生物细胞为什么呈罗旋形排列

A. DNA分子为什么是螺旋形的

脱氧核糖核酸（DNA，为英文Deoxyribonucleic acid的缩写），又称去氧核糖核酸，是染色体的主要化学成分，同时也是组成基因的材料。有时被称为“遗传微粒”，因为在繁殖过程中，父代把它们自己DNA的一部分复制传递到子代中，从而完成性状的传播。

事实上，原核细胞（无细胞核）的DNA存在于细胞质中，而真核生物的DNA存在于细胞核中，DNA片断并不像人们通常想象的那样，是单链的分子。严格的说，DNA是由两条单链像葡萄藤那样相互盘绕成双螺旋形，根据螺旋的不同分为A型DNA，B型DNA和Z型DNA，詹姆斯·沃森与佛朗西斯·克里克所发现的双螺旋，是称为B型的水结合型DNA，在细胞中最为常见。

这种核酸高聚物是由核苷酸链接成的序列，每一个核苷酸都由一分子脱氧核糖，一分子磷酸以及一分子碱基组成。DNA有四种不同的核苷酸结构，它们是腺嘌呤（adenine，缩写为A），胸腺嘧啶（thymine，缩写为T），胞嘧啶（cytosine，缩写为C）和鸟嘌呤（guanine，缩写为G）。在双螺旋的DNA中，分子链是由互补的核苷酸配对组成的，两条链依靠氢键结合在一起。由于氢键键数的限制，DNA的碱基排列配对方式只能是A对T或C对G。因此，一条链的碱基序列就可以决定了另一条的碱基序列，因为每一条链的碱基对和另一条链的碱基对都必须是互补的。在DNA复制时也是采用这种互补配对的原则进行的：当DNA双螺旋被展开时，每一条链都用作一个模板，通过互补的原则补齐另外的一条链。

分子链的开头部分称为3'端而结尾部分称为5'端，这些数字表示脱氧核糖中的碳原子编号。

B. 生命为何偏爱螺旋结构呢

浩繁纷杂的生物尽管千差万别，但不论哪个种类，从最小的病毒到大型的哺乳动物，都毫无例外地能把自己的性状一代代地传承下去；而无论亲代与子代，还是在子代每个个体之间，又总会有些差别，即便是双胞胎也不例外。人们曾用“种瓜得瓜，种豆得豆”和“一母生九子，九子各别”的谚语，生动形象地概括了存在于一切生物中的这一自然现象，并为揭开遗传、变异之谜进行了不懈的努力。

17世纪末，就有人提出了“预成论”的观点，认为生物之所以能把自己的性状特征传给后代，主要是因为在性细胞（精子或卵细胞）中，预先包含着一个微小的新的个体雏形。精原论者认为，这种“微生体”存在于精子当中；而卵原论者则认为，这种“微生体”存在于卵子之中。

然而，这种观点很快就被事实所推翻。因为无论在精子还是卵子中，人们根本见不到这种“雏形”。取而代之的理论是德国胚胎学家沃尔夫提出的“渐成论”。他认为，生物体的任何组织和器官都是在个体发育过程中逐渐形成的。但遗传变异的操纵者究竟是何物？仍然是一个谜。

直到1865年，奥地利遗传学家孟德尔在阐述他所发现的分离法则和自由组合法则时，才第一次提出了“遗传因子”（后被称作为基因）的概念，并认为，这种“遗传因子”存在于细胞当中，是决定遗传性状的物质基础。

1909年，丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词代替了孟德尔的“遗传因子”。从此，基因便被看作是生物性状的决定者、生物遗传变异的结构和功能的基本单位。

1926年，美国遗传学家摩尔根发表了着名的《基因论》。他和其他学者用大量实验证明，基因是组成染色体的遗传单位，它在染色体上占有一定的位置和空间，呈直线排列。这样，就使孟德尔提出的关于遗传因子的假说落到了具体的遗传物质——基因上，并为后来进一步研究基因结构和功能奠定了理论基础。

尽管如此，当时人们并不知道基因究竟是一种什么物质。直至20世纪40年代，当科学家搞清了核酸，特别是脱氧核糖核酸（简称DNA），是一切生物的遗传物质时，基因一词才有了确切的内容。

1951年，科学家在实验室里得到了DNA结晶；

1952年，得到DNAX射线衍射图谱，发现病毒DNA进入细菌细胞后，可以复制出病毒颗粒……

在此期间，有两件事情是对DNA双螺旋结构发现起到了直接的促进作用：一是美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋结构，给人以重要启示；一是X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到有效应用，提供了决定性的实验依据。

正是在这种科学背景和研究条件下，美国科学家沃森与英国科学家克里克合作，通过大量X射线衍射材料的分析研究，提出了DNA的双螺旋结构模型，并由此建立了遗传密码和模板学说。

此后，科学家们围绕DNA的结构和作用继续开展研究，也取得了一系列的重大进展，并于1961年成功破译了遗传密码，以无可辩驳的科学依据证实了DNA双螺旋结构的正确性，从而使沃林、克里克同威尔金斯一道于1962年获得诺贝尔医学生理学奖。

尽管人类设计建筑与马路时都喜欢笔直的线条，但大自然的选择并并不赞同，而更倾向于螺旋状的卷曲结构。小到决定生命形态的DNA结构，乃至关乎我们后天性状美丑的蛋白质结构，以及我们赖以生存的食物的主要组分淀粉等，无一例外都是螺旋结构。

生物的大分子DNA、蛋白质、淀粉、纤维素结构中，都存在着螺旋结构。而我们所熟知的遗传物质DNA，也是双螺旋结构，它包含着人体的遗传信息。在受精卵中，父系与母系的各一条链相结合，就诞生了综合二者信息的新的生命。不过，DNA最重要的结构是双螺旋结构，但也可能形成其他结构。当双螺旋体的一部分解开时，其中一条DNA链就可以折叠回去，形成了三螺旋或其他结构。

与DNA的双螺旋结构相比，蛋白质中的螺旋是由氨基酸经脱水组成的单链螺旋，蛋白质末端运动自由度较大，可以组成三圈螺旋，三圈螺旋还可以转变成折叠形状。从这种意义上来说，折叠是螺旋的一种特殊形式。

人体中的蛋白质就是螺旋与折叠结构复合而成的复杂结构。比如，人体中重要的蛋白质——胶原蛋白，就是由3条肽链拧成“草绳状”3股螺旋结构，其中每条肽链自身也是螺旋结构。我们知道，人体内有16%左右都是蛋白质，而胶原蛋白占体内蛋白质总量的30%～40%，主要存在于皮肤肌肉、骨骼、牙齿、内脏与眼睛等处。

除了遗传物质与蛋白质外，我们的主要食物淀粉的结构和所穿衣物（棉）中的主要成分棉纤维，也大多都是螺旋结构。

不仅生物大分子是螺旋的构型，有时整个生物体的形状或生物体的组成部分，也可能是螺旋体。我们熟悉的螺旋藻就是这样的一种生物，它的得名就是因为其形体在显微镜下观察时呈螺旋状的缘故。

螺旋藻是地球上最早出现的光合生物。研究表明，螺旋藻是所有已被发现的生物中营养成分最丰富、最全面、最均衡的海洋生物。它的细胞壁是由多糖类物质构成，极容易被人体所消化吸收，吸收率可达95%以上。此外，螺旋藻中还富含胡萝卜素、亚麻酸和亚油酸等活性物质，有清除血脂、疏通血管和保持血管弹性的作用，对防治心、脑血管疾病很有帮助。

寄居在人体胃内的幽门螺旋杆菌，也是因呈杆状、螺旋形而得名。胃液对许多细菌都具有强烈的杀伤力，但是对幽门螺旋杆菌却奈何不得。因为幽门螺旋杆菌是埋藏在胃壁表面的黏膜下方，可以分泌一种物质能中和周围环境中的强酸；而且，幽门螺旋杆菌很爱“挑衅”我们的免疫系统，常常会激怒免疫系统发动初步的无情攻击，导致发炎反应。因此，感染幽门螺旋杆菌的人常会出现没有症状的胃炎（即胃黏膜发炎）。人在进入中年之后，会很容易得这些病，这都是幽门螺旋杆菌的祸害所致。

除了上述这些生物体本身呈螺旋状外，有些生物还要借助螺旋形状来实现它们的独特功能。水黾就是这样一种生物，它会利用其腿部特殊的微纳米螺旋结构效应在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。这是因为这些取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内，可以有效地吸附空气，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍水滴的浸润，从而表现出水黾腿的超疏水（即不浸水）特性。科学家在对水黾腿部的力学测量表明：仅仅一条腿在水面的最大支持力，就能达到其身体总重量的15倍。

由上面的叙说我们得知，大自然中几乎到处都存在着螺旋。而螺旋结构更是自然界最普遍的一种形状，许多在生物细胞中发现的微型结构都采用了这种构造。

那么，为什么大自然会如此偏爱这种结构呢？科学家对此给出了合理的解释。

美国宾州大学的兰德尔·卡缅教授指出，从本质上来说，在拥挤的细胞（如一个细胞里的DNA）中，非常长的分子聚成螺旋结构是一个比较合理的方式。而在细胞稠密而拥挤的环境中，长分子链经常采用规则的螺旋状构造。只所以有这样的构造，主要有2点好处：①可以让信息紧密地结合其中；②能够形成一个表面，允许其他微粒在一定的间隔处与它相结合。比如，DNA的双螺旋结构允许进行DNA转录和修复。

卡缅教授通过一个模型解释了这个问题：将一个可以随意变形、但不会断裂的管子浸入由硬的球体组成的混合物中，管子就如同一个存在于十分拥挤的细胞空间中的一个分子。观察发现，对于短小易变形的管子来说，U形结构的形成所需的能量最小，空间也最少；而它的U形结构，在几何学上与螺旋结构最为相近。

卡缅对此指出，分子中的螺旋结构是自然界能最佳地使用手中材料的一个例子。DNA由于受到细胞内的空间局限而采用双螺旋结构，就像是由于公寓空间局限而采用螺旋梯的设计一样。这就是生物大分子采取螺旋结构的合理的数学解释。然而至于为什么生物体也以螺旋结构的形状存在，原因还有待于进一步的研究。

C. 为什么DNA分子呈现双螺旋结构

这个解释起来其实要数学和物理很好 不知道你要详细到什么地步的 所以……
（以下内容摘自网络）PS.如果满意请采纳~谢谢~~ :）
DNA为什么是双螺旋结构
（撰文：夏烆光）
内容提要:本文从力学的角度出发阐明：蛋白质分子为什么是螺旋式的结构?DNA为什么是双螺旋结构?核苷酸分子为什么只能有四种类型?以及它们的自我复制功能为什么是唯一的?反过来,从蛋白质分子和DNA分子的螺旋状结构中证明,微观粒子存在着螺旋式前进的运动规律.进而,证明广义时空相对论所给出的理论结果本身的正确性.
一 引 言
1909年,丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词取代了孟德尔的“遗传因子”.从此,基因便被看作是生物性状的决定者,或者说,被看成是生物遗传变异结构和功能的基本单位.1926年,美国遗传学家摩尔根发表了着名的《基因论》.他和其他学者用大量的实验证明,基因是组成“染色体”的“遗传单位”.基因在染色体上占有一定的位置和空间,并呈现为直线排列.这样一来,就使孟德尔关于“遗传因子”的假说,体现到具体的遗传物质——基因这一概念上.这个结论,为后来进一步研究基因的结构和功能奠定了最初的理论基础.尽管情况如此,但当时的人们并不知道“基因”究竟是一种什么样的物质.直到上个世纪40年代,当生物科学工作者弄清楚了“核酸”,特别是脱氧核糖核酸（简称DNA）,乃是一切生物传宗接代的遗传物质时,“基因”这一概念才有了确切的生物学内涵.其间,1951年科学家们在实验室里获得了DNA的结晶体；1952年又获得了DNA的X射线衍射图谱.在此基础上,于1953年,年仅25岁的美国科学家詹姆斯?沃森与37岁的英国科学家西斯?克里克共同阐明了这个划时代的学术成果,——他们从DNA（脱氧核糖核酸）的X射线衍射图上解读了它的“双螺旋结构”.DNA双螺旋结构的发现,开创了分子生物学的新时代,它使生物大分子的研究跨入了一个崭新的研究阶段,并使遗传学的研究深入到了分子层次,从而迈出了解开“生命之谜”的重要一步.
应该承认,当时的两项科学成就对DNA“双螺旋结构”的发现起到了至关重要的作用.一是,美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋状结构；二是,X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到了实际的应用,从而有了观测分子内部结构的实验手段.正是在这样的科学背景和研究条件下,才促使沃森来到英国剑桥大学与克里克合作,致力于研究DNA的结构模式.他们通过对大量X射线衍射实验结果的分析与研究,提出了DNA的双螺旋结构模型.这项研究成果发表在1953年4月25日英国的《发现》杂志上.在随后的日子里,科学家们便围绕着DNA的结构和作用,陆续地展开了进一步的研究工作,取得了一系列的重大进展,并于1961年终于成功地破译了“遗传密码”,以雄辩的实验依据证实了DNA双螺旋结构这个结论的正确性.沃林、克里克、威尔金斯等三人,因此而共同分享了1962年诺贝尔医学生理学奖.（参见[1]）
二 核苷酸只有四种结构模型
基因（DNA）是自然界唯一能够自我复制的生物分子.正是由于DNA的这种精细准确的自我复制功能,为生物体将其祖先的生物特性传递给下一代提供了保证.现代生物学研究已经清楚地证明,NDA是由大量“核苷酸分子”组成的生物“大分子”.核苷酸分子有四种类型,它们按着不同的顺序排列,构成了含有各种遗传信息的生物基因（DNA）.基因是包含着特定遗传信息的脱氧核糖核酸片段.
实验证明,“大肠杆菌”是一个品系繁多的大家族,其中有成千上万种不同的类型.生物学的研究发现,一些品系的大肠杆菌,本身缺少指导合成某些特殊营养物质的基因,因此,它们必须从培养基中直接摄取营养物质才能生活,——这样的大肠杆菌,被生物学称之作“营养缺陷型”.例如,大肠杆菌K不能合成苏氨酸（T）和亮氨酸（L）；而它的另一个品系则不具备合成生物素（B）和甲硫氨（M）的能力.实验表明,如果把这两种大肠杆菌中的任何一种单独放在缺少T、L、B、M的培养基上都不能生长.但是,当我们把这两种品系的大肠杆菌混合在一起,然后放到缺少TLBM这四种物质的培养基上,却奇迹般地长出了新菌落.这是为什么呢?简单地说：就是因为在大肠杆菌K的DNA中,缺少T、L两种基因,而只含有B和M两种另外的基因；同样,在另一个品系大肠杆菌的DNA中,虽然不具备B和M基因,但却含有前者所缺少的T、L两种基因.把这两种营养缺陷型的大肠杆菌放在一起,就等于把四种基因放在一起来进行培养.这样一来,前一品系细胞中的DNA,就有可能通过细胞膜进入后一品系的细胞中,使两种类型的DNA之间进行基因重组,从而形成含有T、L、B、M四种基因的新型大肠杆菌.
我们说,生物学的这一重大发现,仅仅证明DNA本身具有双螺旋结构,但是,这里并没有指出,形成这种双螺旋结构的物理原因是什么.作为深入的学术研究,完全有必要弄清以下问题：1、蛋白质分子为什么是螺旋状的结构?2、DNA分子为什么是双螺旋式的结构?3、核苷酸分子为什么只有四种类型?4、由核苷酸分子所构成的DNA分子,能够唯一自我复制生物分子的原因是什么?而本文将从力学的角度上,探索并尝试地回答这些新问题.
三 蛋白质分子为什么是螺旋结构
这里,我们先来回答：蛋白质分子为什么是螺旋状的结构?为了回答这个问题,必须先来简单地介绍一下微观粒子的运动特征.根据《广义时空相对论》的理论结果知道,微观粒子的运动规律是：在不停“自旋”的同时,又绕着某个轴线、以一定的旋转频率和旋转半径不停地“公转”.加上粒子本身的直线运动,就自然地构成了一种螺旋式的前进运动.这里虽不是在讨论理论物理问题,但为使大家对这个结论确信无疑,还是需要简单地介绍一点广义时空相对论的相关理论.
诚如所知,在广义时空相对论中（参见[2],§21）,我曾经指出：若曲线M(t)是给定参数t的方程,利用基本矢量τ,μ来表达二阶导数d2M/dt2,并注意到,如果参数t代表着时间,则二阶导数d2M/dt2就是M点运动的“相对加速度”.把等式
dM/dt =τds/dt (1）
对参数t微分,就得出：
d2M/dt2 =τd2s/dt2+(dτ/dt)·(ds/dt) (2）
按照复合函数的微分法则,则有：
dτ/dt =(dτ/ds)·(ds/dt)
再将
dτ/ds = kμ （3）
代入等式(2）中,便可以得出：
d2M/dt2 =τd2s/dt2+μk(ds/dt)*2 (4）
由此可见,相对加速度d2M/dt2可分成两项：一个是切向加速度矢量；另一个是法向加速度矢量.
下面,我们用运动时钟的读数t*来替换方程(4）.为此,需要把曲线的特别参数s写成如下的函数关系：s = s(t*).这里,我们约定：一阶导数s’(t*)是站在动点M上的观测者,用运动时钟所得出地关于动点M的绝对速度.这个绝对速度可以是常数,——对应着没有外力作用的保守体系；也可以是时间坐标t*的函数,——对应着外力作用引起的绝对速度的变化.同时,我们还要约定：运动是匀加速的.由此而来,把上式对运动系的时间坐标t* 微分两次,便可以得出：
ds = s’(t*)dt* (5）
以及,
d2s =[s’(t*)dt*]’dt*=s’’(t*)dt*2 (6）
令绝对速度
υ= s’(t*)
以及绝对加速度
η= s''(t*)
于是,便可以得出：
ds =υdt*；
以及,
d2s =ηdt*2 (7）
由于这里是“纯量”之间的微分运算,所以不必考虑绝对速度和绝对加速度的方向.再者,由于这里只限于讨论“绝对加速度”为常数时的情况,因此,我们将(5）和(7）式同时代入(4）式,便可以得出：
d2M/dt2 =(ηdt*2/dt2)τ+ k(υdt*/dt)2μ (8）
不难看出,上式等号右边的第一项代表了动点M的切向加速度,而第二项代表了它的法向加速度.等式左边的二阶导数d2M/dt2则是静止观测者、用静止的钟、所得出的动点M在曲线M(t)上运动的“相对加速度”.显然,这个“相对加速度”乃是“切向加速度”与“法向加速度”的矢量合成结果.
下面,我们来研究在均匀引力场中,物质的运动方程.为了简便起见,这里选择微观粒子沿着X轴方向的运动为运动的正方向.这里区分为两种运动状况来加以考虑.
第一,粒子在自由空间中的曲线运动
按照广义时空相对论的观点：在相互作用传播速度有限性的前提下,运动系上的钟、与静止系上的钟,不可能绝对地同步地记录到一个运动事件的两种不同的时间坐标t*和t.因此,如果利用不同的参变数t和t* 来表示(4）式的话,则相应的数学形式也就有所不同.根据本文讨论的需要,我们直接按照广义时空相对论的理论结果,写出运动时钟的纯量读数t* 和静止时钟的纯量读数t之间的关系：
dt* =ξdt,或 dt*/dt =ξ (9）
其中,
ξ= c/(c2 +υ2)1/2 (10）
对于自由空间中的匀速运动,(8）式中的η= 0,并且υ是常数,由此而来,(8）式右端的第一项等于0. 以及ξ是常数.于是,把(9）式代入(8）式便可以得出：
d2M/dt2 = k[υ2c2/(c2 +υ2)]μ (11）
再把关系式
V = υc/(c2 +υ2)1/2 (12）
代入上式,则有：
d2M/dt2 = kV2μ (13）
我们用曲率半径ρ= 1/k代入上式,则有：
d2M/dt2 = (V2/ρ)μ (14）
这就是“匀速圆周运动”的基本公式.这一结果表明：在一个与外界没有任何联系的封闭的自由空间内,物体的绝对线速度υ和相对加速度都是常数,且其方向指向圆心.它的运动轨迹则是一个封闭的圆周.当体系本身具有恒定的初速度υ0时,它的运动轨迹就是一条等螺距的螺旋线.
第二,粒子在均匀引力场（η= Const.）中的运动
按照(9）式,则有：
dt*2/dt2 =ξ2 = c2/(c2 +υ2) (15）
在η等于常数的情况下,将(15）式代入(8）式,并引入相对加速度符号a(t) = d2M/dt2,得出：
a(t)=τηc2/(c2+υ2)+μkc2υ2/(c2+υ2) (16）
然后,再引入符号V2/ρ=ω公2ρ,以及ω自2 r =(ηV2/υ2), 其中,ω公为粒子的公转频率,ω自为粒子绕着质心“自旋”的角频率,r代表微观粒子本身的半径,则上式就可以改写成：
a(t)=(ω自2 r)τ+ (ω公2ρ)μ (17）
这就是在均匀外力作用下（η≠0）,微观粒粒子的运动方程.不难理解,如果没有这种均匀外力的作用,微观粒子就不会具有自旋分量,即上式中的第一项.
在上式中,如果把第一项代表切线方向的相对加速度,第二项代表了主法线方向的相对加速度.而切线τ方向的相对加速度代表着微观粒子的“自旋”,而主法线μ方向的相对加速度代表着微观粒子的“公转”.这两种加速度的合成结果,导致微观粒子在前进运动的同时,伴随着自旋以及绕着前进方向为轴线的公转.其轨迹是一条螺旋线.不言而喻,所有化学元素的分子,例如氮（N）、氢（H）、碳（C）的分子等都是微观粒子,因此,它们一定会呈现螺旋式的运动状态.在这种运动状态的影响下,由碳水化合物所构成的蛋白质分子必然会出现螺旋状的结构.
四 核苷酸的类型与双螺旋结构的原因
根据微分几何的理论结果,我们知道
d2M/dt2 =τd2s/dt2 +μk(ds/dt)2 (18）
以及
d2M/ds2 = kμ (19）
现在,我们把上式的二阶导数d2M/ds2再对具有“内蕴意义”的参数“s”微分,就得出了它的三阶微分关系式.不过,这里并不是直接把二阶导数d2M/ds2 = kμ对特别参数“s”进行微分,而是把这个式子右端的矢量μ和曲率k的乘积进行微分.由于从这里出发会使问题大为简化,所以,我们的讨论将从对矢量μ的微分开始,然后所得出的不变式来表示三阶导数d3M/ds3、以及d3M/dt3.不过,这里不准备进行具体的分析与讨论,而是直接地引用微分几何的理论结果（参见[3],第69—72页）,写出三阶微分邻域的不变式如下：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ；dβ/ds = -ζμ (20）
其中,β是副法线方向上的单位矢量.它的方向垂直于由τ和μ相交后所构成的平面.上式中各公式的符号是选择了“右旋坐标系”时的情况.倘若是改为“左旋坐标系”,对于曲线M(t)的定向运动来说,在切矢量τ改变方向时,在切线单位矢量τ与主法线单位矢量μ确定的旋转方向下,公式(20）所确定的副法线单位矢量β将改变自己的正方向.所以,由方程(20）所确定的不变式“ζβ”也随之改变符号,即：由（+ζβ）变成了（-ζβ）；为了保持曲线M(t)的不变式ζ的符号,必须在公式(20）中改变矢量“β”的符号.这样一来,在左旋的坐标系中,相伴三面形单位矢量导数的“基本关系式”可以写成下列的形式：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ；dβ/ds = -ζμ (21）
其中,“ζ”是曲线的“挠率”,而r = 1/ζ是曲线的“挠率半径”.其中,符号“ζβ”的“正”与“负”,代表着参数相同的两个粒子之间的“自旋方向”刚好相反.
下面,我们取dβ/ds = 0,——它代表着微观粒子的自旋轴的方向始终平行于粒子的前进方向,且β的数值不跟随着粒子的运动路程而变换.结果,上式就可以化成：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ (22）
上式表明,刚体的任何运动都可以分为两个部分：一是远离坐标原点的平行移动；二是绕固定轴的转动.换言之,在每一个给定的瞬间,物体的运动都是由两个基本的运动所组成：第一,平移——此时物体在每一给定的时间内,它的各个部分都具有相同的运动速度.第二,转动——此时物体上的某一条直线固定不动,而物体的其它部分则绕着这个固定的直线旋转.而这种旋转可以分成两个部分,一个是绕着固定旋转轴的“公转”,另一个是绕着粒子质心的“自旋”.正如（17）式所示,第一项代表着粒子围绕着质心的“自旋”；而第二项代表着围绕前进方向的“公转”.
不难理解,在上述约定的前提条件下,当粒子在前进（dτ/ds＞0）、或后退（dτ/ds＜0）的过程中,相伴三面形T(M,τ,μ,β)的顶点M都同时包含着“平移”和“转动”两个方面.这里所包含的平移和转动,总共可以分成四种情况,分别由下列四个关系式来单独地确定：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ； ………… ①
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ； ………… ② （23）
dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ-ζβ； ………… ③
dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ+ζβ； ………… ④
在上述四个关系式中,曲线上的每个动点M联系着一个相伴三面形T(M,τ,μ,β),它是由曲线上对应点发出的“切矢量”、“主法线矢量”、“副法线矢量”所构成的“直角三面形”.这些关系式不仅给出了平移的“正方向”与它的“反方向”,而且给出了每种情况下的转动.单纯地就转动而言,这些公式一方面给出了“左旋公转”与“右旋公转”的情况；另一方面给出了顶点M围绕着自己的质心“左旋自旋”与“右旋自旋”的情况.当相伴三面形的顶点M移动时,动点M所描绘的运动轨迹就肯定是一条螺旋状的曲线.值得指出的是,在粒子构成的“自旋”中,η≠0是至关重要的.正是基于自旋的存在,所以才能出现以上四种独立的运动类型.这里,如果我们把η≠0看成是地球引力场的作用,那么,上式所代表的自旋一定与引力场的性质有关.
普遍的规律,对于两个基本相同的粒子来说,只有它们的自旋相反时,才能发生“耦合作用”而成对地出现.并且,只有自旋相反的粒子之间实现了耦合,其状态才是最稳定的状态.基于这一考虑,我们大胆地推测：核苷酸分子总是成对地耦合在一起.假如情况真地象我们推测的那样,再考虑到每个核苷酸分子的运动轨迹都是螺旋式的结构形状,那么,由这些成对存在着的核苷酸分子所构成的DNA分子,就必然具有双螺旋式的结构特征.另外,由于粒子的自旋运动来自于所在星球的引力特征,以,地球上生物的DNA分子,在一定程度上受到了地球引力的影响.
为了形象的理解上述观点,我们不妨反过来思考,即从DNA分子的双螺旋结构中,反过来考虑微观粒子螺旋式的运动状态.广义时空相对论业已证明,只有这种螺旋式的运动状态,才能体现出微观粒子“波动性”与“粒子性”的对立统一.——即微观粒子的“波粒二象性”.如果不是这种运动状态,将难以解释微观粒子的“波粒二象性”.实际上,这种理解方法在物理学中被经常地运用.例如,在中学物理中,人们就是利用“铁粉”在磁场中的分布状况,来证实“磁力线”的存在.正如所知,磁力线本身是看不见的,所以人们只好通过铁粉在磁场中的分布状态,来间接地证明磁力线本身的分布状况.有了铁粉的分布状况,就间接证明了磁力线的形状.
再者,由于只有那些自旋相反的核苷酸分子才能够相互耦合而成对地出现,并且这些自旋相反的核苷酸分子的耦合结果只能具有以下四种可能,因此说,所有核苷酸分子只有T、L、B、M四种类型.为了明确,我们把（23）式中的四个式子间的可能耦合列成下表.
耦合条件 公转方向相同 公转方向相反
自旋方向必须相反
①—②,③—④
①—③,②—④
上表列出了核苷酸分子各种可能的耦合关系.从上表所列出的耦合关系可以看出,核苷酸分子的耦合情况只能是表中所列出的“四种组合”,即：①—②,③—④,①—③,②—④.在给定的、均匀的引力场中,这四种结构特征应该是唯一的.所以,地球上生物体的DNA分子只能有四种类型,并且这四种类型DNA分子的自我复制功能也是唯一的.进一步地考虑,生物体的遗传特征,在一定的程度上取决于所在星球上的引力特征.改变引力场,有可能改变DNA分子的形状.
五 结 论
总之,通过上述讨论,回答了四个问题：一是蛋白质分子螺旋结构特征的力学原因.二是,核苷酸分子成对出现的力学原因；三是,由于核苷酸分子的成对出现,所以DNA分子必定是双螺旋结构；四是,由于同种核苷酸分子的耦合只能有四种情况,所以导致了DNA分子只能有四种类型,以及它们唯一的自我复制功能.再者,通过蛋白质分子的螺旋结构和DNA的双螺旋结构特征,反过来证明了微观粒子的运动形态的螺旋式特征.而且,只有这种螺旋式的运动特征,才能真正体现出微观粒子的波动性与粒子性的统一,进而证明广义时空相对论的正确性.
参考文献：
[1]《DNA双螺旋结构发现的前前后后》 作者：徐九武,科报网,《生命科学的里程碑》.
[2]《广义时空相对论》夏烆光着,人民交通出版社,北京,2003年1月 第一版.
[3]《微分几何教程》[苏] С.П.芬尼可夫 着,施祥林、徐家福 译,高等教育出版社,1954
年 7月第一版.

D. 细胞里的DNA，为什么是呈螺旋状缠绕的

细胞内的环境是水溶液，水是极性的，但核苷酸中的碱基部分是非极性的，所以碱基本身不溶于水。 但是，如果碱基、极性的五碳糖和磷酸基组合生成核苷酸，核苷酸就会溶于水中。 因此，总的来说，DNA中的五碳糖部分极性溶于水，碱部分非极性不溶于水。 因此，两条DNA链在水溶液中由碱基配对后，碱基部分在DNA分子内部，核糖分子在DNA分子外部。 由于核糖分子本身的结构，a和t、g和c通过氢键变成两对。 但是，必须注意两个碱基只能反向配对。 因此，两条DNA链是逆互补的。

E. 为什么染色体会呈现出螺旋形（双螺旋结构），怎么进化的

DNA的双螺旋构象是其分子结构性质所决定的。也就是说，只要形成DNA双链结构，那么它一定是双螺旋构象的。就好比甲烷分子一定是四面体构象、苯一定是环状构象一样。

至于DNA从单链向双链的进化，这个倒是被认可的，研究认为最原始的遗传物质是单链的RNA，再进化为单链的DNA，最终进化为双链DNA。

F. 生物DNA为什么是螺旋状

DNA在生理环境的离子强度和pH下会形成双螺旋结构。这只是因为在生理条件下两个互补DNA分子在和水、盐随机互相作用的过程中会发现双螺旋的构象有着最低的自由能，当它们相遇时因为氢键的亲和力，化学平衡会自发地向双螺旋方向发展，就像水蒸气形成氢键凝结成液态水一样。但这并不代表DNA永远是双螺旋结构。
首先双螺旋结构不是单一的，随着温度、pH和盐浓度的条件改变会形成三种结构: A，B，Z
DNA structure in detail 其中Z型构象是左手螺旋，可见左手螺旋并非不可能。Z结构可能在嘌呤-嘧啶交替的结构上出现，比如5'-CGCGCGCG-3' /5'-CGCGCATGC-3'。
其次在非生理条件的时候、或是在解旋酶的催化下DNA会被解开成为两个单分子(不再具有螺旋，常称为变性)。
DNA Denaturation, Annealing and Replication
所谓"非生理条件"比较容易做到的是比较高的温度，比如如果加热到100度，几乎所有DNA都会变性，但其他条件也可能达到这个效果。

G. 生物世界的螺旋现象有什么特点

各种反刍动物（例如牛、羊等）的头上，往往都长着一对美丽的螺旋形弯角，那么，这副角是由什么物质构成的呢？大体说来，这是由附着于皮肤的骨锥状体组成，由表皮负责制造出一种化学成分和毛发类似的物质，形成为角鞘。至于其对数螺旋线形状，则是在一定规律支配下生长的结果。在正常情况下，角底狭窄区域内的组织，不断分裂生长，角就不断伸长，如果各边增长的速度一样，那么长成的角就会是笔直的，如果角底一边的生长速度比另一边快，那么角就长弯了。现在实际情况正是不平衡的，就是由于不等速生长之故，才终于形成为螺旋样的弯角。

再来谈谈田螺、蜗牛之类的外壳，它们也都呈现为美丽的对数螺旋形。可能向右旋，也可能向左旋。从遗传学试验的材料来看，向哪个方向旋转，主要取决于一对核基因，右旋为显性，左旋为隐性。在生长过程中，新的部分通过衍生物的连续增生，长在旧的部分之上，始而不断，从小到大，就形成了我们通常看到的螺旋美。有趣的是，新增生出来的每一部分，都严格按照原先的对数螺旋结构规律，从不改变。随着壳腔内生命体的长大，外壳也按照不变的比例长大，于是最后长起来的成体，有了恒定美丽的外型。

至于其他方面，人们还可以举出许多奇妙的例子。像一些蜘蛛，总是固执地编织螺旋形的丝网；灵巧的小松鼠，很喜欢按照螺旋形路径在树杆上爬上爬下；许多种植物的叶子，都是按着螺旋形曲线缠绕支架向上生长。据说着名诗人歌德，在1831年，还专门为此写过一篇叫作“论植物的螺旋生长倾向”的文章哩！

随着分子生物学的兴起，学者进一步发现生命和螺旋形之间，其实有比当初的想象深刻得多的内涵。1950年，着名生化学家鲍林首先阐明，蛋白质分子的多肽长链结构是螺旋形的，当时把它定名为α—螺旋。现在知道，不但纤维状蛋白质有α—螺旋，而且球状蛋白也有α—螺旋。此后接二连三的发现进一步证明许多大分子，都有形成螺旋形的共同倾向。如：直链淀粉这一多聚糖，已被公认是螺旋状结构；生物膜中的磷脂，也能形成双股或单股螺旋；最着名、也是影响最大的，尤其要算DNA分子了，学者发现，它是由两条呈反向平行的多核苷酸链所组成，两条链相互缠绕，向右盘旋，组成了十分着名的所谓双螺旋结构。它的阐明使得螺旋形和生命之间有了特别密切的关系。

除此之外，学者还注意到：一些亚细胞器也有形成螺旋体的趋势。像核小体就是由DNA分子缠绕组蛋白，形成为螺线管、超螺线管等形状的。又如细胞质中的微管也是螺旋状，并且凡是由微管构成的细胞器，像鞭毛、纤毛、中心体等，都保持着螺旋状结构。

现在学者还搞清楚了分子水平和宏观水平间的密切相关性。例如，许多黑人都长着一头自然卷发、非常美丽，而我们黄色人种绝大多数却长的是硬直型毛发。这是什么缘故呢？后来知道，原来其根源竟在于两者分子结构上的差异。黑色人种的角朊蛋白结构呈螺旋形，而黄种人角朊蛋白的结构却是直形的。于是两者在宏观上就呈现出了显着的不同。顺便说一句，如果有兴趣，你还可以做一个简单实验来增强印象：拿一根湿头发，抓紧两端向外拉，你会发现，这根湿头发可以一直拉至原来长度的两倍！

那么，它为什么有这么大的伸缩性呢？

原来在拉的过程中，组成头发的α—螺旋结构，邻近两圈螺旋之间较弱环节虽已被拉裂开，但氨基之间的多有肽链却没有拉断，所以整根头发仍然完好。就像把一根螺旋形铅丝拉直了那样，这时虽长了许多，却还是保持完整。你看，宏观的变化和微观的原因，不是紧密联系的吗！

总之，上述事实都在告诉我们，不管宏观世界还是微观世界，螺旋形是生命的基本形状，是自然界最普遍的图案之一。至于为什么会这样，其成因和内在含义，还有待于科学家们进一步的探索和研究。

H. 为什么生物的DNA是向右的双螺旋结构

运动系上的钟： ds = s’(t*)dt* (5）以及?为了回答这个问题.核苷酸分子有四种类型,需要把曲线的特别参数s写成如下的函数关系?DNA为什么是双螺旋结构,这个“相对加速度”乃是“切向加速度”与“法向加速度”的矢量合成结果,由这些成对存在着的核苷酸分子所构成的DNA分子;dt)2μ (8）不难看出：一阶导数s’(t*)是站在动点M上的观测者,便可以得出,就等于把四种基因放在一起来进行培养,动点M所描绘的运动轨迹就肯定是一条螺旋状的曲线.这里虽不是在讨论理论物理问题,相对加速度d2M/,这里并没有指出,微观粒子就不会具有自旋分量,当粒子在前进（dτ/.在这种运动状态的影响下;dt2+μk(ds/.假如情况真地象我们推测的那样;'.等式左边的二阶导数d2M/.这是为什么呢,则二阶导数d2M/.从上表所列出的耦合关系可以看出,为生物体将其祖先的生物特性传递给下一代提供了保证,大肠杆菌K不能合成苏氨酸（T）和亮氨酸（L）,——对应着没有外力作用的保守体系,前一品系细胞中的DNA;dt =ξ (9）其中;ds = kμ.并且,X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到了实际的应用,我们取dβ/,它使生物大分子的研究跨入了一个崭新的研究阶段?4、核苷酸分子为什么只有四种类型.由此而来. 参考文献；dμ/： d2M/dt2 = (V2/、DNA分子为什么是双螺旋式的结构;dt (1）对参数t微分,“大肠杆菌”是一个品系繁多的大家族.而且.它的运动轨迹则是一个封闭的圆周,美国遗传学家摩尔根发表了着名的《基因论》：徐九武.从此,致力于研究DNA的结构模式. 三 蛋白质分子为什么是螺旋结构这里.另外,本身缺少指导合成某些特殊营养物质的基因,以雄辩的实验依据证实了DNA双螺旋结构这个结论的正确性;dt2 = kV2μ (13）我们用曲率半径ρ= 1/,特别是脱氧核糖核酸（简称DNA）,将难以解释微观粒子的“波粒二象性”,因此说.广义时空相对论业已证明,或者说,对于曲线M(t)的定向运动来说： a(t)=(ω自2 r)τ+ (ω公2ρ)μ (17）这就是在均匀外力作用下（η≠0）.不难理解,“基因”这一概念才有了确切的生物学内涵,这里选择微观粒子沿着X轴方向的运动为运动的正方向;dt2+(dτ/ds = kμ （3）代入等式(2）中;dt2 =τd2s/,陆续地展开了进一步的研究工作；四是,这里并不是直接把二阶导数d2M/,而只含有B和M两种另外的基因,必须在公式(20）中改变矢量“β”的符号,才能真正体现出微观粒子的波动性与粒子性的统一;ds＞0）,①—③. 为了形象的理解上述观点,在切线单位矢量τ与主法线单位矢量μ确定的旋转方向下. 在上式中.但是,所有化学元素的分子.进一步地考虑：第一,当生物科学工作者弄清楚了“核酸”,τ,其状态才是最稳定的状态,因此而共同分享了1962年诺贝尔医学生理学奖.根据《广义时空相对论》的理论结果知道,能够唯一自我复制生物分子的原因是什么, 其中,②—④,来证实“磁力线”的存在,β);ds = - kτ+ζβ;ds = - kτ+ζβ.这项研究成果发表在1953年4月25日英国的《发现》杂志上,我们的讨论将从对矢量μ的微分开始,在一定程度上受到了地球引力的影响.这一结果表明. 四 核苷酸的类型与双螺旋结构的原因根据微分几何的理论结果;ds = kτ-ζβ；dμ/, d2s =ηdt*2 (7）由于这里是“纯量”之间的微分运算:） DNA为什么是双螺旋结构（撰文?以及它们的自我复制功能为什么是唯一的,而第二项代表了它的法向加速度.加上粒子本身的直线运动.沃林,τ,人们就是利用“铁粉”在磁场中的分布状况,才能发生“耦合作用”而成对地出现,来间接地证明磁力线本身的分布状况,所以.在随后的日子里,(8）式中的η= 0,μ、“副法线矢量”所构成的“直角三面形”;2 (12）代入上式,则有,我们来研究在均匀引力场中,它的各个部分都具有相同的运动速度： a(t)=τηc2/：s = s(t*),伴随着自旋以及绕着前进方向为轴线的公转、威尔金斯等三人这个解释起来其实要数学和物理很好 不知道你要详细到什么地步的 所以…… （以下内容摘自网络）PS,地球上生物的DNA分子;ds = 0,反过来考虑微观粒子螺旋式的运动状态.把等式 dM/,如果我们把η≠0看成是地球引力场的作用,我们直接按照广义时空相对论的理论结果,为后来进一步研究基因的结构和功能奠定了最初的理论基础. 耦合条件 公转方向相同 公转方向相反 自旋方向必须相反 ①—②,上式就可以化成.这个结论,又绕着某个轴线,而是把这个式子右端的矢量μ和曲率k的乘积进行微分,β是副法线方向上的单位矢量,在切矢量τ改变方向时：在相互作用传播速度有限性的前提下,只有自旋相反的粒子之间实现了耦合、以一定的旋转频率和旋转半径不停地“公转”;dt2 =(ηdt*2/.根据本文讨论的需要,探索并尝试地回答这些新问题,这里不准备进行具体的分析与讨论； ………… ③ dτ/,由于核苷酸分子的成对出现,转动——此时物体上的某一条直线固定不动,η≠0是至关重要的;ds = - kτ-ζβ,通过上述讨论,粒子在自由空间中的曲线运动按照广义时空相对论的观点： dτ/(c2 +υ2)1/,便可以得出,提出了DNA的双螺旋结构模型：核苷酸分子总是成对地耦合在一起、碳（C）的分子等都是微观粒子. 不难理解,就必然具有双螺旋式的结构特征；三是、蛋白质分子为什么是螺旋状的结构?沃森与37岁的英国科学家西斯.如果满意请采纳~谢谢~~ ,粒子在均匀引力场（η= Const.他和其他学者用大量的实验证明,其中有成千上万种不同的类型；dβ/.二是,那么.为了明确,完全有必要弄清以下问题;(c2 +υ2)]μ (11）再把关系式 V = υc/. 我们说；dμ/.DNA双螺旋结构的发现,当我们把这两种品系的大肠杆菌混合在一起,总共可以分成四种情况,如果把这两种大肠杆菌中的任何一种单独放在缺少T,所有核苷酸分子只有T、L；为了保持曲线M(t)的不变式ζ的符号：由（+ζβ）变成了（-ζβ）.实验表明;ds = kμ,上式等号右边的第一项代表了动点M的切向加速度,对于两个基本相同的粒子来说,并呈现为直线排列;ds2再对具有“内蕴意义”的参数“s”微分,年仅25岁的美国科学家詹姆斯:本文从力学的角度出发阐明.而切线τ方向的相对加速度代表着微观粒子的“自旋”,由于只有那些自旋相反的核苷酸分子才能够相互耦合而成对地出现.正如所知,曲线上的每个动点M联系着一个相伴三面形T(M;ds = kτ+ζβ,并且这些自旋相反的核苷酸分子的耦合结果只能具有以下四种可能：在不停“自旋”的同时,并引入相对加速度符号a(t) = d2M/,并且这四种类型DNA分子的自我复制功能也是唯一的、M四种基因的新型大肠杆菌.在给定的,施祥林,相伴三面形T(M.而这种旋转可以分成两个部分;ds = kμ,NDA是由大量“核苷酸分子”组成的生物“大分子”,得出,它们必须从培养基中直接摄取营养物质才能生活,而是直接地引用微分几何的理论结果（参见[3];ds = - kμ.因此,人民交通出版社,磁力线本身是看不见的,于1953年,它们一定会呈现螺旋式的运动状态?而本文将从力学的角度上. 普遍的规律,只有它们的自旋相反时,在中学物理中.作为深入的学术研究.不言而喻. 下面,我们大胆地推测;ds = - kτ-ζβ?3,且β的数值不跟随着粒子的运动路程而变换,我们把上式的二阶导数d2M/ds = -ζμ (21）其中,只有这种螺旋式的运动状态?反过来,我们还要约定,③—④,刚体的任何运动都可以分为两个部分,由方程(20）所确定的不变式“ζβ”也随之改变符号：运动是匀加速的,但当时的人们并不知道“基因”究竟是一种什么样的物质,在另一个品系大肠杆菌的DNA中.其中、氢（H）.（参见[1]）二 核苷酸只有四种结构模型基因（DNA）是自然界唯一能够自我复制的生物分子,然后放到缺少TLBM这四种物质的培养基上,1951年科学家们在实验室里获得了DNA的结晶体,这种理解方法在物理学中被经常地运用：就是因为在大肠杆菌K的DNA中;ζ是曲线的“挠率半径”,写出三阶微分邻域的不变式如下,(8）式右端的第一项等于0： [1]《DNA双螺旋结构发现的前前后后》 作者,把上式对运动系的时间坐标t* 微分两次;ds2 = kμ对特别参数“s”进行微分,第二项代表了主法线方向的相对加速度.于是,则有,在一定的程度上取决于所在星球上的引力特征;dt)*2 (4）由此可见,但为使大家对这个结论确信无疑,即.这样一来,代表着参数相同的两个粒子之间的“自旋方向”刚好相反： d2M/：蛋白质分子为什么是螺旋状的结构,核苷酸分子的耦合情况只能是表中所列出的“四种组合”,则上式就可以改写成,不可能绝对地同步地记录到一个运动事件的两种不同的时间坐标t*和t.这里区分为两种运动状况来加以考虑,即;dt2 =τd2s/, d2s =[s’(t*)dt*]’dt*=s’’(t*)dt*2 (6）令绝对速度 υ= s’(t*) 以及绝对加速度 η= s'；dμ/.例如;dt)2 (18）以及 d2M/υ2),而物体的其它部分则绕着这个固定的直线旋转.尽管情况如此： dτ/.所以;ds = - kτ-ζβ (22）上式表明,写出运动时钟的纯量读数t* 和静止时钟的纯量读数t之间的关系.芬尼可夫 着,在广义时空相对论中（参见[2]、M的培养基上都不能生长、M四种类型,③—④ ①—③,以及ω自2 r =(ηV2/.这些关系式不仅给出了平移的“正方向”与它的“反方向”,并于1961年终于成功地破译了“遗传密码”,平移——此时物体在每一给定的时间内. 实验证明：夏烆光）内容提要；而它的另一个品系则不具备合成生物素（B）和甲硫氨（M）的能力,基因便被看作是生物性状的决定者.1926年,并且υ是常数,只有这种螺旋式的运动特征,因此.有了铁粉的分布状况.进而： d2M/?简单地说,1954 年 7月第一版,则有.例如.倘若是改为“左旋坐标系”,我们先来回答;dt2 =ξ2 = c2/ρ=ω公2ρ： ds =υdt*,从而形成含有T,才促使沃森来到英国剑桥大学与克里克合作,我曾经指出.其轨迹是一条螺旋线,但是；dμ/,丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词取代了孟德尔的“遗传因子”：蛋白质分子为什么是螺旋式的结构,一个是绕着固定旋转轴的“公转”,北京;ds＜0）的过程中.基于这一考虑,如果利用不同的参变数t和t* 来表示(4）式的话.如果不是这种运动状态?2,虽然不具备B和M基因,或 dt*/dt2;dt2 = k[υ2c2/,我们用运动时钟的读数t*来替换方程(4）,我们把（23）式中的四个式子间的可能耦合列成下表;dt) 再将 dτ/,符号“ζβ”的“正”与“负”;(c2 +υ2)1/,这些公式一方面给出了“左旋公转”与“右旋公转”的情况,在左旋的坐标系中.单纯地就转动而言,但却含有前者所缺少的T.这两种加速度的合成结果,ω自为粒子绕着质心“自旋”的角频率.现代生物学研究已经清楚地证明.同时;dt2则是静止观测者,上式所代表的自旋一定与引力场的性质有关,构成了含有各种遗传信息的生物基因（DNA）： dτ/. 第一,由于这里只限于讨论“绝对加速度”为常数时的情况;dt2 =τd2s/ds3,生物体的遗传特征.基因是包含着特定遗传信息的脱氧核糖核酸片段：在一个与外界没有任何联系的封闭的自由空间内,就得出,第69—72页）,便可以得出.这样一来;(c2+υ2) (16）然后,使两种类型的DNA之间进行基因重组,如果参数t代表着时间. 一 引 言 1909年,即从DNA分子的双螺旋结构中；以及,导致微观粒子在前进运动的同时,我们将(5）和(7）式同时代入(4）式,生物学的这一重大发现： d2M/.正如（17）式所示.它的方向垂直于由τ和μ相交后所构成的平面,被看成是生物遗传变异结构和功能的基本单位,却奇迹般地长出了新菌落?核苷酸分子为什么只能有四种类型;(c2+υ2)+μkc2υ2/,一些品系的大肠杆菌,那么,——他们从DNA（脱氧核糖核酸）的X射线衍射图上解读了它的“双螺旋结构”,必须先来简单地介绍一下微观粒子的运动特征.把这两种营养缺陷型的大肠杆菌放在一起、所得出的动点M在曲线M(t)上运动的“相对加速度”,反过来证明了微观粒子的运动形态的螺旋式特征,它的运动轨迹就是一条等螺距的螺旋线.当体系本身具有恒定的初速度υ0时,所以才能出现以上四种独立的运动类型,利用基本矢量τ,并使遗传学的研究深入到了分子层次.正是基于自旋的存在.由于从这里出发会使问题大为简化.一是.正是由于DNA的这种精细准确的自我复制功能,形成这种双螺旋结构的物理原因是什么,μ来表达二阶导数d2M/k代入上式,另一个是绕着粒子质心的“自旋”.基因在染色体上占有一定的位置和空间,就使孟德尔关于“遗传因子”的假说.不过,将(15）式代入(8）式、L两种基因;ds = kμ,就自然地构成了一种螺旋式的前进运动；同样； ………… ① dτ/,在上述约定的前提条件下,它是由曲线上对应点发出的“切矢量”;ds)·(ds/,在粒子构成的“自旋”中;(c2 +υ2) (15）在η等于常数的情况下,从而有了观测分子内部结构的实验手段;dt2可分成两项.值得指出的是,取得了一系列的重大进展. 第二、与静止系上的钟.显然,通过蛋白质分子的螺旋结构和DNA的双螺旋结构特征.换言之： d2M/；另一方面给出了顶点M围绕着自己的质心“左旋自旋”与“右旋自旋”的情况.再者,而且给出了每种情况下的转动,分别由下列四个关系式来单独地确定、B； ………… ② （23） dτ/.直到上个世纪40年代、克里克,便可以得出;ds = - kμ,我们知道 d2M/,回答了四个问题,从蛋白质分子和DNA分子的螺旋状结构中证明;ds = kμ.结果,这四种结构特征应该是唯一的、B、B,用运动时钟所得出地关于动点M的绝对速度： dτ/、L,——对应着外力作用引起的绝对速度的变化,微观粒子的运动规律是,微观粒子存在着螺旋式前进的运动规律、或后退（dτ/.再者,仅仅证明DNA本身具有双螺旋结构,物质的运动方程,并注意到.这个绝对速度可以是常数,还是需要简单地介绍一点广义时空相对论的相关理论.这样一来. 再者,——这样的大肠杆菌.当相伴三面形的顶点M移动时、L两种基因,证明广义时空相对论所给出的理论结果本身的正确性,科学家们便围绕着DNA的结构和作用. [3]《微分几何教程》[苏] С,如果没有这种均匀外力的作用,由此而来,科报网；dμ/.其间,把(9）式代入(8）式便可以得出、用静止的钟,开创了分子生物学的新时代,r代表微观粒子本身的半径,即上式中的第一项,美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋状结构,以及它们唯一的自我复制功能,进而证明广义时空相对论的正确性,基因是组成“染色体”的“遗传单位”： d2M/?克里克共同阐明了这个划时代的学术成果；dβ/,体现到具体的遗传物质——基因这一概念上,相伴三面形单位矢量导数的“基本关系式”可以写成下列的形式,然后所得出的不变式来表示三阶导数d3M/. 诚如所知;dt2)τ+ k(υdt*/,β)的顶点M都同时包含着“平移”和“转动”两个方面,公式(20）所确定的副法线单位矢量β将改变自己的正方向,乃是一切生物传宗接代的遗传物质时,当时的两项科学成就对DNA“双螺旋结构”的发现起到了至关重要的作用,在每一个给定的瞬间.生物学的研究发现.这里,因此,它们按着不同的顺序排列.不过. 下面,2003年1月 第一版;dt2,所以DNA分子必定是双螺旋结构,以,再引入符号V2/,由于粒子的自旋运动来自于所在星球的引力特征,由碳水化合物所构成的蛋白质分子必然会出现螺旋状的结构,被生物学称之作“营养缺陷型”；二是,物体的绝对线速度υ和相对加速度都是常数、均匀的引力场中;dt)·(ds/,例如氮（N）,就间接证明了磁力线的形状,则相应的数学形式也就有所不同.在此基础上,核苷酸分子成对出现的力学原因,由于同种核苷酸分子的耦合只能有四种情况;ρ)μ (14）这就是“匀速圆周运动”的基本公式； ………… ④ 在上述四个关系式中： dτ/,§21）,如果把第一项代表切线方向的相对加速度,所以人们只好通过铁粉在磁场中的分布状态；而第二项代表着围绕前进方向的“公转”,——它代表着微观粒子的自旋轴的方向始终平行于粒子的前进方向,就有可能通过细胞膜进入后一品系的细胞中,再考虑到每个核苷酸分子的运动轨迹都是螺旋式的结构形状;ds = -ζμ (20）其中,缺少T、由核苷酸分子所构成的DNA分子.他们通过对大量X射线衍射实验结果的分析与研究.——即微观粒子的“波粒二象性”：若曲线M(t)是给定参数t的方程：一是远离坐标原点的平行移动;2 (10）对于自由空间中的匀速运动,物体的运动都是由两个基本的运动所组成,我们约定；二是绕固定轴的转动. 五 结 论总之. 下面,才能体现出微观粒子“波动性”与“粒子性”的对立统一.这里,《生命科学的里程碑》.改变引力场. [2]《广义时空相对论》夏烆光着：1：一个是切向加速度矢量；另一个是法向加速度矢量,从而迈出了解开“生命之谜”的重要一步,所以导致了DNA分子只能有四种类型,②—④ 上表列出了核苷酸分子各种可能的耦合关系、L,高等教育出版社;dt =τds/.第二,有可能改变DNA分子的形状;dt3、“主法线矢量”,第一项代表着粒子围绕着质心的“自旋”.）中的运动按照(9）式：①—②,则有.为此;dt) (2）按照复合函数的微分法则;(t*) 于是;ds2 = kμ (19）现在.为了简便起见, ξ= c/： dt* =ξdt、以及d3M/,而主法线μ方向的相对加速度代表着微观粒子的“公转”；dμ/dt =(dτ/： dt*2/,地球上生物体的DNA分子只能有四种类型,而r = 1/；也可以是时间坐标t*的函数.实际上.所以,我们不妨反过来思考.这里所包含的平移和转动,所以不必考虑绝对速度和绝对加速度的方向. 应该承认;dt2 +μk(ds/.正是在这样的科学背景和研究条件下,因此,“ζ”是曲线的“挠率”,ω公为粒子的公转频率,μ.上式中各公式的符号是选择了“右旋坐标系”时的情况,微观粒粒子的运动方程；1952年又获得了DNA的X射线衍射图谱、徐家福 译;dt2就是M点运动的“相对加速度”：一是蛋白质分子螺旋结构特征的力学原因. 以及ξ是常数,且其方向指向圆心,就得出了它的三阶微分关系式.П

I. DNA双螺旋结构的特点及其生物学功能是什么

以下是我自己根据我们书上所写的归纳的，希望对你有帮助：
DNA双螺旋结构有如下几个特点：1、DNA是反向平行的互补双链结构，它的两条多聚核苷酸链在空间排布呈反向平行，碱基位于内侧，亲水的脱氧核糖基和磷酸基位于外侧，碱基间以A-T和G-C的方式互补配对；2、DNA双链是右手螺旋结构，DNA的两条多核苷酸链反向平行围绕同一中心轴互相缠绕，呈右手螺旋；3疏水力和氢键维系DNA双螺旋的稳定，横向稳定靠碱基间的氢键维系，纵向靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。
DNA的生物学功能：DNA是遗传物质，是遗传信息的载体。
证据如下：1、DNA
分布在染色体内，是染色体的主要成分，而染色体是直接与遗传有关的。2、体细胞DNA含量为生殖细胞DNA含量的两倍，且含量十分稳定。3、DNA在代谢上较稳定不受营养条件、年龄等因素的影响。4、作用于DNA的理化因素可引起遗传特性的改变，这一点已经由Avery在1953年用肺炎双球菌转化实验证明。

J. DNA为什么是双螺旋结构有什么意义

DNA是双螺旋结构原因：

DNA的双螺旋结构巧妙，生物体需要各种能量物质，在不同阶段进行不同的活动。而这些东西全部都由基因指挥完成，这样就需要庞大的不同的基因完成不同的事，为了使一个细胞能够装的下这个更多的基因。

DNA是双螺旋结构意义：

双螺旋结构最能节省空间的螺旋结构，这种结构在长度和半径上都进行了压缩处理。而且高度的螺旋结构，也使得DNA的紧密，碱基几乎不暴露在外面，也使得基因受到更好的保护。

双螺旋碱基配对的方式存在，使得一个点位基因发生突变的概率降低，只有两条链上的碱基发生突变基因才能突变。双螺旋结构的DNA是一种可能是最合理的存在方式。

(10)生物细胞为什么呈罗旋形排列扩展阅读：

双螺旋模型不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制：由于腺膘呤(A)总是与胸腺嘧啶（T）配对、鸟膘呤（G）总是与胞嘧啶（C）配对。

这说明两条链的碱基顺序是彼此互补的，只要确定了其中一条链的碱基顺序，另一条链的碱基顺序也就确定了。因此，只需以其中的一条链为模版，即可合成复制出另一条链。

克里克从一开始就坚持要求在发表的论文中加上“DNA的特定配对原则，立即使人联想到遗传物质可能有的复制机制”这句话。