其为“核素”。,2020/5/8,5,这是一个在当时显得很不寻常的发现。活细胞中央竟会存在磷？这似乎令人难以置信。在对此物质的基本化学成分进一步的研究中，发现它实际上是酸，所以它被重新命名为核酸。后来的人们又发现核酸有两种。一种是脱氧核糖核酸DNA，另一种是核糖核酸RNA。,核酸十分不稳定，提取时必须非常小心，速度要快，还得保持很低的温度。为了制备核酸，米歇尔从清晨5时开始，就在一个低温的房间内迅速地工作。最后的制备物可以保存在纯酒精中。然而他的辛苦劳动未能赢得同代人的赞扬，相反对他工作的批评意见却蜂拥而至。,2020/5/8,6,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,1869年发现核素后的最初一段时间里，人们对它的了解是混乱的。如有化学家宣称，核素“无非是一种不纯净的蛋白质物质”。阐明核酸化学基本原理的是俄裔美国科学家列文（PhoebusAvaronLvevene，1691940）。他在1900年开始研究核酸化学，到1905年已经成为国际知名的核酸研究权威。,2020/5/8,7,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,列文把核酸同蛋白质区别开来。他阐明了组成两种核酸的糖类的结构，他的工作使人们认识到核酸因其所含的糖类不同可以分成两类。他搞清了核苷、核苷酸的结构，提出核酸是由大量核苷酸通过酯键连接成的高分子化合物。他的工作使人们形成了一个关于核酸的比较清晰的图画，使人类对核酸的认识有了很大进步。,2020/5/8,8,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,列文还发现核酸中的四种碱基克分子数相等（实际上这些数据是不精确测量的结果）。列文在这证据下于1908年提出了“四核苷酸假说”。这一假说是说：四种碱基是等量的。在更精细一些组织的水平上，它意味着多核苷酸是由某种确定的、排列顺序不变的单位所组成，而这些单位本身又是由四种核苷酸组成的结合体。,2020/5/8,9,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,最后对这些数据的解释意味着，DNA是一种同糖原相类似的重复的多聚体。这一假说由于列文的权威地位被学术界广泛接受，但这种假说将核酸原本的复杂结构过于简单化了，特别是不能解释核酸中丰富的信息含量，因而是错的，正是他的这一假说阻碍了人们对核酸功能的研究。,2020/5/8,10,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,这样列文的工作是把核酸作为遗传物质的可能性给取消了。如果接受他提出的四核苷酸假说，那么就意味着核酸大分子是由四种核苷酸按照相同的分子比例连接成的四聚体反复重复形成的。如AGTCAGTCAGTCAGTC。一串如此单调的分子是不可能产生对遗传物质来说必不可少的多样性。事实上，在列文的四核苷酸假说下，DNA的结构太简单了，它所扮演的“单纯的分子”角色不可能在机体中起到主要的作用。,2020/5/8,11,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,米歇尔曾私下推究在可遗传性状的传递中核素的可能作用。他认为，核素的原子可能形成“异构体”或“几种不同的空间排列”，由此而导致变异。1885年，德国解剖学家赫特维希（OscarHertwig，1849-1922）提出，核素可能负责受精和传递遗传性状。1895年，英国细胞学家威尔逊(EdmundB.Wilson,18561939)认为：由双亲所提供的两个染色体组是严格相等的，双亲在子代遗传上的贡献是均等的,并指出这是一条普遍的规律,适用于一切动植物。这种遗传物质就是染色质，染色质很可能就是米歇尔所指的核素。但早期的这类推测并未引起当时学术界的注意与重视。,2020/5/8,12,DNA是遗传物质的发现史混乱篇,在1910年1930年间，染色质被认真作为遗传物质的声誉似乎失去了。当时，关于染色质化学的大多数论文，完全不讨论染色质可能具有的生物学作用。生物学家对染色质的期望也变成了泡影。具有讽刺性的是，这却是改进了核酸化学分析方法所造成的。人们发现染色质在细胞周期中的行为似乎十分特别，在某一段时期，染色质仿佛消失了（实际上是显微镜观察不到），这一现象不太符合作为遗传物质的标准，因为遗传物质应该是一代一代稳定遗传，不会消失的。,2020/5/8,13,DNA是遗传物质的发现史革命篇,与蛋白质的竞争：作为遗传物质有利争夺者的是被视为生命中心分子的蛋白质。蛋白质一方面于生命是极其重要的，另一方面人们很早就认识到蛋白质不仅有二十多个基本构成，并且大小和形状多样。简单说，蛋白质是复杂的。这正是作为遗传物质的必要条件。在蛋白质是生命的中心分子这一观念的影响和束缚下，DNA被忽视了。,2020/5/8,14,DNA是遗传物质的发现史革命篇,脱颖而出、捍卫地位：（证实DNA重要性的几个经典实验）,1、1928年细胞学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验,2、1944年艾弗里的转化因子实验,DNA是转化因子，是它在执行传递任务。DNA是值得进一步研究的物质,发现转化现象,3、噬菌体小组的故事,4、1952年赫尔希蔡斯混合实验,证明进入细菌细胞的是噬菌体的DNA，而不是蛋白质。也就是说DNA带有遗传信息。,噬菌体是由两大类分子构成的：蛋白质和DNA。,2020/5/8,15,2020/5/8,16,2020/5/8,17,2020/5/8,18,5、查伽夫（奥地利生化学家ErwinChargaff,1905-?)的工作,DNA是遗传物质的发现史革命篇,他的研究使当时对于DNA的看法起了革命性的变化。发现了查伽夫规则：腺嘌呤A与胸腺嘧啶T数量相等，鸟嘌呤G与胞嘧啶C数量相等。,2020/5/8,19,1953年2月28日，DNA突然绽放出了它的异彩。在英国剑桥的伊尔(Eagle)酒馆，37岁的英国科学家克里克向在场吃午饭的人(主要是一些科学家)宣布，他和25岁的美国同事沃森已经完成了一项伟大的科学发现建立了DNA双螺旋结构分子模型，从而揭示了生命的奥秘。消息传出，满座皆惊。不久，他们的论文核酸的分子结构脱氧核糖核酸的结构和脱氧核糖核酸结构的遗传学意义两篇文章相继于4月25日和5月3o日在英国权威科学杂志自然上刊出。从此，生物科学史上一个崭新的时代分子生物学和分子遗传学的时代开始了!,分子生物学时代的到来DNA绽放篇,2020/5/8,20,让我们进入这条发现之路吧！,2020/5/8,21,DNA双螺旋结构发现旅程,2020/5/8,22,DNA双螺旋结构发现之路,2020/5/8,23,DNA双螺旋结构发现之路,2020/5/8,24,DNA双螺旋结构发现之路,2020/5/8,25,1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人共获诺贝尔奖。,2020/5/8,26,沃森、克里克成功原因之一完美互补,噬菌体侵染细菌的实验小组成员沃森在得到DNA是遗传物质的充分证据后，由于当时DNA是遗传物质的机理并不清楚，刺激了他研究DNA结构的想法，导致了他与克里完美的互补合作，因为克里克有句名言：“如果不能研究功能，就去研究结构。”,2020/5/8,27,性格互补：沃森孤僻、安静、性格内向克里克嗓门很高、比较外向,沃森、克里克成功原因之一完美互补,专业互补：沃森熟悉噬菌体方面的实验，而克里克则精通数学、物理学这些被沃森视之为有点难度的学科，他俩的合作是生物学与物理学互补的最佳典范；,无私地互相补充、互相取长补短、互相坦诚地批评和互相鼓励。人人不应成为孤岛,2020/5/8,28,沃森、克里克成功其他原因：,2020/5/8,29,沃森、克里克成功其他原因：,高超的想象力和敏感的直觉:关于DNA的x射线衍射图片只能提供一半的信息，另一半则来自于研究者的想象。沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。所谓物以稀为贵。对此别人只能望尘莫及。,沃森凭着生物学家的直觉，坚信生物体偏爱螺旋形。克里克则从物理学角度出发认为，规则的螺旋会大大减少自由变量的数目，这将使结构变得易解。此外，就是对双链的设定。因为图片信息无法提供链条的数目，鲍林和威尔金斯（包括沃森和克里克）最初都在三链模型上栽过跟头，是沃森的生物学直觉再次帮了他们，因为成双配对正是生物界的基本现象。,2020/5/8,30,沃森、克里克成功背后的英雄之一X射线晶体学领域的英格兰玫瑰,富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片正是发现DNA结构的关键。,英国X射线晶体衍射技术专家罗莎琳德弗兰克林(RFranklin，19201958),2020/5/8,31,沃森、克里克成功背后的英雄之二奥地利量子物理学家埃尔文薛定谔(ErwinSchrodinger，18871961),认为基因是一种有特殊地位的分子，物理学和化学规律同样可以应用于细胞及基因的研究。,2020/5/8,32,沃森、克里克成功背后的英雄之三美国化学家努斯鲍林(LinusPauling190119941954年诺贝尔化学奖和1962年诺贝尔和平奖得主),他将x衍射图谱与原子间相互关系结合起来，建造分子模型，然后用x衍射图数据来检验模型的效果并从理论上证明这两者的一致性。,2020/5/8,33,沃森、克里克成功背后的英雄之四新西兰生物物理学家奠里斯威尔金斯(MauriceHWilkings，1916？),1951年，威尔金斯在意大利那不勒斯举行的生物大分子结构学术会议上，作了关于DNA衍射图片分析的报告，并出示了一张DNA纤维的x一射线衍射图，这给当时参加会议的沃森留下了深刻印象,2020/5/8,34,沃森、克里克成功背后的英雄之五奥地利生物化学家埃尔文查迦夫(ErwinChargaf，1905一),查伽夫及其同事发明用色层分析法测量DNA内部的各种碱基的含量，并作了精细的分析。结果表明：腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)比值接近1：1，这就是现在众所周知的DNA分子的“碱基配对”原则。,2020/5/8,35,沃森、克里克成功背后的英雄之六英国数学家约翰格里菲斯(JohnGriflqth),格里菲斯的贡献在于，为沃森和克里克计算了一个DNA分子内碱基的相互吸引力(弱的相互作用)。使沃森和克里克茅塞顿开，走出了“相同碱基相互吸引”的误区，最终走向成功。,2020/5/8,36,DNA发现全记录,2020/5/8,37,DNA发现全记录,2020/5/8,38,DNA发现全记录,2020/5/8,39,DNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响,DNA双螺旋结构被发现后，极大地震动了学术界，启发了人们的思想。从此，一个眼花缭乱、匪夷所思的分子生物学和基因工程的时代开始了。人们以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年，遗传密码全部被破解，基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明：基因实际上就是DNA大分子中的一个片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。一定结构的DNA，可以控制合成相应结构的蛋白质。,2020/5/8,40,DNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响,蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此，基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等，这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福于人类。现代生物学的发展，愈来愈显示出它将要上升为带头学科的趋势。,2020/5/8,41,DNA双螺旋结构的发现对生物学发展的重要影响,综观人类对遗传物质的探索历史，使我们认识到科学发现是不能计划或凭空设想的，而是在良好的研究环境和氛围中，通过许多科学家创造性的思维和脚踏实地的努力取得的。在生物科学史中，不仅记载着生命科学知识的形成过程，而且蕴含着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法，体现着科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度，以及勇于创新、善于合作和无私奉献的科学精神。因此，在高中生物学教学中注重科学史的学习，必将对培养学生的生物科学素养产生深远的影响。,2020/5/8,42,2020/5/8,43,1.将一个学科发展成熟的知识、技术和方法应用到另一学科的前沿，能够产生重大的创新成果。学科交叉是创新思想的源泉。,2020/5/8,44,2.科学的发现是一个知识不断积累、认识不断深化的过程善于学习和鉴别，对已有的结论经过去粗取精，去伪存真，有选择地继承并且加以发展，才