DNA双螺旋结构的提出及验证

DNA双螺旋结构的提出及验证

DNA双螺旋结构的提出开始便开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。在以后的近50年里，分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。

1 DNA双螺旋结构-简介

1.1 DNA双螺旋结构

1952年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫（E.chargaff，1905—）测定了DNA 中4种碱基的含量，发现其中腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。这使沃森、克里克立即想到4种碱基之间存在着两两对应的关系，形成了腺膘呤与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的概念。

2 DNA双螺旋结构的发现

2.1 DNA双螺旋结构的提出者

1953年2月，沃森、克里克通过维尔金斯看到了富兰克琳在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体X射线衍射照片，这一下激发了他们的灵感。他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构，而且分析得出了螺旋参数。他们采用了富兰克琳和威尔金斯的判断，并加以补充：磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架，方向相反；碱基在螺旋内侧，两两对应。一连几天，沃森、克里克在他们的办公室里兴高采烈地用铁皮和铁丝搭建着模型。1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了。

2.2 DNA双螺旋结构的确定

2.2.1建立DNA双螺旋结构

Rosalind Franklin（1920～1958）拍摄到的DNA晶体照片，为双螺旋结构的建立起到了决定性作用。但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究成果被承认之前就已凋谢。Franklin生于伦敦一个富有的犹太人家庭，15岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945年，当获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术。她深受法国同事的喜爱，有人评价她“从来没有见到法语讲得这么好的外国人。”

1951年，她回到英国，在剑桥大学国王学院取得了一个职位。那时人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。就在这时，Franklin加入了研究DNA结构的行列，然而当时的环境相当不友善。她开始负责实验室的DNA项目时，有好几个月没有人干活。同事Wilkins不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她。他把

她看做搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几乎不讲话。当时的剑桥，对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在高级休息室里用午餐。她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、交换新理念、触发灵感极为重要。

Franklin在法国学习的X射线衍射技术在研究中派上了用场。X射线是波长非常短的电磁波。医生通常用它来透视人体，而物理学家用它来分析晶体的结构。当X射线穿过晶体之后，会形成样一种特定的明暗交替的衍射图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何排列的。Franklin 精于此道，她成功地拍摄了DNA晶体的X射线衍射照片。

2.2.2研究DNA双螺旋结构

Watson和Crick也在剑桥大学卡文迪许实验室进行DNA结构的研究，Watson在美国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学研究的，他们希望通过噬菌体来搞清楚基因如何控制生物的遗传。派他出国学习并没有生硬地规定课题，甚至他从一个国家的实验室到另一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了Wilkins 的学术报告，看到DNA的X射线衍射图片后，认定一旦搞清DNA的结构，就能了解基因如何起作用。于是他不等批准，就决定先斩后奏从丹麦去伦敦学习X射线衍射技术了。至于Crick，他是个不拘小节又相当狂妄的聪明人，不太受“老板”Bragg欢迎，甚至一度有可能被炒尤鱼。但是，当因为学术问题引起的误会消除后，老板照样关心他的工作，在那篇划时代的论文写成后，Bragg认真修改并热情地写信向《Nature》推荐。这种现象在一个以学术为重的研究机构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。

Watson擅自选择，后来和Crick一起在那里做出划时代贡献的研究机构，在当时已经是一个闻名全球的单位———英国剑桥大学卡文迪许实验室。这个实验室创立于1874年，麦克斯威尔、卢瑟福、玻尔等一批物理学大师都在这里工作过。创立至今，先后造就了近30位诺贝尔奖获得者。早在20世纪初，物理学家汤姆森领导这个实验室时，就形成了一个“TeaBreak”习惯，每天上午和下午，都有一个聚在一起喝茶的时间，有时是海阔天空的议论，有时是为某个具体实验设计的争论，不分长幼，不论地位，彼此可以毫无顾忌地展开辩论和批评。历史证明这种文化氛围确实有利于学术进步，所以这种习惯现在已经被国外许多大学和研究机构仿效，就连国际学术会议的日程安排中，这个节目也是必不可少的。近十几年来，国内个别大学和科研单位的领导人也在试图推广这种做法。如果能够长期坚持下去，必有收获。在卡文迪许实验室里，Watson遇到了物理学家Crick，又得到机会向Wilkins、Franklin等X射线衍射专家学习，还有包括著名蛋白质结构专家的儿子在内一批科学家和他经常交换各种信息和意见，又得到实验室主任Bragg等老一辈的指导和鼓励，这些都是他取得成就的重要因素。而直接导致Watson集中精力从事DNA结构研究的契机，则是他得到美国主管部门资助去参加在拿不勒斯召开的学术会议，在那里他看到了Wilkins的X射线衍射图片。

2.3 创新

创新者必须破除迷信，敢于向权威挑战。1953年的Watson和Crick都是名不见经传的小人物，37岁的Crick连博士学位还没有得到。受到前人的影响，他们原来按照3股螺旋的思路进行了很长时间的工作，可是既构建不出合理模型，也遭到结晶学专家Franklin的强烈反对，结果使工作陷于僵局。在发现正确的双股螺旋结构前2