发现DNA双螺旋结构的故事

第一篇：发现DNA双螺旋结构的故事

发现DNA双螺旋结构的故事

在刚刚过去的20世纪，遗传学也许是发展最快、变化最烈的一门自然科学学科。1900年孟德尔（G.Mendel）揭示的生物遗传规律被重新发现，2000年人类基因组全序列工作草图宣告完成，这一头一尾两件大事充分展现了100年来遗传学的重大发展，而连接首尾的关节点，则是1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）共同提出DNA双螺旋结构模型。

发现的前夜

20世纪上半叶的几十年，几代科学家不懈的努力终于将遗传物质的化学本质确定为DNA。在此基础上，玻尔（N.Bohr）、德尔布吕克（M.Delbrück）、薛定谔（E.Schr o dinger）等一批物理学家的适时加入，将物理学的新观点、思维方式和研究手段引入遗传学研究，深深影响着整整一代战后的青年科学家，包括沃森和克里克。

克里克是一个深受薛定谔思想影响的物理学家，战后从物理学转入生物学研究。他认为，运用物理学和化学的科学概念和精确的术语重新思考生物学的基本问题，是会有成果的。他思考问题敏锐深刻，不停顿地思考与评论是他最大的嗜好。沃森说：“他掌握别人的资料，并使之条理化的速度之快，令人倒吸一口冷气。”也正因为这一点，在克里克的周围聚集了一批沃森这样的优秀青年科学家。1951年，23岁的沃森来到英国剑桥著名的卡文迪什实验室，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。

沃森和克里克决定一起揭示DNA分子结构后，立刻确定目标：提出一个结构模型，它既要能解释X射线衍射分析的图像，又要能阐明基因自体催化（复制）和异体催化（编码蛋白质）等生物学性质。

那当时有关DNA结构的知识是怎样的呢？从物理学性质讲：根据阿斯特伯里（W.Astbury）等人的X射线衍射分析资料，DNA是由许多亚单位叠合在一起组成的，叠层间距是0.34纳米；DNA是一个长链分子，在整个分子线性结构中，分子的直径是衡定的。

从化学性质讲：DNA含有4种碱基，即两种嘌呤（A和G）和两种嘧啶（C和T），以及脱氧核糖和磷酸根。一个碱基、一个糖分子和一个磷酸根组成一个结构单位，叫核苷酸。核苷酸之间经磷酸酯键相连，组成分子的骨架结构。影响重大的四件事情

他们面临的第一个问题是如何设想DNA分子中核苷酸的排列和连接，使之保证DNA大分子内部的几何协调和力的平衡，在化学上趋于最稳态，还要保证DNA作为遗传物质所需的复制精确性。组成分子骨架的糖磷酯键是结合力最强的共价键。然而X射线衍射分析表明，DNA分子中有不止一个这样的骨架，那么多个长链骨架是怎样结合在一起的呢？会不会是多条核苷酸链靠碱基间的氢键相互连接？如果是这样，那碱基间就有三种不同连接方式：相同的碱基相互连接，如A与A相连；相同类别的碱基相连，即嘌呤与嘌呤、嘧啶与嘧啶相连；不同类别的碱基相连，即嘌呤与嘧啶相连。

还有，这种连接究竟是不同多核苷酸链上的碱基相互连接呢，还是同一条链不同部位上的碱基相互连接呢？这后一种设想也就是所谓单链回旋折叠自我连接，也是沃森和克里克最初的想法，显然受了蛋白质肽链折叠模式的影响。然而，在接下来的一年半中，至少有四件事使他们摒弃了这种看法。

第一件，1952年6月，在听完天文学家高尔特（T.Gold）的讲座“完美的宇宙学原理”后，沃森、克里克和剑桥大学数学系研究生格里菲斯（J.Griffith）闲谈有没有“完美的生物学原理”，又谈到DNA的复制，谈到DNA分子中碱基间如何形成稳态结构。格里菲斯对基因的复制很感兴趣，应他们的请求，他答应用量子力学和化学键理论来计算不同碱基间的吸引力大小，以及如何搭配才能使分子趋于最稳态。不久，格里菲斯告诉他们，理论计算表明A吸引T，G吸引C。克里克立刻想到，A吸引B、B吸引A，这样相互形成的专一性配对不就能解释链的复制吗。那么，怎样把碱基互补和DNA分子的三维结构联系起来呢？克里克动脑筋的速度实在太快了，甚至连格里菲斯所讲的相互间吸引力最大的碱基对是什么都没有记住。

第二件，也是在那年六七月间，哥伦比亚大学教授查伽夫（E.Chargaff）访问剑桥，来到卡文迪什实验室。肯德鲁(J.C.Kendrew)把两位年轻人介绍给查伽夫。这是一次非常重要的会见，克里克多年后记述了这次会见：“起初，我们谈了许多有关蛋白质的问题，后来我问及核酸研究现状，查伽夫顿了一下说：„一句话说完，就是1:1。‟ 我又问1:1是什么意思，他说：„文章已经发表了。‟ 毫无疑问，我漏读了查伽夫的重要文章，感到茫然若失。他又补充了一句：„这是电效应的缘故。‟我突然闪现了一个念头，„天哪！1:1不就是互补配对吗？‟他还讲了些什么，我一点也没有听见。告别了查伽夫，我立刻去找格里菲斯，请他再告诉我，理论计算表明哪两种碱基间吸引力最大。我转而去查阅查伽夫的文章，顿时惊呆了：格里菲斯算出来的碱基对A配T、G配C，正是查伽夫实验中克分子量呈现1:1比例的碱基对。”这就是著名的查伽夫当量定律，即分子数A＝T、G＝C。

第三件，沃森和克里克成功地运用了鲍林(L.C.Pauling)提出的生物大分子结构分析方法。鲍林根据量子力学原理，提出了作为量子化学基石的化学键理论，在蛋白质结构研究中提出了肽链折叠通过氢键形成α螺旋的学说。他通过多肽链基本构件的拼装组合，构建出符合蛋白质晶体X射线衍射分析图像的结构模型，并据此建立了结构分析的所谓“第一性原理”，又称逼近法。它要求从生物大分子最基本的构件出发，运用化学规律找出构件间可能形成的所有排列方式，特别要考虑对整个大分子结构稳定有决定作用的氢键的形成方式；再将所获得的各种理论模型与X射线图像一一对比，不断修正，并决定取舍。两人运用逼近法测定各种嘌呤和嘧啶的大小、碱基对的排列、氢键的引力，以及DNA分子直径、螺距、键角等结构数据，再与衍射图像一一对比，不断校正，逐步逼近真实状态。值得一提的是，鲍林当时也在构建DNA分子结构模型。威尔金斯（M.Wilkins）和富兰克林（R.Franklin）也在利用衍射图像分析DNA的结构，与沃森和克里克保持着经常的联系和深入交流。威尔金斯和富兰克林的思路与鲍林不同，他们作为晶体结构学家，总是先从衍射图像中的点及点的密集程度出发，并考虑衍射点的分布特点，经数学变换，将衍射图像诠释为分子中的各种化学键的键长、键角等结构要素。1953年2月，沃森和克里克从富兰克林的X射线衍射图像分析，虽然还不能肯定DNA是双链还是三链，却已明白在DNA的螺旋结构中糖磷酯骨架在外侧，碱基在分子内部。这是非常重要的发现，鲍林的错误之一就是认为糖磷酯键在分子中央。

现在，横在沃森和克里克面前的问题是DNA分子究竟由几条链组成，这些链又是怎样相互连接的。

第四件事，有机分子在不同的条件下往往具有不同的构型，它们互为异构体。当时，沃森和克里克画在草图上的碱基只是若干种异构体中的一种，这种结构很难同时符合分子的几何结构要求和化学稳定性要求。他们去请教实验室的访问学者多诺休（J.Donohue）。多诺休是曾和鲍林共事的量子化学家，他看了沃森的草图后，指出他们画的碱基构型属于烯醇式，应该改为酮式异构体。这真是神来之笔！克里克在回忆中写道：“多诺休和沃森站在黑板旁边，我坐在办公桌一侧。突然，我看到了一幅碱基对互补的图像，它能解释1:1。太妙了，真是再美不过了！就在1953年2月20日星期五的这一刻，我们都明白了，碱基在分子内部，它们是靠氢键来专一性配对的。”

沃森很快发现，在酮式结构情况下，A-T碱基对与G-C碱基对长度相等，又恰恰与DNA分子的直径相当，这使沃森和克里克确信DNA是双链而不是三链。

沃森和克里克花了整整一个星期来设计DNA结构模型，测量了两种碱基对和DNA长链上每一种键的旋转角度，并和X射线衍射图像一一对比，不断修正。沃森以惊人的记忆力把从威尔金斯和富兰克林实验室得到的新的信息全部融入了这个模型，克里克以他特有的思想和表达能力把一切都记录下来。他们的合作真是到了水乳交融、你我不分的地步。成功的模型

3月29日是三月份最后一个周末，两人终于完成了文稿。但因秘书休假，沃森请正在英国度假的姐姐帮忙打字，姐弟俩整整忙了一个下午。沃森对姐姐说：“我们的工作，称得上是达尔文进化论发表以来，生物学中最为轰动的事件。”

4月1日，他们把文章送给实验室主任布拉格（W.L.Bragg）。布拉格非常高兴，原因至少有两条：第一，这件了不起的事是在卡文迪什实验室完成的，而不是在鲍林的实验室；第二，他和他父亲所建立的晶体X射线衍射分析方法，在探索生命本质的研究中发挥了十分重要的作用。布拉格对文章作了少许文字修饰，附了一封推荐信，在4月2日就发往《自然》周刊。鲍林闻讯时正在赴布鲁塞尔开会途中，特地于4日赶到剑桥。他仔细看了模型，又看了富兰克林的DNA衍射照片，当即向两位年轻人祝贺。布拉格主任设宴欢庆。

1953年4月25日，《自然》周刊发表了这篇仅有900多字的文章：DNA的分子结构。这个结构模型的要义是：DNA是一个长长的双链分子，由两条同轴反向相互缠绕的多核苷酸链组成，外侧是由脱氧核糖和磷酸根组成的分子骨架，中间是由互补的碱基对组成的阶梯，碱基配对方式是A配T，C配G；碱基对间距为0.34纳米，每10个碱基对形成一个螺旋周期，螺旋直径为1纳米。这个模型既能从螺旋性、分子直径、碱基对的几何学尺度等方面阐明X射线衍射图像，又能以碱基专一性互补配对来解释查伽夫当量定律。

这个模型不但外形美，更有内在的科学美。它的科学美体现在两个方面。第一，碱基配对的专一性保证了复制的高度精确性，只要一条链上的碱基序列确定了，其互补链上的碱基序列也随之确定了；第二，就一条链而言，模型并不限制碱基排列顺序，这保证了DNA可以负载无穷多样的遗传信息。这充分体现了基因的属性：变异的无穷多样性和复制的高度精确性。1962年，沃森、克里克因发现DNA分子结构，与改进了X射线衍射技术的威尔金斯一起获得了诺贝尔医学或生理学奖。

也许大家会问：沃森和克里克为什么会成功？

从X射线衍射分析技术看，沃森和克里克是不及威尔金斯和富兰克林的；就结构化学知识而言，沃森和克里克更不是鲍林的对手。沃森和克里克能够在这场科学竞赛中取胜，靠的是两人的合作，靠的是知识和能力的互补，靠的是博采众家之长。这对组合最强的优势是把物理和化学的研究资料都放到生物学背景上去考虑，时刻牢记DNA是遗传物质，搞清楚DNA分子结构，就是为了在分子水平上阐明基因的自体催化和异体催化。迄今为止，搞清楚结构的大分子不计其数，结构之复杂、精度之高都大大超出双螺旋模型，有不少也得了诺贝尔奖。但全世界唯独把1953年4月25日来纪念，并把2003年4月25日定为国际DNA日，就是因为这个模型深刻的生物学内涵——它揭示了生命的分子本质，揭示了DNA的生物学之魂！

第二篇：DNA双螺旋结构的发现对生物技术的影响

DNA双螺旋结构的发现对生物技术的影响

生工1202 陆晴川（3120100400）DNA双螺旋结构的提出开始，便开启了以遗传学为中心的分子生物学时代。分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径.在以后的近50年里，分子遗传学，分子免疫学，细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。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。

在我看来，对生物技术的影响主要有以下几类。

DNA检测技术。这个可以用在亲子鉴定，犯罪现场检验。

转基因技术。目前转基因经常在报纸上出现，主要是民众对转基因食品的安全性有怀疑。

克隆技术，如克隆鱼，克隆细胞，克隆羊多莉等。

基因治疗：遗传病的基因治疗是指应用基因工程技术将正常基因引入患者细胞内，以纠正致病基因的缺陷而根治遗传病。

第三篇：DNA双螺旋结构的发现是上世纪最伟大的发现之一

由DNA双螺旋引发的感想 DNA双螺旋结构的发现是上世纪最伟大的发现之一，直至现今社会DNA双螺旋结构的发现对很多领域的发展都起到了很好的推波助澜的作用，特别是dna鉴定方面的一些作用在案件的侦破等方面最为突出。

有人说“没有任何一项法庭证据鉴别技术像DNA鉴定一样，能够以99.9999%的精度锁定或排除犯罪嫌疑人。”不论是在影视作品还是一些法制栏目中，我们都可以看到很多利用DNA鉴别技术鉴定嫌疑人或是凶手遗留下来的蛛丝马迹从而很好的解决案件的事例。在还没有DNA鉴定技术前，需要花费很长时间寻找一切线索进行很多推断，很有可能错过很多破案的关键。然而在今天，凶手掉落的毛发或被害者被害时由于挣扎而残留在指甲中的一些碎屑，甚至是一滴还未干的血液，通过检测DNA都可以更容易的锁定犯人。

在电影侏罗纪公园中，科学家也是通过发现一只被封在琥珀里的刚吸过恐龙血的蚊子，提取了蚊子肚子里的恐龙血才有了复制出恐龙的可能。虽然这只是科幻片中的内容，在现实世界中似乎很难有这样的机会，但是也不能否定在未来是会成为现实的事情。

在古代，滴血认亲成了检验父子关系的唯一证据，而作为现代人我们都知道，不管是谁的血都会相溶，这就会造成很多误判。就像近日复旦大学通过曹操的DNA公布了曹操并非夏侯氏抱养的。亲子鉴定成为了DNA在现在社会中一项很重要的技术。人们会有很多不同的原因造成父母所养育的孩子不是自己的亲生子，特别是由于个别医院的疏忽，报错孩子会成为一些家庭一生的遗憾，而这时如果没有DNA技术而是还使用滴血认亲这古老的方法，那很有可能会让这个误会继续下去了。

从上面讲的不光是在破案方面或者是个人DNA鉴定方面，我认为应该建立一个全民DNA数据库，每个人都有独一无二的DNA结构，把我们每个人的DNA与个人信息相关联，对于案件的侦查或者个人DNA检测以及医疗都有很好的。特别的，因为人口分布的地域不同，通过大范围的人口的DNA的搜集也会对人类的不同的进化有一些帮助。

第四篇：“制作DNA分子双螺旋结构模型”教学设计

“制作DNA分子双螺旋结构模型”教学设计

【活动目的与意义】

1制作模型的过程是一个知识内化的过程，通过亲手制作，可以促进学生对DNA分子“双螺旋结构”和“反向平行”特点的理解和认识。

2通过讨论、交流与撰写活动报告，培养学生观察问题、分析和归纳问题的能力以及语言表达和书面表达能力。

3通过制作DNA分子双螺旋结构模型，培养学生互助合作的精神和严谨的科学态度，并使他们在具体的制作过程中体验到成功的喜悦。

4通过分析DNA分子结构模型，将抽象知识形象化，有利于学生准确把握DNA分子结构的知识，为后续学习遗传部分的知识奠定良好的基础。

【活动程序】

1制定活动方案

1.1课前进行相应的知识储备

课前学生学习了DNA分子结构的基础知识，以及通过图书馆、网络等途径收集和掌握了一些有关DNA结构发现的科学史的材料，为课上进行相互讨论、交流与模型的顺利制作提供了必要的知识准备。

1.2活动材料用具的准备

硬塑料方框、不同颜色的硬纸板、金属细丝、订书机、订书钉、剪刀、粗铁丝。

1.3提供模型制作的参考数据

1.4设计活动方案流程

2实施活动方案

2.1分组并发放活动材料

每班分若干个小组，每小组4人。各组都配发硬塑料方框2个（5cm×10?M）、六种不同颜色的硬纸板各1张（20?M×20?M）、细铁丝2根（长0.5m）、粗铁丝2根（长约10?M）订书机1个、订书钉若干、剪刀1把、活动报告（每人一份）。

2.2分组讨论制作模型的步骤和注意事项

在学生讨论之前，教师先展示预设的问题和制作模型的参考数据，为学生讨论模型的制作提供帮助。设计的问题如下：

（1）分别用何材料表示磷酸基团、脱氧核糖、各种含氮碱基？这几种物质在什么部位相连接？

（2）如何表示磷酸二酯键、氢键以及氢键的数目？

（3）如何体现DNA分子两条链之间的反向平行关系？

（4）怎样才能使DNA分子的平面模型改变成立体模型？

以实验小组为单位，观察并分析教材上的DNA分子结构的立体图和平面图，然后根据实验桌上所提供的材料，以及教师提供的问题，组织本组成员展开讨论，设计出实验步骤，找出模型制作的过程中应注意的问题。教师适时组织各小组阐述自己设计的实验步骤，教师根据学生设计中出现的具体问题进行适当点拨和评价。

教学意图： 通过学生自己分析各材料用具的作用，自己设计实验步骤，培养学生分析解决实际问题的能力以及实验设计能力。

2.3按照分工制作模型

在学生制作模型之前，教师给予下列提示：

（1）先按照分工制作配件，再将各种配件正确的组合在一起，最后，对制作的模型进行检查，修补存在的缺陷。

（2）各个小组在碱基的排列顺序上尽可能地随机，不能照搬书上的碱基顺序。时间控制在10分钟以内。

在学生制作的过程中，教师根据他们的质疑，给予相应的指导，如表示各分子纸片制作的大小，粗铁丝在模型中位置的确定等。

教学意图：增强学生对DNA分子的平面结构及双螺旋空间结构感性认识，培养学生的协同合作意识，并使他们在模型制作的过程中体验成功的喜悦。

2.4表达与交流

各小组选一名代表展示自己的模型，并从以下几个方面进行阐释：

（1）表示各种小分子的纸片是否用不同的形状进行区分。

（2）各个分子之间的连接是否正确。

（3）不同碱基对之间的氢键数量是否有误。

（4）各个纸片间是否有重叠现象.（5）DNA分子的两条链之间是否呈反向平行关系。

在充分表达与交流的基础上，各组借鉴其他小组提供的合理化建议，对本组制作的模型进行完善和修正。最后由教师对各组的活动成果进行总体评价，同时强调模型的制作必须尊重客观事实，不能为了美观好看而主观臆造。

教学意图： 培养学生语言表述能力和实事求是的科学态度。

2.5分析与讨论

2.5.2你觉得每个小组制作的DNA相同吗？每个DNA分子之间的差异主要在哪里？

指导学生观察各组制作的模型，分析比较，由它们的共性总结出DNA分子的结构特点；由它们的区别总结出DNA分子的特性：多样性和特异性。使学生对DNA分子的多样性及特异性从感性认识升华到理性的认识，真正理解 “世界上没有两个完全相同的人”“每个人的DNA就是自己的身份证”等道理。另外，DNA分子的多样性与蛋白质分子的多样性有很大的相通之处，教师可引导学生作适当迁移，为学习基因的表达埋下伏笔。

【布置作业】

1撰写《制作DNA分子双螺旋结构模型》的活动报告

2总结在制作和运用DNA分子模型的过程中的经验得失，寻找更好的材料用具和方法，再次设计制作更科学、更美观、使用更方便的DNA双螺旋结构模型。

教学意图：巩固所学知识，培养学生的创新精神。

【活动总结】

1学生在活动的过程中始终处于积极主动的状态，课堂教学效果较好。此次活动，不仅使学生掌握了DNA分子结构的知识，而且还提高了学生设计实验、动手操作以及分析归纳的能力。

3本节课制作的DNA分子双螺旋结构模型，只能体现各个分子之间的连接方式及两条链之间的反向平行关系，不能真实的呈现DNA分子的立体结构，还有待于在今后的教学过程中进一步探索。

第五篇：X射线衍射与DNA双螺旋结构的测定

X射线衍射与DNA双螺旋结构的测定

（P718x射线及x射线衍射）

1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中发现用高能电子束轰击金属靶时，能得到一种穿透力很强的射线，由于当时不知这种射线的实质（或本性）而将它成为x射线。

图1 X射线的发现

为了解开x射线的本性之谜，当时的科学家让x射线通过电场或磁场，但没有发现偏转现象，这说明x射线不是一种带电的粒子流。人们也想过它可能是一种波长很短的光波，但很难找到一种有效的实验手段观察到x射线的干涉或衍射现象，更谈不上测

出它的波长。

直到1912年，既x射线发现17年后德国物理学家劳厄才找到了x射线具有波动本性的最有力的实验证据：。他用连续谱X射线照射单晶体，在晶体后放置感光片，发现感光片上出现许多分散的斑点（劳厄斑)，这即是x射线通过晶体时发生的衍射现象。W.L.布拉格指出劳厄斑的产生是X射线衍射的结果，并给出了简单明了的解释。X 射线是波长很短的电磁波，在可见光波段使用的衍射器件(如光栅)对X射线几乎不起衍射作用。晶体内的原子作周期性的规则排列，排列的空间周期与 X射线波长同数量级，故晶体对X射线来说相当于

三维光栅，能产生明显的衍射效应。晶体可抽象成由格点组成的点阵结

构，这些格点均分布在一系列互相平行的平面上，称点阵平面或晶面，一组平行晶面构成晶面族。考虑任一晶面族，相邻两晶面的间距为d，X射线以掠入射角a(称说，在镜反射方向有最强的衍射，但就整个晶面族而言，镜反射方向(衍射角为2a)上总的衍射强度取决于各晶面的反射波的相干叠加结果。干涉极大满足如下条件：2dsina＝kλ;，式中k为整数；λ为波长。上式称布拉格公式，是分析X射线衍射的基本公式。由此可见，若已知x射线的波长就可以通过测量掠射角来测定晶体的晶面间距，分析晶体结构；分析晶体结构;反之若已知晶体结构就可以通过测量入射角来测定x射线的波长。今天，x射线衍射测量原理已经发展成多种现代化的方法和技术，并广泛应用于晶体及物质结构的分析中。

图2 布拉格公式推导

20世纪50年代，结构学派的新西兰物理学家威尔金斯选择了DNA作为研究生物大分子的理想材料，并在方法上采取了“x射线衍射法”。他认为DNA分子的x射线衍射研究对于建立严格的分子模型是有帮助的。他和他的同事获得了世界上第一张DNA纤维x射线衍射图，证明了DNA分子式单链螺旋的，并在1951年意大利生物大分

子学术会议上报告了他们的研究成果。

图3

DNA衍射图案

沃森和克里克从非常清晰的X射线衍射照片中央的那些小小的十字架样的图案上，敏锐地意识到DNA分子很可能是双链结构。他们立即投入模型的重建工作，以脱

氧核糖和碱基间隔排列形成骨架——主链，让碱基两两相连夹于双螺旋之间。由于他们

让相同的碱基两两配对，做出来的模型是扭曲的。此后，美国生物化学家查伽夫的研究

成果给了沃森和克里克很大启发。查伽夫发现：（1）在他所分析的DNA样本中，A的数目总是和T的数目相等，C的数目总是和G的数目相等。即：（A＋G）：（T＋C）=1。（2）（A＋T）：（C＋G）的比值具有物种特异性。沃森和克里克吸收了美国生物化学家查伽夫的研究成果，经过深入的思考，终于建立了DNA的双螺旋结构模型。

“发现DNA双螺旋结构的意义对生物学来说怎么估量都不为过。”中国科学院发育研究所研究员莫鑫泉先生对记者说：“用双螺旋结构解释遗传是如何进行的，这是人类对自己、对生物学认识的巨大飞跃。发现双螺旋之前，科学家对生命现象进行了长期的思考

与研究：是什么因素使人类能够一代

图4

DNA双螺旋结构

一代地将遗传特性保持下去？”的确，就是一个桌子还有腐朽变坏的时候，为什么人类就能代代延续？什么决定了人生人，老鼠生老鼠？

然而，除了生物化学，DNA分子还有其他用途。通过现代生物技术，我们可以制造出很长的DNA分子，上面排列着根据意愿选择的构建模块序列。这为DNA的应用开辟了广阔的新天地，而不仅限于自然界中生物进化的领域。例如，1994年美国南加州大学的M.Adleman 证明了DNA如何被用作计算设备。DNA的另一项非生物学用途：建造纳米级的器械和设备——它们的基本元件和结构只有1到100纳米大小。这种元件有着许多潜在的应用。DNA制造的规则的栅格能够有序地容纳多个生物大分子，以便用X线晶体成像术测

DNA双螺旋结构的提出开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。在以后的近50年里，分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。

定它们的结构，这是药物推理设计中的一个重要步骤。另外，这种栅格还 图5 DNA双螺旋结构的应用 可以成为搭载纳米级电子元件的平台——作为工作设备或是设备制造过程中的一个步骤。利用DNA制造的分子水平的精密元件还可制造新材料。活动的DNA元件还可用于纳米机械的传感器、开关、镊子以及更精密的机器人。

参考资料

1.廖耀发《大学物理教程》（第二版），高等教育出版社

2.[美]加兰E艾伦《20实际的生命科学史》，田明译，上海：复旦大学出版社 3.周公度《晶体结构测定》，北京：科学出版社

4.[美]《沃森JD双螺旋——发现DNA的故事》，刘望夷等译，北京：科学出版社

组员（排名不分先后）：吴微，刘源，徐瑶月，李莹，曾洁，黄晶晶，