核酸的分子结构

核酸的分子结构

脱氧核糖核酸的结构

我们希望提出一种脱氧核糖核酸盐（DNA）的结构。这种结构具有新的特征，具有非常大的生物学意义。

核酸的结构已经由Pauling和Corey提出。他们在出版前友好地给我们提供了手稿。它们的模型由三条相互缠绕的链组成，磷酸盐在DNA链的轴附近，碱基在外侧。我们认为，这种结构令人不满意的原因有两个：（1）我们认为，给出做X射线衍射实验的材料是脱氧核糖核酸盐，而不是游离的核酸。没有酸性的氢原子，还不清楚什么力能使结构保持在一起，特别是靠近轴的带负电荷的磷酸盐会相互排斥。（2）一些范德华距离似乎太小。

另一个三链结构也被Fraser提出（研究成果正在印刷）。在他的模型中，磷酸盐在外面，碱基在内部，通过氢键连接在一起。所描述的这种结构是很不清楚的，因此我们将不予置评。

我们希望对脱氧核糖酸的盐提出一种完全不同的结构。这种结构有两个螺旋DNA链，绕同一个轴盘旋（见图）。我们作出了通常的化学假设，也就是说，每个链由β-D-脱氧核糖核糖残基在3’，5’处连接磷酸二酯基组成。这两个链（除了碱基部分）两两配对并垂直于中轴。两条链都遵循右手螺旋规则，但是由于两两配对，两条链中的原子序列方向相反。每个链条都与Furberg的第一个模型大致相似，即碱基位于螺旋的内部，磷酸盐位于外部。糖及其附近的原子的构型接近于Furberg的“标准构型”，糖大致垂直于连接的碱基。在Z轴方向上每3.4 A有一个残基。我们假定同一链中相邻残基之间的夹角为36°，则每条链上每10个残基，即在34A之后，出现重复结构。磷原子与纤维轴的距离是10A。由于磷酸盐在外面，阳离子很容易接近它们。

该结构是值得商榷的，它的水含量较高。在水含量较低的情况下，我们预测碱基会倾斜，从而使结构变得更紧凑。该结构的新颖特征是两条链通过嘌呤和嘧啶碱基保持在一起。碱基平面垂直于中轴。它们成对地连接在一起，一个链的单个碱基与另一个链的单个碱基通过氢键结合，因此两个碱基以相同的z坐标并排排列。为了有效结合，碱基对中的一个必须是嘌呤，另一个必须是嘧啶。氢键的形成如下：嘌呤位置1对应嘧啶位置1；嘌呤位置6对应嘧啶位置6。

如果假设碱基只以最合理的互变异构形式出现(即酮式而非烯醇式)，则发现只有特定的碱基对才能结合在一起。这些碱基对是：腺嘌呤与胸腺嘧啶，鸟嘌呤与胞嘧啶。

换句话说，如果碱基对中的其中一个碱基是腺嘌呤，根据这些假设，另一个必须是胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶也是如此。单链上的碱基序列不受任何限制。然而，如果仅能形成特定的碱基对，则如果给定一个链上的碱基序列，则自动确定另一个链上的碱基序列。

实验发现，在DNA中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的比例以及鸟嘌呤与胞嘧啶的比例总是非常接近统一。

用核糖代替脱氧核糖来构建这种结构是不可能的，因为额外的氧原子会使范德华距离太近。

以前公布的脱氧核糖核酸的X射线数据不足以对我们的结构进行严格的测试。据我们所知，它与实验数据大致相符，但必须把它看作未经证实的假设，直到用更精确的实验结果进行检验。其中一些在下面的通信中给出。当我们设计我们的结构时，我们并不知道下面给出的实验结果的细节。我们的理论主要基于我们的思考，并不完全依赖于公布的实验数据和立体化学理论。

我们注意到，我们假设出特定碱基配对，这种规则立即揭示了遗传物质的一种可能的复制机制。

该结构的全部细节，包括建造时假定的条件，以及原子的一组坐标，将在别处公布。

我们非常感谢Jerry Donohue博士不断的建议和批评，尤其是原子间距离。我们还被伦敦国王学院的M.H.F.威尔金斯博士、R.E.富兰克林博士及其同事关于未公布的实验结果和想法的一般性质的知识所鼓舞。Watson得到了来自全国小儿麻痹基金会的帮助。

J. D. W ATSON

F. H. C. C RICK