生物概论论文

本科生课程论文(2010-2011学年第一学期)课程论文题目：生物芯片综述姓名：李旭东专业：生物工程学号：201030740274提交日期：2010年12月9日年级专业生物科学与工程学院课程名称生物科学与生物工程概论负责教师周世水任课教师生物学院教授、副教授主讲教师评语：课程总评成绩：分注：课程论文成绩占80%，平时成绩占20%DNA的发现与发展李旭东专业：生物工程学号：201030740274摘要：因学习知识的局限，故本文不作实验与技术上的研究。通过对以往知识的回顾，以及查阅各种文献资料，本文对DNA的发现与发展历史作简单介绍，以勉励我们：科学探究是一个艰辛曲折的过程，需要我们有坚忍不拔的毅力，不迷信权威的勇气与魄力。关键词：DNA发现发展核苷酸孟德尔格里菲斯艾弗里蔡斯噬菌体沃森克里克双螺旋结构绪论：以前，一位物理老师告诉过我，后人在学习科学知识时，总是太在意前人的科学成果，往往忽略了前人在得出成果前奋斗的过程，恰恰也正是这个过程会对我们今后的学习、研究有很大帮助，这也就是所谓的本末倒置。了解科学发展的过程，再现科学家们的科研思路，不仅促进我们对科学本质的把握，提高我们的科学素质，而且还可以培养我们的科学精神以及创新能力。下面就DNA的发现与发展过程作简单回顾：正文：1864年，孟德尔经过8年的不懈奋斗，终于在一家修道院里发现了遗传学的两大定律。然而这个超时代的发现却不被当时的人们所接受，直到几十年后才被重新发现，最终人们才渐渐接受他的遗传定律。当时人们就提出一个问题：遗传因子是不是一种物质实体呢？1868年瑞士青年科学家米歇尔（J、F、Miescher，1844—1895）开创了细胞核化学的研究。他从外科病人的绷带上取下脓细胞，用猪的胃粘膜提取液（含胃蛋白酶）和盐酸消化，再用乙醚振荡，即在容器底部得到细胞核沉淀，从中分离出一种含磷量很高的酸性物质，称之为核素。这是一类当时还不知道的细胞成分。米歇尔将他的研究结果报告给他的导师，著名的生理化学家霍佩-赛勒（F、Hopper-seyler,1853-1935）,赛勒用酵母做实验，证明了米歇尔的发现是正确的，才于1871年将米歇尔的论文以及他的验证和另外两位学生的补充论文发表在他主编的杂志上。奥尔特曼继续了米歇尔的研究，并在1889年提出了“核酸”这一名词。20世纪初，德国的科学家科赛尔（1853-1927）与她的两个学生琼斯（1865-1935）和莱文（1869-1940）弄清了核酸的基本化学组成。核酸是由许多核苷酸组成的大分子，核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。碱基有五种，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U），每个核苷酸只有5种碱基中的一种；核糖有两种（核糖、脱氧核糖），因此把核酸分为核糖核酸（RNA），含有A、G、C、U，和脱氧核糖核酸（DNA），含有A、G、C、T。但莱文错误地提出了“四核苷酸假说”，否认了核酸结构的多样性，因此，也否认了核酸作为遗传物质的多样性，在相当长的一段时间内阻碍了核酸的进一步研究。查伽夫（E、Chargaff，1905-）通过精确的定量分析，证明了来源核酸的碱基并非以等摩尔比存在，这就推翻了莱文的“四核苷酸”假说，此外，他还发现了DNA的碱基组成中的某些规律，反映了DNA的结构规律，成为后来沃森和克里克构建DNA结构模型的依据。1928年英国医学微生物学家格里菲斯（1877-1941）从SⅡ型肺炎双球菌中分离得到突变的R型肺炎双球菌，将这些活的R型细菌与高温杀死的SⅢ型细菌混合并注入到小鼠体内，结果小鼠患败血症而死亡，并且从其心血中分离到活的SⅢ型肺炎双球菌。这是一个令人困惑的结果，因为如果R型活菌或S型死菌分别注入到小鼠体内，都不会致病，而两者混合注入却能致病。格里菲斯的解释是：R型活菌从高温杀死的SⅢ型细菌中获得了某种物质，导致类型转化，具备了合成SⅢ型多糖荚膜的能力。这种物质称为‘转化因子“。1931年研究发现高温杀死的SⅢ型的细菌能导致体外培养的R型细菌发生同样的转化。1933年又SⅢ型细菌的无细胞提取物也能转化体外培养的R型细菌，进一步肯定了细菌的转化。但受当时分析转化技术的限制，没有分离出这种”转化因子“。1944年艾弗里（O、T、Avery，1877-1955）首次用实验证明了细菌遗传性状的转化因子是DNA。他从Ⅲ型有荚膜光滑型肺炎双球菌中提取DNA，然后加到Ⅱ型无荚膜粗糙型肺炎双球菌中一起培养，结果使无荚膜的Ⅱ型细菌产生出血清型为Ⅲ型的荚膜。将DNA制剂用蛋白酶和核糖核酸酶处理并不降低转化活性，并用脱氧核糖核酸酶处理即失活。然而艾弗里的实验并没有使学术界普遍相信遗传物质是DNA，多数学者仍然认为蛋白质才是遗传物质，他们怀疑艾弗里的DNA制剂里可能“污染“了微量蛋白质，而这些微量蛋白质才是真正的转化因子。而且单一遗传性状的转化还可以有许多其他的解释，例如认为DNA只是”刺激“细菌产生遗传性状的改变。还有学者认为也许个别性状是由DNA决定的，然而更多的性状是由蛋白质所决定。及至1952年赫尔希和蔡斯（M、Chase，1927-）用噬菌体证明了遗传物质是DNA，才被学术界普遍的接受。他们把T2噬菌体在含有32P磷酸盐和35氨基酸的培养基上感染大肠杆菌，使噬菌体DNA被放射性32P标记，噬菌体蛋白质被35S标记，然后用这种双标记的噬菌体感染未标记的宿主细菌，再分离子代噬菌体，结果发现噬菌体DNA带有放射性，蛋白质不带放射性。如果在感染宿主细菌数分钟内剧烈搅拌培养物，然后离心将细菌和噬菌体分开，可发现细菌带着噬菌体32P-DNA一起沉淀，噬菌体35S蛋白质留在上清液内。这就证明了在噬菌体感染宿主细胞时只有DNA进入细胞，蛋白质空壳仍停留在细胞外面，可见噬菌体的全部遗传信息都由DNA携带。沃森（1928-）和克里克（1916-2004）都对研究DNA分子的结构有着浓厚的兴趣，1949年他们在剑桥大学的卡文迪什实验室相遇，立即开始合作研究DNA的分子结构。他们认为解决DNA分子结构是打开遗传之谜的关键，只有借助于精确的X射线衍射资料，才能更快地弄清DNA结构。在吸收多诺休、查伽夫、威尔金斯、富兰克林、鲍林等人研究成果的基础上，沃森和克里克1953年初建立了DNA分子双螺旋结构模型，确立了DNA作为遗传信息的结构基础，揭示了DNA复制的原理和遗传信息传递的基本方式。被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。总之，核酸的发现促进了人们对遗传物质的深入的研究。“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”确立了遗传物质是DNA，并导致了DNA分子双螺旋结构模型的构建，DNA分子双螺旋结构的研究直接导致了人类基因组计划的产生、实施和完成。DNA作为遗传物质记载着数亿年来生命的辉煌与衰落，它所开启的探索生命奥秘之门势必引领人们去挑战更多的生命之谜。参考文献：李科友遗传物质-DNA发现的启迪生物学通报201045（10）59-62毛建平基因治疗20年中国生物工程杂志201030（9）124-129朱圣庚生物科技与当代社会广东教育出版社马特、里德利GeneJusticeandthecomplexityoflife刘菁译基因组人种自传23章北京理工大学出版社建议：这学期生物概论课我们的确学到了不少东西，但学生感觉老师多数只是对本专业的知识作简要介绍，而这些却并非大一的我们真正需要的，学生认为我们现在真正需要的不仅是各专业以后研究的内容，更多的应该是各专业今后国内和国际上的发展趋势的分析，以及国内与国际在各个专业差距的对比，此外，还应该包括各专业今后的就业前景、市场需求，以及学习各专业需要具备的基本能力、需要具备的精神品质。最后，希望我们的生物科学与工程概论课越办越好！