令人不解!生命為何選擇螺旋結構?

2021-01-18 科學之維

在1953年，美國和英國兩位科學家沃森和克裡克在實驗中發現了DNA的雙螺旋結構。他們弄清了DNA分子的結構以及各個DNA分子是如何連接在一起的。這一重要發現加速了基因科學的進程。

無論是宏觀世界還是微觀世界，我們會發現螺旋結構都是生命的基本形態。小到能夠決定我們人體生命形態的DNA，大到關乎我們後天外貌美醜的蛋白質以及我們賴以生存的食物主要成分澱粉，這些維持生命的種種，無一例外地都選擇了螺旋結構。

DNA是我們所熟知的遺傳物質，它包含著人體的遺傳信息，其最重要的結構便是雙螺旋結構。另外，蛋白質、澱粉、纖維素等的結構中都存在著螺旋結構。

不僅生物大分子採取了螺旋結構，甚至有時整個生物體的形狀或生物體的組成部分也是螺旋體的。例如，地球上最早出現的光合生物一螺旋藻就是這樣的一種生物。它因其形體在顯微鏡下觀察時呈螺旋狀而被稱為螺旋藻。另外，在自然中，樹葉常沿著枝條呈螺旋狀排列，貝殼類動物也選擇了螺旋結構……

由此可知，螺旋結構的確是大自然中最普遍的一種形狀，許多生物細胞中的微型結構都採用了這種構造。那麼，生命為何對這種結構情有獨鍾呢？

「這完全是出於生存的考慮，分子中的螺旋結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。」這是美國賓夕法尼亞大學的蘭德爾.卡緬教授的說法。

他認為從本質上來看，在擁擠的細胞中，長分子鏈所採用的規則的螺旋狀結構，有兩個優點：一是可以讓信息緊密地結合在其中；二是能夠形成一個表面，允許其他微粒在一定的間隔處與它相結合。

例如，DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。如果附著在DNA一條單鏈上的四種化合物之一有缺損，檢查另一條單鏈上與之配對的化合物就可以將缺損的化合物識別出來，並複製出一一個新的化合物，從而減少了畸形的發生。

但也有的科學家認為，這種解釋雖然也是很合理，卻是從數學的角度上去考慮的，為何生物體也以螺旋結構存在，真正的原因卻不能真正的搞懂，但這也是生命的奇妙之處。

相關焦點

  • 中國發現「生命信息載體」另一雙螺旋結構
    中國科學院生物物理研究所/供圖中科院生物物理所攝　　中新網北京4月25日電(記者孫自法)中國科學院生物物理研究所25日發布信息說，該所科學家在國際上率先解析了30nm(納米)染色質的高清晰三維結構，這是繼DNA雙螺旋結構之後，在破解「生命信息載體」的另一種更高一級的雙螺旋結構研究中取得的重要突破。
  • 一個令人心醉的謎題——DNA和RNA是如何演化出美妙的螺旋結構?
    他們認為，可能早在數十億年前，當構成RNA的那些化學物質偶然地旋轉成螺旋狀時，就出現了RNA的這種螺旋結構。在實驗中，研究人員驚奇地發現：這種自發旋轉成螺旋狀的現象所出現的環境，正是我們通常認為地球在進化出第一批生命之前的常見環境——室溫下沒有催化劑的水中。
  • 15年前「DNA之父」逝世 雙螺旋結構揭開了生命科學的新篇章
    克裡克與沃森揭開DNA雙螺旋結構的過程並非一帆風順。克裡克最初參與了蛋白質結構的解析，當時很多人認為蛋白質是傳遞生物信息的遺傳物質，但一些關鍵實驗將遺傳物質指向了DNA。而顯微鏡的改進似乎引領了一個時代——在這個時代，許多生物學家對細胞的微觀結構進行了深入的觀察。到1885年，大量的間接證據表明細胞核中的染色體- 深色染色線帶有細胞遺傳的信息。
  • 科學家首次在人體細胞內發現一種新的DNA結構,不是雙螺旋!
    ，卻不是我們熟知的雙螺旋結構。1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裡克首次揭開DNA的結構之謎。自那之後，標誌性的雙螺旋結構便已成為公眾對DNA的默認印象。而多數人不知道的是，至少在實驗室中，DNA短片段還能以其他形狀存在。科學家一直懷疑這些不同的形狀可能在DNA代碼被「讀取」的時間和方式上扮演著重要的角色。
  • 科學網—DNA雙螺旋結構的發現
    1953年1月18日，英國年輕的物理學家克裡克和美國年輕的生化學家沃森合作，在英國劍橋卡文迪什實驗室揭示出核酸的化學結構。他們提出了脫氧核糖核酸（DNA）分子結構的雙螺旋模型，即著名的「沃森—克裡克模型」。這一成就後來被譽為「21世紀生物學中最偉大的發現」和「生物學中的決定性突破」，被視為分子生物學誕生的標誌。
  • 生命的奧秘,螺旋之美,科學也可以如此感性
    其實，不止植物，很多生命現象都與螺旋形有關，包括我們人類。不要驚訝，這是事實，其中我們人類的DNA就是雙螺旋結構。我們在感嘆螺旋之美的同時，不禁會疑問，造物主締造的生命為什麼與螺旋結構有關？從植物的螺旋之美談起 地球上，很多植物都是螺旋向上生長的。
  • 科技日曆|15年前「DNA之父」逝世 雙螺旋結構揭開了生命科學的新篇章
    科技日曆|15年前「DNA之父」逝世 雙螺旋結構揭開了生命科學的新篇章  Evelyn Zhang • 2019-07-28
  • DNA雙螺旋:解讀生命的奧秘
    ：他們從DNA(脫氧核糖核酸)的X光衍射圖上解讀了它的雙螺旋結構。然而隨著時光流轉，DNA雙螺旋結構的發現對人類社會產生的影響與日俱增，克隆技術、基因工程、生物晶片技術等都與之不可分割。 中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員莫鑫泉說，DNA雙螺旋結構的發現開啟了分子生物學時代。它使生物大分子的研究進入一個嶄新的階段，使遺傳的研究深入到分子層次，「生命之謎」被打開，人們清楚地了解遺傳信息的構成和傳遞的途徑。
  • DNA雙螺旋結構背後的悽美故事
    DNA雙螺旋結構的發現———劃時代的佳話20世紀人類最偉大的成果，莫過於遺傳學中DNA雙螺旋結構的發現。一個劃時代的發現，必定伴隨著一段傳奇的佳話：兩個個卓越的研究組，第一個實驗室是倫敦國王學院的威爾金斯實驗室，他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結構。
  • DNA雙螺旋結構發現者克裡克辭世 享年88歲(圖)
    圖文：DNA雙螺旋鏈結構發現50周年　　DNA分子：20世紀科學界的「蒙娜-麗莎」>　　據法新社洛杉磯7月29日消息，英國人弗蘭西斯·克裡克曾和美國人詹姆士·沃森一道，發現了DNA（膠氧核糖核酸，攜帶遺傳信息）的雙螺旋結構，從而帶來了遺傳學的徹底變革，並催生了無所不在的生物工藝學的全新領域。
  • DNA不僅有雙螺旋結構!
    i-motif結構模擬圖目前來看，i-motif 通常形成在細胞生命周期的晚期，即 DNA 被積極「讀取」時。i-motif 也傾向於出現細胞「啟動子區域」，該 DNA 區域控制基因的開啟及關閉。而 i-motif 的形成又消失的特性，似乎也解釋了為何它們此前難以在細胞中被檢測到。其實，DNA的特殊結構不止有i-motif結構，通常說的DNA雙螺旋結構，其實是經典B型DNA，除此以外，就雙螺旋結構還有A/Z型右/左旋DNA, 他們都是雙螺旋型的。A型DNA也是由反向的兩條多核苷酸鏈組成的雙螺旋，為右手螺旋，但螺旋體較寬而短，鹼基與中心軸之傾角也不同，呈19度。
  • RNA也有雙螺旋結構
    原標題：RNA也有雙螺旋結構 poly（rA）雙螺旋結構　　本報駐加拿大記者 馮衛東　　今日視點　　1953年，弗朗西斯·克裡克和詹姆斯·沃森發現了脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構。要將DNA中編碼的信息製成生命所必需的蛋白質和酶，核糖核酸（RNA）發揮著中介作用。RNA是一種可在細胞核糖體內發現的單鏈遺傳物質。雖然其在通常情況下是單鏈的，但是某些RNA序列也能像DNA一樣形成雙螺旋結構。　　1961年，亞歷山大·裡奇、大衛·戴維斯、沃森以及克裡克提出假說，被稱為poly（rA）的RNA可形成一種平行鏈的雙螺旋結構。
  • 揭示生命的奧秘——DNA 雙螺旋結構 1953年2月28 日
    生命的奧秘是什麼？為了揭開這個奧秘，科學家們進行了長達一百多年艱難而曲折的探索過程。1869 年，瑞士生物學家約翰·弗萊德裡奇·米希爾首先通過顯微鏡從粘著膿血的繃帶上發現「核酸」。它是開啟生命奧秘的第一把鑰匙。1902 年，科學家確定細胞核內的染色體是由核酸及蛋白質組成。
  • 令人讚嘆,生命王國中蘊含神奇的數學內涵
    這些氣道具有一種奇特的數學結構——它們是分形的。20世紀生物學領域最重大成果——「脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋結構」的發現。我們知道DNA和蛋白質是兩類最重要的生物大分子。它們通常都是由眾多的基本元件（鹼基、胺基酸）相互連接而成的長鏈分子。但是，它們的空間形狀並非是一條平直的線條，而是一個規則的「螺旋管」。
  • DNA結構不止雙螺旋一種，你可能上了個「假學」
    每次撰寫有關DNA的文章時，總會有莫名的喜感，愉悅之情源於DNA雙螺旋結構的發現過程，不亞於一場「清宮大戲」。眾所周知，揭示DNA雙螺旋結構的是沃森和克裡克兩人，沃森和克裡克也因此獲得1962年諾貝爾獎，而事實是雙螺旋結構的發現，要再加上富蘭克林、威爾金斯和葛斯林三人。
  • 生命彌留之際，那些令人不解的詭異現象？
    可以說，人從誕生的那天開始，就不可避免地面臨死亡，如果把人的一生當成一條馬拉松的話，那麼從出生到生命終止，也就只有短短百年而已，不管是你願意還是不願意，那麼死亡都是每個人不得不最終要面臨的一個話題，不管塵世間你多麼的功成名就，還是一生碌碌無為，生命的終點都是相同的，落葉歸根，一切回歸自然似乎是大多數生物的共同歸宿。
  • 自然中無處不在的螺旋曲線,蘊含生機令人驚詫
    （一）螺旋，生命的曲線生活中我們隨處可以看見各種螺旋曲線以各種各樣的形式，存在於宇宙萬物中，有科學家稱之為「生命曲線」。英國著名科學家柯克在研究了螺旋線與生命現象的關係後，曾感慨地說：「此言不謬」。 假若你是個有心人，你便會發現在生活中，應用螺旋線的例子俯拾皆是。
  • DNA和RNA是如何演化出美妙的螺旋結構?
    博科園：本文為生命科學類在現代科學中，一直存在一個匪夷所思到令無數科學家心醉的謎題——DNA和RNA究竟是如何演化出這種美妙的螺旋結構的他們認為，可能早在數十億年前，當構成RNA的那些化學物質偶然地旋轉成螺旋狀時，就出現了RNA的這種螺旋結構。在實驗中，研究人員驚奇地發現：這種自發旋轉成螺旋狀的現象所出現的環境，正是我們通常認為地球在進化出第一批生命之前的常見環境——室溫下沒有催化劑的水中。
  • 詳解螺旋輸送機內部結構
    螺旋輸送機是依靠電機帶動和螺旋迴轉，推移物料以實現輸送目的的一種輸送設備，本文將主要為大家介紹螺旋輸送機的內部結構，方便您更深入地了解設備：螺旋輸送機內部結構螺旋輸送機內部結構螺旋輸送機是由由驅動裝置、中間軸承、螺旋軸、螺旋機本體、螺旋葉片、頭節、中間節、尾節、進、出料裝置等部件組成。1、驅動裝置由電機與減速機組成。
  • DNA雙螺旋結構的陰暗面
    最關鍵的是F教授走在了你的前頭，研究成果令人嘆為觀止。你怎麼知道他的結論沒出錯呢？因為你預測的結果也是這樣，分毫不差。就連你的研究團隊還沒解開的問題，也能在論文中找到相應的數據。只有這樣，雙螺旋內部的核苷酸才能完美契合，呈階梯狀等間隔、等距離地均勻分布。正因為雙鏈的化學方向是相反的，所以嵌在兩種引物之間的DNA片段才能在合成反應中依照兩倍、四倍的數目增加。穆利斯的發現，也建立在雙螺旋結構的基礎上。那麼問題來了：沃森與克裡克是如何想到DNA螺旋呈反向平行（antiparallel）結構的呢？實不相瞞，他們暗中「透視」到了重要的線索。