DNA的双螺旋结构到底好在哪里？
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生信在读/jo厨/偶尔看看球/喜爱一切甜酒
好处1：稳定
作为遗传信息的主要载体，能够稳定地保存并遗传给子代细胞是DNA所必要的特性。DNA双螺旋结构的稳定性来自于：
- 互补碱基的氢键
- 嘌呤环和嘧啶环碱基具有疏水性，DNA内部相邻的疏水结构形成强大碱基堆积力，在DNA内部形成一个疏水核心，在DNA内部几乎没有游离的水分子
- 虽然碱基外侧带有负电荷，但这些负电荷之间不会相互排斥，反而与介质中的阳离子形成离子键，反而增加了DNA双螺旋的稳定
此外，RNA被催地遇到了一个巨难对付的降解酶 RNase，做过分子学实验的胖友，你们辛苦了
好处2：特殊的自身和空间结构
在DNA内部，碱基成对存在并垂直于双螺旋的螺旋轴，每一个碱基对相对于下个碱基对都沿着螺旋轴旋转36°，两条链互相缠绕形成一个有大沟和小沟结构的双螺旋。大沟可作为蛋白质结合位点，小沟则会结合一些小分子（比如某些染料）。
除了自身的双链外，一段封闭合的DNA双螺旋结构也可以自身相互缠绕，形成特殊的空间构象或拓扑结构（如超螺旋）。这种缠绕就像老式电话线，无论你捋得多直，挂了放那里一会儿就缠成一坨了。
更进一步地，螺旋结构赋予了DNA可被压缩的特性，能够用尽量小的空间保存尽量多的遗传信息，比如人的每个细胞内约有长度为2米的DNA双螺旋（你的遗传物质捋直了比你还高），平时与组蛋白结合，以染色体形态保存在细胞中
好处3：信息的两个备份
双螺旋结构要求每一对碱基的严格配对（大部分情况下），基因组发生突变时可以以另一条DNA单链为模板，对突变碱基进行修复。
在进行有丝分裂时，DNA以半保留形式进行复制，每一个子代细胞内都包含一条来自母代的模板单链，在大多数情况下保证了遗传信息从母代到子代的稳定延续。
第37期 我是这样发现了DNA的结构 俞立教授《双螺旋》
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“发明新范式的人几乎总是要么很年轻，要么刚入行不久…这些人出于之前的实践，几乎不相信常规科学的传统规则，所以很容易看出哪些规则已经不再适用，并且设计出一套新规则来取代它们。”在DNA双螺旋结构被发现这件事上，这句话就是真理。1953年的4月2日，题为“DNA双螺旋结构”的科研论文被《自然》接收时，作者詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson）年仅25岁，弗朗西斯·克里克（Francis Crick）37岁。DNA双螺旋结构的发现，可以说是20世纪自然科学领域最为重要的成就之一，它的发现，意味着人们终于找到了打开遗传学的大门的钥匙，对于人们认识、了解甚至是改造生命，具有划时代的意义。如此重要的科学成就，为何是两个“经验尚浅”的年轻人发现的？发现者沃森当时进入DNA研究才一年之久，而克里克也是从别的领域转行过来的，他们是如何做到的？发现过程中有怎样不为外界所知的故事？1968年，沃森出版了一部以个人名义写就的回忆录——《双螺旋》，在这本书中，他详细讲述了1951-1953年发现DNA双螺旋结构期间自己观察事物的思路和一些当事人的想法。诺贝尔物理奖得主劳伦斯·布喇格评价说：“《双螺旋》把新概念的诞生描绘得栩栩如生，把许多扣人心弦的场面逐步推向全剧的高潮，同时又将科学家们的日常生活娓娓道来，为读者揭示了一个神奇而又平凡的世界。”本周六晚八点，“高山科学经典”邀请到了清华大学生命科学学院教授俞立；清华大学生命科学学院助理教授刘俊杰；清华大学生命科学学院助理教授吝易，一起导读这本《双螺旋》。一起回到遗传学发展的开端，去看看科学领域里年轻人的叛逆与冒险、年长者的遗憾与不甘，亲自感受真理是如何从怀疑和困境中曲折诞生的。
俞立清华大学生命科学学院教授
1.DNA在生命的信息流中起到了关键作用，它是我们信息的储存器，同时也是信息的模板，代际之间可以通过DNA的复制把遗传信息传递下去。
2.现代遗传学的开始是孟德尔提出遗传因子的假说。到了1902年的时候，美国科学家沃尔特·萨顿在德国科学家西奥多·博维里的工作基础上提出了遗传的染色体假说。也是在这段时间，现代遗传学概念建立，比如贝特森创造了“遗传学”这一词（1905），约翰森创造了“基因”这个词（1909），还创造了 “基因型”、“表型”、“纯合子”、“杂合子”等今天常用的一系列遗传学术名词。
3.现代经典遗传学的开创者是摩尔根，他发觉染色体确实是基因的载体，而且进一步发现这些基因在染色体上呈直线分布，两个基因之间的距离可以通过实验的方法测量出来。他的学生也第一次做了基因的图谱。在这样的工作下，基因从一个抽象的性状定义，变成了一个真正的物理概念。
4.一直到了20世纪初期，DNA都被认为是一个非常无聊的分子。因为当时认为DNA是由四种核苷酸以重复系列的形式组成，在这样一个单一的分子上面，不大可能会有遗传信息编码在上面。当时大家都觉得是蛋白质，因为蛋白质有足够的多样性。
5.沃森和克里克俩人在知识储备上互补，而且都对DNA的重要性有深刻认识，这是决定他们成功的一环。
6.分析模型构建的关键，一是要有足够的知识（生物、化学）、足够的直觉（结构直觉），二是要有足够多的基本信息。
7.科学研究实际上也是一种人类的行为，可以说有人就有江湖，很多科学成果都跟复杂的人际互动有关系。比如，要是威尔金斯跟富兰克琳（他们之间的关系紧张）能够是一个协调一致的团队，估计物理学家出身的威尔金斯可以更好、更早地得出结构。
8.双螺旋开启了一个时代，生物学就可以分成双螺旋之前和双螺旋之后。双螺旋之后，我们进入了分子生物学，很快，mRNA被发现，密码子被破译，中心法则被提出，分子克隆技术建立，DNA测序技术到人类基因组计划，再到最后我们今天可以自由地改变我们的基因组，也就是基因编辑。这一整个过程中不单从核心上改变了生物学，也催生了现代生物技术公司的诞生。
9.读大学时，我想象中的科学是像富兰克琳做研究一样，用一丝不苟的逻辑、详尽的实验数据，一步一步得到结果。但第一次读这本书的时候，我发现科学还能这么做，可以没有太多的积累，只凭坚定的信念，用有些正当或者不正当的手段得到数据，最后解决被号称上世纪最重要的科学发现之一。
10.这本书在“什么是科学的方法”、“什么是科学”、“我们想象中的科学实际上是怎么做出来的”这些方面对我影响非常大。
11.利用现代研究方法产生大型数据集的研究越来越多，但这里面，有效的信息多大程度上得到了利用？多大程度上对后面普遍原则进行了分析和发掘？我觉得目前是不够的。当然，这也变成一个悖论，产生越多的数据，就需要越多的时间，也就越没有时间分析和挖掘。
12.把科学从一种兴趣、个人的追求变成一种职业，就会带来职业化的问题。大家考虑的东西都是如何在职业上面、在现在这套评价体系下面再进一步，这个很自然地就会产出相应的一系列问题，不单是论文数量，还有在什么样的杂志发，以哪种方式发……
刘俊杰清华大学生命科学学院助理教授
1.对年轻人来讲，《双螺旋》里能读到两点启发。第一个是勇气。我们刚独立建设实验室时，会面对来自非常多有经验的大科学家和大实验室的同行压力。在这个时候，敢于去挑战重要的科学问题，就是勇气。第二个是灵活。在做研究的过程中，一是能够灵活地接收新的知识，跟不同方向的科学家学习、交流，完善科学成果，二是能够灵活地利用各种时机以及各方面的信息。
2.早年的科学研究里，由于实验手段的限制，科学家可以拿到的数据是有限的，但基于有限数据提出的理论假说却非常多且深入。而现在，实验手段已经非常充沛，但我们大部分的时间和精力都花在获得实验数据上，反倒是这种拔高的理论以及对生命认知的探讨，越来越少。
3.沃森和克里克在研究DNA结构的时候，是有一套自己预设的理论，再往后面做证明或证伪的工作。回到现在也是一样的，在做研究之前，要先有一套自己对研究目标的理解或假设，指导后面的探索。
4.富兰克琳从一开始就非常坚持DNA的骨架在分子的外面，这是DNA结构能够被发现的一个核心。
吝易清华大学生命科学学院助理教授
1.Alphafold 2刚出来的时候引起了一波很热议的讨论，就是结构生物学的未来怎么和AI去PK ，当时颜宁老师有一个很好的评论，AI把这些结构解出来之后，其实解放了结构生物学家，让大家可以去真正地研究生物功能。
2.我经常跟我的学生说，不要陷在实验里，要多思考，要想清楚你们在做什么，问的什么重要的问题。
3.在发现DNA结构的这件事里，实验肯定是不可或缺的一环。可以说，如果沃森没有偷偷地看到富兰克琳的这张DNA衍射图，他可能就没有后来的这些发现。
4.沃森和克里克更多的是整合者的角色，就像玩乐高的小朋友一样，他们把之前很多的已知信息，拼成了一个正好符合生命本质的结构。
5.在实验之余，要去摆脱更多思想上的束缚，真正的把更多的时间花在思考上。6.虽然沃森、克里克成名非常早，但是他们持续在关注领域内重要的问题，是具有前瞻性的。克里克后续研究意识的物质本质，提出的很多理论和重要问题，现在大家仍然在进行实验证明。
7.培养科学品味很重要，要时刻多听多看多想。
俞立清华大学生命科学学院教授
1.DNA在生命的信息流中起到了关键作用，它是我们信息的储存器，同时也是信息的模板，代际之间可以通过DNA的复制把遗传信息传递下去。
2.现代遗传学的开始是孟德尔提出遗传因子的假说。到了1902年的时候，美国科学家沃尔特·萨顿在德国科学家西奥多·博维里的工作基础上提出了遗传的染色体假说。也是在这段时间，现代遗传学概念建立，比如贝特森创造了“遗传学”这一词（1905），约翰森创造了“基因”这个词（1909），还创造了 “基因型”、“表型”、“纯合子”、“杂合子”等今天常用的一系列遗传学术名词。
3.现代经典遗传学的开创者是摩尔根，他发觉染色体确实是基因的载体，而且进一步发现这些基因在染色体上呈直线分布，两个基因之间的距离可以通过实验的方法测量出来。他的学生也第一次做了基因的图谱。在这样的工作下，基因从一个抽象的性状定义，变成了一个真正的物理概念。
4.一直到了20世纪初期，DNA都被认为是一个非常无聊的分子。因为当时认为DNA是由四种核苷酸以重复系列的形式组成，在这样一个单一的分子上面，不大可能会有遗传信息编码在上面。当时大家都觉得是蛋白质，因为蛋白质有足够的多样性。
5.沃森和克里克俩人在知识储备上互补，而且都对DNA的重要性有深刻认识，这是决定他们成功的一环。
6.分析模型构建的关键，一是要有足够的知识（生物、化学）、足够的直觉（结构直觉），二是要有足够多的基本信息。
7.科学研究实际上也是一种人类的行为，可以说有人就有江湖，很多科学成果都跟复杂的人际互动有关系。比如，要是威尔金斯跟富兰克琳（他们之间的关系紧张）能够是一个协调一致的团队，估计物理学家出身的威尔金斯可以更好、更早地得出结构。
8.双螺旋开启了一个时代，生物学就可以分成双螺旋之前和双螺旋之后。双螺旋之后，我们进入了分子生物学，很快，mRNA被发现，密码子被破译，中心法则被提出，分子克隆技术建立，DNA测序技术到人类基因组计划，再到最后我们今天可以自由地改变我们的基因组，也就是基因编辑。这一整个过程中不单从核心上改变了生物学，也催生了现代生物技术公司的诞生。
9.读大学时，我想象中的科学是像富兰克琳做研究一样，用一丝不苟的逻辑、详尽的实验数据，一步一步得到结果。但第一次读这本书的时候，我发现科学还能这么做，可以没有太多的积累，只凭坚定的信念，用有些正当或者不正当的手段得到数据，最后解决被号称上世纪最重要的科学发现之一。
10.这本书在“什么是科学的方法”、“什么是科学”、“我们想象中的科学实际上是怎么做出来的”这些方面对我影响非常大。
11.利用现代研究方法产生大型数据集的研究越来越多，但这里面，有效的信息多大程度上得到了利用？多大程度上对后面普遍原则进行了分析和发掘？我觉得目前是不够的。当然，这也变成一个悖论，产生越多的数据，就需要越多的时间，也就越没有时间分析和挖掘。
12.把科学从一种兴趣、个人的追求变成一种职业，就会带来职业化的问题。大家考虑的东西都是如何在职业上面、在现在这套评价体系下面再进一步，这个很自然地就会产出相应的一系列问题，不单是论文数量，还有在什么样的杂志发，以哪种方式发……
刘俊杰清华大学生命科学学院助理教授
1.对年轻人来讲，《双螺旋》里能读到两点启发。第一个是勇气。我们刚独立建设实验室时，会面对来自非常多有经验的大科学家和大实验室的同行压力。在这个时候，敢于去挑战重要的科学问题，就是勇气。第二个是灵活。在做研究的过程中，一是能够灵活地接收新的知识，跟不同方向的科学家学习、交流，完善科学成果，二是能够灵活地利用各种时机以及各方面的信息。
2.早年的科学研究里，由于实验手段的限制，科学家可以拿到的数据是有限的，但基于有限数据提出的理论假说却非常多且深入。而现在，实验手段已经非常充沛，但我们大部分的时间和精力都花在获得实验数据上，反倒是这种拔高的理论以及对生命认知的探讨，越来越少。
3.沃森和克里克在研究DNA结构的时候，是有一套自己预设的理论，再往后面做证明或证伪的工作。回到现在也是一样的，在做研究之前，要先有一套自己对研究目标的理解或假设，指导后面的探索。
4.富兰克琳从一开始就非常坚持DNA的骨架在分子的外面，这是DNA结构能够被发现的一个核心。
吝易清华大学生命科学学院助理教授
1.Alphafold 2刚出来的时候引起了一波很热议的讨论，就是结构生物学的未来怎么和AI去PK ，当时颜宁老师有一个很好的评论，AI把这些结构解出来之后，其实解放了结构生物学家，让大家可以去真正地研究生物功能。
2.我经常跟我的学生说，不要陷在实验里，要多思考，要想清楚你们在做什么，问的什么重要的问题。
3.在发现DNA结构的这件事里，实验肯定是不可或缺的一环。可以说，如果沃森没有偷偷地看到富兰克琳的这张DNA衍射图，他可能就没有后来的这些发现。
4.沃森和克里克更多的是整合者的角色，就像玩乐高的小朋友一样，他们把之前很多的已知信息，拼成了一个正好符合生命本质的结构。
5.在实验之余，要去摆脱更多思想上的束缚，真正的把更多的时间花在思考上。6.虽然沃森、克里克成名非常早，但是他们持续在关注领域内重要的问题，是具有前瞻性的。克里克后续研究意识的物质本质，提出的很多理论和重要问题，现在大家仍然在进行实验证明。
7.培养科学品味很重要，要时刻多听多看多想。
发布于 2023-02-15 20:00· 2.1 万次播放