生命的螺旋-----从DNA双螺旋中阐述自然科学方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生命的螺旋,从,DNA,双螺旋结构的,发现中阐诉科学,研究方法,By,第十小组,导语,DNA,，中文名脱氧核糖核酸，是大多数生物的遗传物质。,DNA,双螺旋结构模型的建立是,20,世纪自然科学最大成就之一。,DNA,结构模型,DNA,双螺旋结构,沃森和克里克认为，,DNA,分子的立体结构如同一个螺旋形的梯子，碱基对就是这梯子的横档。它的特征是：,1,、,DNA,由两条长链组成，这两条长链按反方向盘旋成规则的双螺旋结构。,2,、,DNA,分子的脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；,3,、碱基排列在内侧，,DNA,分子两条链上碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：,腺嘌呤（,A,）一定与胸腺嘧啶（,T,）配对，,鸟嘌呤（,G,）一定与胞嘧啶（,T,）配对；,碱基之间通过氢键相连。,发现,DNA,双螺旋结构的过程,1951,年春天，一直对基因的奥秘深感,兴趣,的沃森出席了在意大利举行的生物大分子结构会议。会上，英国著名生物物理学家威尔金斯在报告中展示了一张,DNA,的,X,射线衍射图谱的幻灯片，给沃森留下极其深刻的印象。这年秋天，沃森来到英国剑桥大学卡文迪什实验室工作，遇见了同样对,DNA,结构着迷的克里克。,发现,DNA,双螺旋结构的过程,物理学家出身的克里克对衍射图谱的分析 十分熟悉，能够帮助沃森理解晶体学的原理，而沃森可以帮助克里克理解生物学的 内容。当时科学界对,DNA,的认识是这样的：,DNA,分子是以,4,种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这,4,种脱氧核苷酸分别含有,A,、,T,、,C,、,G,四种碱基。沃森和克里克以威尔 金斯及其同事富兰克林（,R.E.Franklin,）提供的,DNA,衍射图谱的有关,数据,为基础，,推算,出,DNA,分子呈螺旋结构。,发现,DNA,双螺旋结构的过程,接着，沃森和克里克尝试了很多种不同双螺旋和三螺旋结构模型，在这些模型中，碱基位于螺旋的外部，但是这些模型很快被否定了。在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一个,将磷酸,-,脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链结构,。在这个模型中相同碱基是互相配对的，即,A,与,A,配对，,T,与,T,配对。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律，因此这个模型又被抛弃了。,发现,DNA,双螺旋结构的过程,1952,年春天，沃森和克里克从一位奥地利生物化学家查哥夫（,E.Chargaff,）那里得到一个重要信息：腺嘌呤（,A,）的量总是等于胸腺嘧啶（,T,）的量；鸟嘌呤（,G,）的量总是等于胞嘧啶（,C,）的量。于是沃森和克里克又开始兴奋起来，他们改变了碱基配对的方式，让,A,与,T,配对，,C,与,G,配对，构建出新的,DNA,模型。结果发现：,A-T,碱基对和,G-C,碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的,DNA,分子具有稳定的直径，能够解释,A,、,T,、,C,、,G,的数量关系，同时也能解释,DNA,的复制。当他们把这个用金属材料制作的,模型,与拍摄的,X,射线衍射图谱,比较,时，发现二者完全相符。,伟大的发现,1962,年，美国生物学家沃森（,D.T.Watson,）和英国物理学家克里克（,F.Crick,）因发现,DNA,分子双螺旋结构而获得诺贝尔生理学或医学奖。,沃森（左）和克里克（右）,年迈的詹姆斯,沃森仍潜心研究,研究方法,在研究方法上,沃森和克里克能做到选择恰当、运用自如,尤其是在使用移植、类比、模型方法的过程中,都有一些独到之处,这是他们成功的主要途径。,移植方法,类比方法,模型方法,移植方法,运用生理、化学等科学的原理和方法解开,DNA,结构的奥秘,这就是移植法的一种。这一方法的依据是,:,生物体与非生物体都是由分子与原子所组成,它们在分子水平上的运动都遵循着量子力学的规律,而由大量分子所组成的体系的运动则服从统计规律。正是由于对这种同一性的认识,才促使薛定谔撰写了,生命是什么,一书。,移植方法,在,DNA,研究和结构发现的过程中,结晶,DNA,的获得,必须应用化学的原理与方法,;X,射线的射技术,主要应用物理学的原理与方法,而对,DNA,的,X,射线衍射图谱的,描述,和,分析,则又必须借助于,数学,。沃森和克里克在运用移植法的过程中,有两个重要的特点。首先,他们坚信结构化学和物理学在,DNA,结构研究方法中的作用。沃森去剑桥正是为了向威尔金斯学习,X,射线衍射技术,克里克也“自学了这门学科的许多内容”,，他们发现“鲍林虽然在没有借助,X,射线衍射资料的条件下解决了,X,螺旋结构。但还是知道那些资料的,并像在一定程度上也考虑到有,X,射线衍射资料作依据,各种各样可能的多肽链的三维构型很快就被淘汰掉了。,移植方法,现在,我们借助精确的,X,射线资料,将能更好地解决更加微妙的,DNA,分子。仅仅浏览一下,DNA,的,X,射线衍射图片,就能避免许多错误的出发点”。可以说,运用移植方法在沃森和克里克的头脑中是深深扎根的。其次,在运用移植方法时,他们从未忘记,他们研究的毕竟是生物学的课题。因此,在探索,DNA,结构的同时,始终应联系到它的功能和信息。这个思想,在选题时就很明确。他们开始设计的就是“一个不仅会和,X,射线衍射资料一致,而且也将顾及到自催化和异催化双重功能的分子模型,研究方法,类比方法,在发现,DNA,结构过程中,类比方法也起了重要作用。在,DNA,分子结构的确定上,与蛋白质相类比,当蛋白质被确认为螺旋状长纤维结构后,沃森和克里克认为,蛋白质是螺旋型,那么,DNA,结构也应该是一种螺旋型的方法,也是由类比得来。沃森说,鲍林“不用纸和笔,他的主要工具是与学龄儿童的玩具类似的一组分子模型。因此,我们看不出为什么我们不能用同样的方法解决,DNA,的问题,”,。在确定,DNA,结构的链数时,类比法也帮助沃森提供了重要线索。他把,DNA,分子的链数与一般的生命物体所具有的对称性特点相类比,在,DNA,纤维图片的帮助下,正确地选择了双链。,模型方法,揭示生物大分子的结构,从总体上分析,不外几种方法,如用实验方法分析其化学成分,用移植方法,(X,射线衍射,),进行推导,也可以用建立理论模型的方法。沃森和克里克主要采取了模型方法,模型方法贯穿于他们研究工作的全过程,是多种方法中最基本、最主要的一种,.,模型方法把认识对象作为一个比较完整的形象表示出来,从而使问题简明扼要,以便窥见其本质。运用模型方法时,沃森和克里克能够有意识地与,X,射线衍射技术资料相结合,综合地进行分析,这是他们的创造,其成效是显著的。,模型方法,在这点上,他们受益于鲍林,但又比鲍林前进了一步,而弗兰克林则根本不赞成用模型,认为是“下策”,这恰恰是她本身的失策。沃森和克里克能将多种方法有机联系起来,相互结合,相互补充,构成整体,最后用模型一目了然地表达出来。最后,在科学发现和科学发明的过程中,逻辑思维方法是很重要的,但非逻辑思维方法中的灵感和想像更具有价值,它们使思维可能实行跃进、越级和采取捷径而得到发现和发明,从而加速了科学的创造和发展的进程。在,DNA,的发现过程中,灵感和想像起了很重要的作用。,启,示,启示,成功不是偶然的，尽管有偶然的因素在，也是基于探索者们百分之九十九的汗水的努力。就从沃森和克里克发现,DNA,分子双螺旋结构的过程来看，我们的组员有以下几点心得：,第一，兴趣是最好的助动力。对,DNA,分子结构的浓厚兴趣让沃森和克里克这两人走在一起进行科学研究，也因为这一点他们不轻言放弃，坚持到底。,实践出真知，有了兴趣还要积极实践。在对事情有了好奇、猜测或不解之后都只有通过具体的实践才能得到真正的答案，停留在想法层面就只能永远是虚空的意识形态。,第二，正如牛顿所言，“如果我比别人看的更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上”，沃森和克里克的发现是立足于无数前人的探索成果之上的，真理无法轻易一蹴而就，科学的发现是一个知识不断积累，认识不断深化的过程。,第三，善于合作与交流。,DNA,分子结构的发现不是一个人的功劳，生物学家沃森，物理学家克里克，生物物理学家威尔金斯，生物化学家查哥夫，这一过程穿叉这不同领域的专业知识，正是不同专业知识的碰撞，才让科学研究有了更多的观察视角和思考维度。,第四，科学研究既需要严谨的科学态度也需要敢于质疑的创新精神。,DNA,分子螺旋结构最初只是他们的一个推理、猜想，为了证实这一观点他们付出了巨大的努力，一次次被否定，再一次次重新大胆求证，勇于突破传统思维，引入新观念，所以他们成功了。,沃森与克里克在最初的启发后开始实践，却遇到了许许多多的挫折，但他们还是坚持不断的尝试，有着一股不怕输的劲，这正是我们学习乃至生活都很需要的品质。如果害怕失败，不敢踏出第一步，不肯付出，那将会一事无成。,谢谢！,