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日志

 
 

命运的旋梯——DNA双螺旋结构发现记(六)  

2007-02-27 10:52:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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命运的旋梯(六)
——DNA双螺旋结构发现记
 
原作美国《时代》周刊 Michael D. Lemonick
编译 陈林

DNA分子只可能是螺旋结构。在乘火车回剑桥的途中,沃森得出了结论,以核糖—磷酸为骨架的双螺旋结构比三螺旋结构更合理。“当我骑车回到校园,翻越实验室的后门,我决定要搭建一个双链模型。弗朗西斯肯定会同意我的想法的。尽管他是一名物理学家,但他知道重要的生物部件总是成双成对地出现的。”

让沃森感到兴奋的不只是弗兰克林清晰的衍射图谱,还有那些纹路每隔34埃(1埃等于一百亿分之一米)重复一次的规律——这是极其重要的数据,使得沃森和克里克能够计算出DNA分子螺旋的角度。更妙的是,弗兰克林的衍射图谱证明:附着在“骨架”上的碱基是一个个整齐地堆放在一起的。

但是碱基是在两个“骨架”的内侧还是外侧呢?碱基位于内侧看起来更为合理,因为只有这样碱基承载的遗传密码才比较容易传递。沃森研究了好几天,一直找不到一个合适的化学方法来证明这一点。最后,他不管三七二十一,按照自己的想法开始搭建模型了。沃森在回忆录中写道:“我把那个极其令人憎恶的、‘骨架’在中间的分子模型拆掉了。我想,再花几天时间搭建一个‘骨架’位于外侧的模型不会有什么损害吧。”不过这样做,必须考虑两个“骨架”上对应的碱基究竟是如何联系在一起的。沃森当时没想这么多了,他又动手干了起来。

1953年2月8日,克里克邀请维尔金斯和沃森共进午餐,席间他们讨论了几件重要事情。首先,邀请维尔金斯加入搭建模型的行列。其次,也是最重要的一点,维尔金斯告诉克里克和沃森,国王学院的科学家正准备向研究项目的赞助方——医药研究委员会提交一份有关DNA分子结构研究的报告。由于这份报告并不是什么机密文件,沃森和克里克很快拿到了这份报告。报告提供了一些非常重要的研究线索,如指出DNA分子结构很特别,是两条链朝向相反的对称结构。

报告没有说明两条链上的碱基是如何联系在一起的,沃森只得自己动手,拿碱基一个一个地配对。一开始,他用一条链上的碱基去配另一条链上的相同的碱基,即A配A,T配T,C配C,G配G。从碱基的化学性质上来看,这样做似乎有道理,可是这样装配起来的分子模型非常难看,碱基对有大有小,参差不齐,有些对应的碱基甚至无法连接在一起。沃森拿着这个模型去咨询在卡文迪什实验室做访问学者的美国晶体衍射专家杰瑞·唐纳休(JerryDonohue),唐纳休告诉他,一个碱基可以和不同的碱基搭配,沃森的搭配方式是生搬硬套教科书,而教科书偏偏说错了。

沃森和克里克又钻研了一个星期,这才知道唐纳休是对的。卡文迪什实验室这时已经没有足够的模具了,急不可耐的沃森于是自己动手剪纸板。1953年2月27日,沃森用了一个下午的时间剪出了一大堆简陋的碱基模具,然后出门看电影去了。

2月28日,沃森开始用纸板模具搭建DNA分子模型。一开始,他又重复了老套路,用相同的碱基配对。这时,沃森的灵感来了。沃森在回忆录中写道:“我突然意识到,A和T用两个氢键结合在一起,C和G用两个氢键结合在一起,这时两组碱基的体积是一样大小的。”碱基只有如此配对,DNA分子的“骨架”才不会变得奇形怪状。如果A必须和T配对,那么A和T的数量应该是一样,C和G也是这样。查哥夫不是早就说过腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量吗?

沃森写道:“更令我感到兴奋的是,这样的双螺旋结构可以说明DNA复制的程序。A与T配对,C与G配对,这说明两条链上的碱基序列是互补的,只要知道一条链上的碱基序列,就很容易弄清楚另一条链上的碱基序列。从理论上来说,这使人很容易想象一条单链在另一条互补链的形成过程中可以如何充当模板的角色,确定互补链上的碱基序列。”

沃森再次向唐纳休咨询,唐纳休认可了沃森的想法。大约40分钟后,克里克也来了,他也认为沃森的想法有道理。现在,只剩下一些细节问题要解决了。沃森担心1951年的那次愚蠢的错误会再次重演,变得有点神经过敏了。他在回忆录中写道:“当我和弗朗西斯走进老鹰酒吧去吃午饭,弗朗西斯用在座所有人都能听见的声音大声嚷嚷说,我们发现生命的秘密了。闻听此言,我感到一阵反胃。”

可是,他们真的成功了。沃森和克里克几天后才将这一消息告诉维尔金斯和弗兰克林,但他们从来没有对弗兰克林说,她的衍射图谱起了关键性的作用。1953年4月25日,英国《自然》杂志登载了沃森和克里克的论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》,DNA的双螺旋结构从此举世皆知。论文以这段著名的句子为开头:“我们将向大家介绍脱氧核糖核酸的分子结构,这个奇特的结构在生物学上有着极其重要的意义。”这篇仅仅一页的小论文将生物科学研究的视野一下子从细胞水平推向了分子水平。

回想起来,沃森和克里克的重大发现来得实在太容易又太惊险了。保林、维尔金斯、弗兰克林或别人都有可能在那一段时间里取得成功,然而我们今天纪念的却是沃森和克里克。克里克在他的回忆录中恰当地总结了原因:

“我认为,吉姆和我应该得到的最大赞誉是:我们选对了研究方向,并且持之以恒地钻研。没错,我们的确是在一片混乱中找到金子的,但最根本的事实是:我们一直在挖金子。”

(全文完)
 
 
命运的旋梯
——DNA双螺旋结构发现记
 
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 1962年,沃森、克里克和维尔金斯3人共同获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。

    沃森于1956年接受哈佛大学之聘,担任生物系助理教授。他的实验室培养了一大批优秀的分子生物学家。1968年,沃森兼任纽约长岛冷泉港实验室总裁,这个实验室堪称分子生物学者的圣地。
 
   克里克(1916—)在发现DNA双螺旋结构后,继续研究蛋白质、意识和生命起源等重大课题。
 
弗兰克林于1958年37岁时英年早逝,没能获得诺贝尔奖。
 
 
 
 
 
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