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材料史话(1):材料科学与生物科学中的DNA究竟有何关系?

已有 7298 次阅读 2013-6-13 18:15 |个人分类:材料史话|系统分类:科普集锦| 材料, DNA, 金属研究所, 螺型位错

材料科学与生物科学中的DNA究竟有何关系?

 

1为中科院金属研究(IMR)所庆祝50周年的时候制作的所标。此标志树立在西南角最显眼的地方,为双螺旋DNA结构。为什么一个从事材料研究的著名机构要以DNA(图2)为标志呢?材料科学与生物科学中的DNA究竟有何关系?

1 中科院金属研究所(IMR)所标

图片来源:http://www.imr.cas.cn/zt/60znsqztwz/tpk-60sq/yqfj-60sq/201301/t20130108_3743028.html;

 

图2 DNA 双螺旋结构

 

图片来源:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg.

       

DNA双螺旋结构的发现的确受到材料科学进展的影响。这种关系可追溯到晶体螺旋生长的发现。

Frank预测了晶体表面的螺型生长(图3),并被试验证实,这件事情对现代生命科学产生了一个间接和重大的影响。

 

图3 螺型位错与晶体生长

 

1953年,J. D. WastonF.H.C. Crick确立了DNA 分子的双螺旋结构,揭示了遗传信息及其复制规律。

在著作《双螺旋结构:DNA结构发现的个人说明》(The Double Helix:A Personel Account of the Discovery of the Structure of DNA)(Waston, 1986) 中,作者谈到与Crick争论烟草嵌合病毒( TMV )具有螺型结构,受到法拉第学会讨论会论文集有关晶体生长理论的启发,肯定了DNA双螺旋结构。

Waston写道:那时我的情绪已十分消沉,后来我突然产生了一个奇思妙想,为什么这些亚单元应当具有螺旋式排列。晚饭后,我无事可做,顺手读了一本法拉第学会讨论会论文集金属的结构(他记错了,实际上应当是晶体的生长,它含有理论工作者Frank关于晶体如何生长的一个巧妙理论。他们经过合理计算后,都得到一个与实际观察相矛盾的答案,即晶体不可能以所观察到的速度生长。

然而,Frank看到,如果晶体并非以寻常的方式生长,则这一悖论就消失了。

这种新的生长方式就是表面含有位错,其导致表面永久地存在一个连接角,这样新的分子可以不断地黏结在这个连接角上。几天后,我产生了一个新的想法,即每个TMV颗粒应当被看成一个微小的生长晶体,与晶体一样,它们具有连接角,最重要的是产生连接角最简单的方式就是亚单元螺旋排列。这个想法如此简单,所以它一定也是正确的)

上述史料给了我们的重要启示是,不同学科之间具有相似性。

 

(资料主要内容摘自:《走进材料科学》, CahnR.W.著,杨柯译,化学工业出版社,2008



后记:

2013年7月9日偶然看到张旭的博文:螺旋位错”启发了“DNA双螺旋”

                       







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1 何学锋

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