高中生物關(guān)于DNA的知識(shí)點(diǎn)
2019-01-25 16:04:04三好網(wǎng)
【遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)】
◇1866年，孟德?tīng)柊l(fā)表了他一生之中的唯一一篇涉及其八年研究成果的公開(kāi)論文，闡述了自己所做的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。他提出：生物的性狀由成對(duì)的遺傳因子控制，并且遵循分離定律和自由組合定律。現(xiàn)代遺傳學(xué)就此誕生了。
◇在孟德?tīng)栔埃鋵?shí)已經(jīng)有許多科學(xué)家做過(guò)動(dòng)物或植物的雜交實(shí)驗(yàn)，但為什么只有孟德?tīng)柍晒Φ陌l(fā)現(xiàn)了遺傳定律呢？原因有四：
①他選取了一種堪稱(chēng)完美的實(shí)驗(yàn)材料——豌豆；
②他采用了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的方式進(jìn)行探索：先分析一對(duì)性狀，得到結(jié)果和推論之后再分析兩對(duì)、多對(duì)性狀；
③他設(shè)計(jì)了嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法：假說(shuō)—演繹法；
④他引入了統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行遺傳學(xué)分析(這是生物學(xué)史上的第一次，也是他的論文不被當(dāng)時(shí)的生物學(xué)家所重視的原因之一，因?yàn)榇蠹覜](méi)辦法理解統(tǒng)計(jì)學(xué)居然能和遺傳聯(lián)系起來(lái)。
◇可惜的是，從拉馬克到達(dá)爾文，同時(shí)代的人們都只能理解更符合直覺(jué)的用進(jìn)廢退和獲得性遺傳理論，沒(méi)有人認(rèn)為一個(gè)奧地利的默默無(wú)名的神甫的論文會(huì)提出多么驚人的發(fā)現(xiàn)。直到1900年，有三位來(lái)自不同國(guó)家的科學(xué)家分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證了孟德?tīng)柖傻恼_性。孟德?tīng)柕恼撐牟庞謴墓始埗牙镏匾?jiàn)天日，他的名字也因此開(kāi)始迅速傳遍了歐美。
【遺傳因子在哪里？】
◇孟德?tīng)柼岢龅倪z傳因子這個(gè)概念，在當(dāng)時(shí)僅僅是一個(gè)抽象的術(shù)語(yǔ)，包括他自己也不明白遺傳因子究竟會(huì)是什么東西。1909年， 丹麥科學(xué)家約翰遜將遺傳因子改名為基因，并提出基因型和表現(xiàn)型兩個(gè)概念，以區(qū)分生物的基因組成和性狀表現(xiàn)。但對(duì)于基因到底在哪里，人們依舊一無(wú)所知。
◇讓我們回到細(xì)胞這個(gè)層次來(lái)看，在19世紀(jì)八十年代的時(shí)候科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了有絲分裂和減數(shù)分裂現(xiàn)象，并且觀(guān)察到了染色體這一結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)就有科學(xué)家做出了大膽預(yù)言：染色體和遺傳有關(guān)。但直到1903年， 才有一位科學(xué)家——薩頓發(fā)現(xiàn)了染色體行為和孟德?tīng)査岢龅倪z傳因子的行為存在高度一致性，他因此提出一個(gè)假說(shuō)：基因在染色體上。不過(guò)在經(jīng)歷了一次短暫轉(zhuǎn)行之后他沒(méi)再繼續(xù)這方面的工作，未滿(mǎn)40歲就英年早逝。
◇到了1909年，對(duì)孟德?tīng)柡退_頓的理論極度反感的摩爾根決定要做出實(shí)驗(yàn)成果來(lái)驗(yàn)證這兩人的錯(cuò)誤，他開(kāi)始選擇果蠅作實(shí)驗(yàn)材料。但通過(guò)對(duì)白眼果蠅的伴性遺傳現(xiàn)象研究，他得出了一個(gè)讓自己也大吃一驚的結(jié)論：控制白眼和紅眼的基因位于性染色體上。在接下來(lái)的多年研究里，他證明了基因在染色體上呈現(xiàn)直線(xiàn)排列，創(chuàng)立了細(xì)胞遺傳學(xué)，并因此獲得了1933的諾貝爾獎(jiǎng)。
【遺傳物質(zhì)是什么？】
◇摩爾根在其經(jīng)典著作《基因論》中預(yù)測(cè)：基因是一種化學(xué)實(shí)體。但生物學(xué)家和化學(xué)家、物理學(xué)家一起又花了接近半個(gè)世紀(jì)才搞清楚這種化學(xué)實(shí)體究竟是什么、長(zhǎng)什么樣子。這里要提到的是生物學(xué)史上一個(gè)著名的爭(zhēng)論：DNA與蛋白質(zhì)之爭(zhēng)。
◇在摩爾根確認(rèn)基因在染色體上的當(dāng)時(shí)，生物學(xué)家對(duì)蛋白質(zhì)的研究是領(lǐng)先DNA30年的，那時(shí)候蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)才剛剛被發(fā)現(xiàn)不久，大家在驚嘆于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性之余，不免開(kāi)始認(rèn)為正是這種復(fù)雜的大分子在遺傳中起了主要作用。
◇觀(guān)念的改變要從1928年說(shuō)起，格里菲斯從肺炎雙球菌的研究中發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌的遺傳信息會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)化而發(fā)生改變（R型菌 → S型菌），因此他提出了轉(zhuǎn)化因子這個(gè)概念。但當(dāng)時(shí)大家都默認(rèn)為這個(gè)東西大概是蛋白質(zhì)，格里菲斯也就繼續(xù)忙于研究他的肺炎雙球菌，把轉(zhuǎn)化因子這件事拋在了腦后。
◇在格里菲斯發(fā)表論文的16年后，也就是1944年，艾弗里看到了格里菲斯的論文，決定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究一下這個(gè)轉(zhuǎn)換因子是什么。這個(gè)著名的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了S型菌的DNA是誘導(dǎo)R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子。但是當(dāng)時(shí)的主流科學(xué)家還是固執(zhí)地認(rèn)為這可能是DNA中沒(méi)有分離干凈的雜質(zhì)蛋白質(zhì)在起作用。
◇直到1952年，赫爾希和他的學(xué)生蔡斯做的噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)以巧妙的方法證明了DNA有傳遞遺傳信息的功能，而蛋白質(zhì)則是由DNA的指令合成的。至此，學(xué)術(shù)界才接受了DNA是遺傳物質(zhì)的這一觀(guān)點(diǎn)，那么下一個(gè)問(wèn)題就來(lái)了：DNA到底長(zhǎng)什么樣子？
◇一場(chǎng)以英美學(xué)者為種子選手、他國(guó)學(xué)者參與陪跑的競(jìng)賽開(kāi)始了。一年以后，來(lái)自劍橋大學(xué)的沃森和克里克拔得了頭籌，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。為什么他們倆的成功速度這么快？因?yàn)樗麄冊(cè)缭绲刈⒁獾搅税ダ锏膶?shí)驗(yàn)，以天才般的直覺(jué)意識(shí)到了DNA的重要性，因此從1951年開(kāi)始他們倆就開(kāi)始了DNA結(jié)構(gòu)的研究，領(lǐng)先了其他科學(xué)家兩年。
◇后來(lái)的事情大家都知道了，由于DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學(xué)，沃森和克里克與和他們共同工作的化學(xué)家威爾金斯一道分享了1962年的諾貝爾獎(jiǎng)。
【遺傳信息如何復(fù)制傳遞】
◇在提出DNA結(jié)構(gòu)的論文里，沃森和克里克兩人就大膽指出DNA的遺傳信息很可能是通過(guò)半保留復(fù)制的方式傳遞。 1958年，Meselson 和Stahl 采用重同位素15N作標(biāo)記證明了這一過(guò)程。
◇另一方面，克里克則在1957年進(jìn)一步提出一個(gè)振動(dòng)人心的觀(guān)點(diǎn)：中心法則（DNA → RNA →蛋白質(zhì)）。這樣，遺傳物質(zhì)與相關(guān)性狀的聯(lián)系就建立起來(lái)了。至于4種堿基究竟是如何編碼20種氨基酸的呢？克里克提出并用實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼由三個(gè)一組的堿基構(gòu)成。但要等到1961年，尼倫伯格與霍拉納證明了與苯丙氨酸對(duì)應(yīng)的遺傳密碼是UUU，第一個(gè)密碼子才就此被發(fā)現(xiàn)。5年后，所有密碼子被宣布全部破譯完畢。
【生物學(xué)的大發(fā)展】
◇至此，我們對(duì)遺傳的解釋已經(jīng)深入到了分子水平，許多以前無(wú)法理解的問(wèn)題現(xiàn)在終于得到了解決，更多的新領(lǐng)域也因此而開(kāi)啟。在搞清楚了基因如何控制性狀之后，基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程相繼誕生。可以說(shuō)，沒(méi)有前面這些科學(xué)家前仆后繼的努力，就沒(méi)有現(xiàn)代生物學(xué)的繁碩成果！
