首页 理论教育 X射线应用与生物科学影响

X射线应用与生物科学影响

时间:2023-08-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:布拉格父子用X射线衍射方法研究晶体结构,开始只研究无机化合物,后来转到有机晶体的分析方面[3],这对分子生物学来说是关键性的。蛋白质结构测定是X射线分析在生物学中取得的重大进展之一。X射线在生物学中的应用,大大推动了生物学从细胞水平向分子水平的过渡,从而产生了以分子生物学为代表的多门当代生物学的新学科。探测天体的X射线辐射诞生了X射线天文学,导致射电天文学的诞生。

X射线应用与生物科学影响

布拉格父子用X射线衍射方法研究晶体结构,开始只研究无机化合物,后来转到有机晶体的分析方面[3],这对分子生物学来说是关键性的。当时他们所在的卡文迪什实验室集中了许多世界一流的科学家,如巴克拉、莫塞莱,佩鲁茨(M.F.Perutz),肯德鲁(J.C.Kendrew),阿斯特伯里(W.T.Astbury)等,其中许多为诺贝尔奖得主。以布拉格为首的这些科学家,使英国走在了科学前沿。1933年生理医学奖得主,美国生物学家摩尔根(T.H.Morgan)用果蝇做实验,创建了基因理论[6],他的学生马勒(H.T.Muller)继续其工作,用X射线诱发果蝇基因突变,这是第一个公认的人工改变基因的事例,他因此获1946年诺贝尔生理学和医学奖。著名物理学家诺贝尔奖得主薛定谔在《生命是什么?》一书中对基因突变作出解释。在薛定谔的影响下,马勒的学生沃森(J.D.Watson)没有去作果蝇的研究。1951年5月他听到了英国生物物理学家威尔金斯(M.H.F.Wilkins)关于DNA的X衍射报告,第一次看到了DNA结晶的衍射照片,并得知卡文迪什实验室正在做蛋白质结构的X衍射分析的消息后,立即赴英国生物科学中心。物理学家克里克(F.H.C.Crick)也是受了薛定谔的影响而加入到生物小组中来的。他与鲁佩茨、肯德鲁和布拉格合作研究血红蛋白和肌红蛋白的分子结构[6]。蛋白质结构测定是X射线分析在生物学中取得的重大进展之一。沃森和克里克最后把注意力集中到DNA晶体结构的研究上。沃森有比较雄厚的生物化学、量子化学的功底,对核酸和蛋白质也比较熟悉,克里克是物理学家但对生物学有浓厚的兴趣,从事了多年蛋白质X衍射的研究,处于结晶分析的前沿。他针对血红蛋白结构的复杂性,打破了卡文迪什生物小组思考生物分子结构的一些旧思路,所以这是一对最好的搭档。当时对遗传信息载体到底是DNA还是蛋白质争论不休。沃森和克里克采百家之长融为一体,他们利用威尔金斯和晶体结构学家富兰克林(R.Franklin)DNA-X衍射照片,从世界结构学权威鲍林建立的蛋白质α螺旋模型受到启发,但没有按照他们的思维模式往下进行。他们设想不仅要与X射线衍射资料一致,而且还要顾及自催化(指DNA本身的遗传自我复制)和异催化(指DNA如何指示蛋白质的合成)双重功能的分子模型,还要注意到与非生命物质的本质区别。在解决了碱基配对难题后,终于在1953年3月18日成功地建立了DNA双螺旋结构模型[6]。他们三人同获1962年诺贝尔生理医学奖。佩鲁茨和肯德鲁则由于成功分析了血红蛋白和肌红蛋白的结构而荣获1962年诺贝尔化学奖。1954年,大爆炸理论的创始人伽莫夫提出蛋白质遗传密码的设想,随后不久三名美国科学家破译了DNA所载遗传密码,并因此获1968年诺贝尔生理学医学奖。他们的发现标志着分子生物学的诞生。X射线在生物学中的应用,大大推动了生物学从细胞水平向分子水平的过渡,从而产生了以分子生物学为代表的多门当代生物学的新学科。以DNA双螺旋结构为开端的近50年的生物学革命席卷了全球。随着计算机技术、电子技术、显微成像技术的发展,人们已经能够修饰DNA片断。目前无论从生命起源到转基因植物,克隆动物,还是从干细胞(未成熟细胞)克隆人体器官到生物芯片,到人类基因组测序,甚至人们称21世纪为生物经济世纪,都不能忘记二位科学家。在20世纪最著名人物中沃森、克里克与丘吉尔、甘地爱因斯坦并驾齐驱。他们铺平了认识生物学的性质的道路,是二战后最主要的科学成就。

X射线对其他领域的发展也起到了巨大的推动作用。探测天体的X射线辐射诞生了X射线天文学,导致射电天文学的诞生。X射线衍射分析发展了材料科学。特别是粉末X射线技术的发明对测定多晶材料有了更有效和便利的方法。(www.xing528.com)

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈