探索生命的螺旋——DNA分析研究環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)摘要：破譯遺傳密碼和基因組測(cè)序，為人類(lèi)深入了解生命并進(jìn)而改造生命打下了基礎(chǔ)。但是，目前人們還只是測(cè)定了少數(shù)幾種生物的基因組，還有千百萬(wàn)種與我們生活密切相關(guān)的生物的基因組尚待測(cè)定。而且就是在少數(shù)幾個(gè)已測(cè)定的基因組中，健康、疾病、遺傳特性與相應(yīng)基因的關(guān)系還遠(yuǎn)未徹底探明，還有更多更奇妙的生命奧秘在等待著我們?nèi)ヌ剿?。生物工程技術(shù)的誕生和應(yīng)用，為我們的生活帶來(lái)了種種可喜的變化，并為我們展示了一個(gè)充滿神奇和夢(mèng)想的未來(lái)世界。關(guān)鍵詞：雙螺旋結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)，遺傳信息微生物作為一門(mén)熱門(mén)學(xué)科，近幾年來(lái)，被越來(lái)越多的人群——其中不乏杰出的科研人員和微生物學(xué)家等等，所關(guān)注。越來(lái)越多的領(lǐng)域正在經(jīng)過(guò)人們的努力后終于揭開(kāi)了神秘的面紗。DNA——這一微生物學(xué)科中不可小覷的章節(jié)，也正被人們不停得探索與研究。從1928年人類(lèi)首次提出DNA是遺傳物質(zhì)以來(lái)至今，我們?nèi)耘f無(wú)法徹底揭示DNA的法則。盡管如此，科學(xué)家們?nèi)圆恍傅醚芯恐鳧NA，試圖破解這一神奇的生命密碼。1．走近生命的螺旋1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家格里菲思（1877－1944）對(duì)兩種S型和S型肺炎球菌進(jìn)行研究，少量的S型菌就會(huì)使小鼠患肺炎而死亡，而R型菌則不會(huì)。一次，格里菲思把加熱殺死的S型菌和活的R型菌混合注射到小鼠身上，小鼠竟然也患病死亡了。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)第一次證明了遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)。雖然這一發(fā)現(xiàn)，曾引起爭(zhēng)論和懷疑，但的確推動(dòng)了DNA的研究，直至1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。1944年，美國(guó)細(xì)菌學(xué)家艾弗里（1877－1955）等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：死去的S型菌并未復(fù)活，而是S型菌的DNA進(jìn)入了R型菌，使其轉(zhuǎn)化為新的S型致病肺炎雙球菌。艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)不僅揭開(kāi)了“格里菲思之謎”，并且在世界上第一次證明遺傳基因就在DNA上[1]。這些研究表明：從遺傳學(xué)觀點(diǎn)看，染色體中的蛋白質(zhì)是“多余”的；RNA只在那些不含DNA的病毒中起著決定遺傳的作用；而大部分生物體內(nèi)，遺傳的功能主要是由DNA承擔(dān)的。生物舞臺(tái)上的配角DNA而今一躍成為光彩奪目的主角。(圖為英國(guó)細(xì)菌學(xué)家格里菲思)2．發(fā)現(xiàn)生命的螺旋20世紀(jì)50年代，DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和蛋白質(zhì)合成的中心法則[2]誕生了，前者從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度解釋了遺傳性狀遺傳與變異的原因，后者揭示了遺傳物質(zhì)如何構(gòu)建生命的規(guī)律。它們的誕生，標(biāo)志著生命科學(xué)由此進(jìn)入了分子水平的新階段，一個(gè)新的時(shí)代開(kāi)始了。蛋白質(zhì)是生命體的重要物質(zhì)。在它的合成過(guò)程中，要接收來(lái)自DNA的遺傳信息[2]。但DNA是細(xì)胞核內(nèi)的物質(zhì)，而蛋白質(zhì)卻在細(xì)胞質(zhì)中，DNA這樣的生物大分子是不可隨意穿越核膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的[4]。細(xì)胞核內(nèi)的遺傳密碼又是如何被帶入到細(xì)胞質(zhì)去的呢？1957年，克里克首次提出了蛋白質(zhì)合成的“中心法則”，即遺傳信息的走向是由DNA傳遞給RNA（核糖核酸），再由RNA傳遞給蛋白質(zhì)。第二年，他又提出：RNA在把氨基酸攜帶到肽鏈進(jìn)行生物合成的過(guò)程中，可能存在一種“受體”[3]。根據(jù)這一設(shè)想，科學(xué)家們很快就在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)這種“受體”是一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。DNA在執(zhí)行指揮生產(chǎn)蛋白質(zhì)時(shí)，它的雙鏈?zhǔn)紫炔痖_(kāi)，以其中一條鏈為模板合成mRNA，這個(gè)合成的過(guò)程是按照堿基互補(bǔ)原則進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄后的mRNA帶有合成蛋白質(zhì)的全部信息，然后離開(kāi)細(xì)胞核，與細(xì)胞質(zhì)中的小顆粒結(jié)合在一起的，這個(gè)小顆粒叫“核糖體”。細(xì)胞里的蛋白質(zhì)都是在這個(gè)小顆粒里合成的，因此可以說(shuō)，核糖體是細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)的“車(chē)間”[6]。要把mRNA翻譯成蛋白質(zhì)，還需要一個(gè)“譯員”，它也必須認(rèn)識(shí)mRNA上的文字——遺傳密碼，以及蛋白質(zhì)的文字——氨基酸。這個(gè)“譯員”就是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）[7]，它的工作就是領(lǐng)著特定的氨基酸，來(lái)到核糖體那里與mRNA“對(duì)號(hào)入座”，一個(gè)一個(gè)的氨基酸被不斷地加長(zhǎng)，直到完成整條肽鏈的合成。RNA合成蛋白質(zhì)的效率是驚人的，有的每分鐘可以連接1500個(gè)氨基酸[4]。DNA

——>RNA

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蛋白質(zhì)DNA上的遺傳信息先轉(zhuǎn)錄成mRNA，在rRNA和tRNA的參與下，將信息再翻譯成蛋白質(zhì)。這就是遺傳學(xué)中的“中心法則”。3．解讀生命的螺旋科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，信息從DNA到RNA的流動(dòng)也能夠被逆轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象發(fā)生在一組被稱(chēng)為逆轉(zhuǎn)錄病毒的病毒中。與艾滋病相關(guān)的人體免疫缺陷病毒（HIV）[9]就是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒。病毒不能獨(dú)立存在，必須侵入到宿主細(xì)胞中，并接管它的細(xì)胞機(jī)器，這樣才能表達(dá)自己的基因。逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳物質(zhì)是一條單鏈RNA。在宿主細(xì)胞中，為了復(fù)制，它先把自己的以RNA為基礎(chǔ)的基因復(fù)制成一條DNA鏈（這是正常轉(zhuǎn)錄的逆過(guò)程，正常轉(zhuǎn)錄是從DNA中得到一份RNA拷貝）[10]。在這一過(guò)程中形成了一條RNA-DNA雙鏈，然后RNA鏈分解，DNA再形成雙鏈。這時(shí)，病毒基因同宿主細(xì)胞的基因是同一種形式，這使宿主細(xì)胞毫不知情地接受了它們，將它們與自己的基因同等看待。病毒用于催化上述從RNA到DNA的三個(gè)步驟的酶叫逆轉(zhuǎn)錄酶[11]，它是1970年由美國(guó)病毒學(xué)家特明（1934～1994）和巴爾的摩（1938～）各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。這一發(fā)現(xiàn)揭示了生物遺傳中存在著由RNA形成DNA的過(guò)程，發(fā)展和完善了“中心法則”。4．重組生命的螺旋美國(guó)科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因鼠，它們大腦中可以產(chǎn)生更多的刺激神經(jīng)纖維生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)，具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。在迷宮實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因鼠覓食本領(lǐng)比普通鼠要高許多，同時(shí)對(duì)迷宮中食物存放地點(diǎn)記憶更清楚。通過(guò)轉(zhuǎn)基因鼠的培育，科學(xué)家進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到神經(jīng)生長(zhǎng)在促進(jìn)大腦功能方面的重要性[5]?？茖W(xué)家認(rèn)為，上述轉(zhuǎn)基因鼠的研究掌握著記憶如何工作的某些線索，它最終有可能應(yīng)用于治療大腦退化和紊亂方面的疾病，如阿爾茨海默癥[6]。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，動(dòng)物的乳腺可以成為我們?nèi)祟?lèi)的“制藥廠”，以生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。目前人們的研究主要集中在豬、牛、羊、鼠、兔等動(dòng)物身上。有人估計(jì)，人用蛋白藥物的全球市場(chǎng)每年可達(dá)2000億美元，而且還在持續(xù)增長(zhǎng)。在這種巨大利益的驅(qū)動(dòng)下，世界各大制藥公司競(jìng)相投入巨資，培育含有人體蛋白的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。美國(guó)弗吉尼亞技術(shù)制藥工程研究院培育轉(zhuǎn)基因豬，其體內(nèi)含有人類(lèi)的基因，產(chǎn)乳后其乳汁含有人體蛋白fatorⅧ[7]。據(jù)估計(jì)，只需300～600只這樣的母豬就能滿足全世界對(duì)這種蛋白的需求。轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以為我們培育出某些令常人意想不到的奇特動(dòng)物。科學(xué)家們已經(jīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了彩色棉花。也許不久的將來(lái)我們就會(huì)擁有彩色的綿羊。5．永無(wú)止境的生命的螺旋從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型誕生，到人類(lèi)基因組計(jì)劃全面完成，人類(lèi)歷史恰好走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)。這50年里，科學(xué)家們?cè)谝徊讲狡平馍膴W秘。這其中，我們不僅看到了基因科學(xué)的發(fā)展歷程，也看到了科學(xué)家們的聰明智慧，同時(shí)更看到了他們?yōu)樽非笳胬矶恍柑剿鞯某绺呔?。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)體現(xiàn)著一種科學(xué)之美，它與和諧的大自然之美交相輝映?？茖W(xué)家們?yōu)槲覀冋故玖丝茖W(xué)之美、探索之美，而且通過(guò)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為人類(lèi)創(chuàng)造了日益美好的生活。結(jié)語(yǔ)：我們也同樣看到，科技是一把雙韌劍，它在幫助人類(lèi)創(chuàng)造發(fā)現(xiàn)及探索現(xiàn)在未來(lái)的時(shí)候，也同樣給我們帶來(lái)了不小的麻煩，有不少不法份子利用科技作出的一系列對(duì)社會(huì)對(duì)他人有害的事情，也給我們敲響了警鐘！所以如何既能充分利用科技的這一偉大成果——DNA，又能揚(yáng)長(zhǎng)避短，利用其最大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又不能讓不法份子利用它，這也是我們要考慮的一大問(wèn)題！但是我們有理由相信，在不久的將來(lái)，一扇宏偉的科技大門(mén)將會(huì)向世人全部打開(kāi)，界時(shí)，無(wú)數(shù)的未知與神秘，也將被我們一一破解。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以及一對(duì)染色體參考文獻(xiàn)[1]何強(qiáng)，環(huán)境學(xué)導(dǎo)論[M]，北京:清華大學(xué)出版社，2001,2[2]李季倫,生物基因工程的理論學(xué)說(shuō)[M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989,7[3]ParkTJ,LeeKH，Dyeingwastewatertreatmentbyactivatedsludgeprocesswithapolyurethanefluidizedbedbiofilm[J].Science，2003，3：12[4]周啟星,生態(tài)環(huán)境影響著人類(lèi)社會(huì)生存與發(fā)展[J],生態(tài)毒理學(xué),2005,54(11):2812-2818[5]楨智明,DNA—神奇的螺旋體[J],解讀生命叢書(shū),2002,30(1):95-99[6]M.Hillert;J.Agren.ContaminationwithenvironmentalDNA/RNAandDNase/RNase[J],Scriptamaterialia,2005,12(1):33-35[7]蔣宇紅,黃霞,幾種固定化細(xì)胞載體的比較[J],環(huán)境科學(xué),2001,14(2):11-15.[8](英)翟凱利,田德望譯，DNA是遺傳物質(zhì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999,6[9]ClementJ;KieferK;KimpflerA;GaridelP;PeschkaSussR,Europeanjournalofpharmaceuticsandbiopharmaceutics[J].WatSciTechnol,2005,27(3):102-104[10]周群英,高廷耀，工程微生物學(xué)[M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1990,3[11]SommersetI;SkernR;BieringE;BleieH;FiksdalIU;GroveS，F(xiàn)is