第 / 94页
五、DNA的双螺旋结构模型
在列文弄清了细胞核的化学构成之后，另一连串新的问题也随之产生。核酸分子是如何装配成长链的？这些长链为什么会像毛线团那样缠绕成细胞核？这种细胞核又是如何自我复制的？它是通过什么途径来制造自己的酶蛋白的？它们同氨基酸所组成的肽链是什么关系？它们是怎样携带遗传基因的？这些问题当时还远远没有弄清。
1944年，加拿大的埃弗里（Os wald Theodore Avery，1877～1955）等人把列文的研究成果同遗传学结合起来，肯定了遗传基因同脱氧核糖核酸的内在联系，指明植物与动物的遗传基因都与DNA的自我复制有关，DNA蕴藏着该生物的全部遗传暗语或密码。
1951年，美国的威尔金斯（Maurice Wilkins，1916～2004）率先采用X射线来研究DNA的内部结构，从一张DNA纤维的X射线衍射照片上可以看出，DNA的结构形态犹如一条螺旋形的大分子链。同年，他又与另一位女同事罗莎琳德•富兰克林（Rosalind Franklin，1920～1958）拍摄了更为清晰的X射线衍射图片，发现DNA是同轴的双链螺旋结构，他们还测量出了这种双螺旋体的直径和螺距。与此同时，美国的鲍林（Linus Carl Pauling， 1901～1994）与科里（Robert Brainard Corey，1897～1971）合作，研究蛋白质分子的结构形态，发现多肽链分子有a和c两种螺旋体结构，这些研究为分子生物学的深入发展打下了坚实基础。
1953年，英国人克里克（Francis Harry Compton Crick，1916～2004）同美国人沃森（James Dewey Watson，1928～ ）合作，设计出了第一个DNA核酸分子链模型，它类似于一种旋转楼梯，称为双螺旋结构（见图12－26），这种DNA双螺旋模型登载在1953年4月份的《自然》杂志上。
图12－26中的“楼梯扶手”由脱氧核糖D和磷酸P交错排列组成，简称为糖磷酸扶手，扶手的间距约20×10-10米。每一节糖磷酸扶手各拖带一个不同的碱基尾（A、G、C、T），组成半截横向的核苷酸梯杠。按A—T、C—G型碱基互补配对原则，两个半条核苷酸梯杠通过氢键形成碱基对，尾对尾地交合在一起，连成一整条核苷酸梯杠，横排在糖磷酸扶手之内。每根梯杠之间大致等距，但排列的角度相隔36°（参见彩色插图五十三），这使扶梯自然扭曲，每十根梯杠间，就扭转360°，形成一个螺旋周期。若干个螺旋周期组成一段DNA螺旋链，不同长度和不同排列顺序的DNA链决定了不同生物的细胞核，人体中每一个细胞核所包含的DNA链，约由15亿阶核苷酸梯杠组成。若每秒钟绕旋梯爬上一阶，得用48年才能爬到旋梯的顶端。医院显微镜中所见人体细胞中的染色体，便是由这种DNA链折叠、压缩而形成的。
图12－27的右段正在解旋，并以上部的母链为模板，进行新的碱基配对，即解旋出来的T尾，一定会另外找一个A尾相交合，G尾也必然再找一个C尾相交合，而且自动拉引一节节散乱的糖磷酸扶手，组成新的横向核苷酸梯杠。图12－27右图的下段为新形成的DNA子链，这条子链同上段的母链完全一样，是完全按母链的模板复制出来的。这样，一个DNA分子片段就变成了两个完全相同的DNA分子片段。DNA分子不断解旋，又不断复制，这样就不断产生新的螺旋扶梯，以达到细胞核不断分裂增殖的目的，这便是生物最基本的自复制过程。把它扩大以后，就是生物生长繁衍的过程。
如果说是列文最先钻进细胞核内的话，那么列文仅仅看清细胞核内装了些什么，而并不知道是怎样装的。克里克与沃森虽然也不确切知道细胞核内的物质组装方式，但他们提供的这种双螺旋结构模型却能很好地说明生物的生殖遗传现象，而且同威尔金斯和富兰克林以X射线衍射图谱所作的结构分析极相吻合。克里克与沃森的研究成果已成为人类探索生命本质的里程碑，他们的双螺旋结构模型已被扩放成巨大的雕塑，矗立在世界各大城市的闹市区（包括北京海淀的中关村）。
1944年，加拿大的埃弗里（Os wald Theodore Avery，1877～1955）等人把列文的研究成果同遗传学结合起来，肯定了遗传基因同脱氧核糖核酸的内在联系，指明植物与动物的遗传基因都与DNA的自我复制有关，DNA蕴藏着该生物的全部遗传暗语或密码。
1951年，美国的威尔金斯（Maurice Wilkins，1916～2004）率先采用X射线来研究DNA的内部结构，从一张DNA纤维的X射线衍射照片上可以看出，DNA的结构形态犹如一条螺旋形的大分子链。同年，他又与另一位女同事罗莎琳德•富兰克林（Rosalind Franklin，1920～1958）拍摄了更为清晰的X射线衍射图片，发现DNA是同轴的双链螺旋结构，他们还测量出了这种双螺旋体的直径和螺距。与此同时，美国的鲍林（Linus Carl Pauling， 1901～1994）与科里（Robert Brainard Corey，1897～1971）合作，研究蛋白质分子的结构形态，发现多肽链分子有a和c两种螺旋体结构，这些研究为分子生物学的深入发展打下了坚实基础。
1953年，英国人克里克（Francis Harry Compton Crick，1916～2004）同美国人沃森（James Dewey Watson，1928～ ）合作，设计出了第一个DNA核酸分子链模型，它类似于一种旋转楼梯，称为双螺旋结构（见图12－26），这种DNA双螺旋模型登载在1953年4月份的《自然》杂志上。
图12－26中的“楼梯扶手”由脱氧核糖D和磷酸P交错排列组成，简称为糖磷酸扶手，扶手的间距约20×10-10米。每一节糖磷酸扶手各拖带一个不同的碱基尾（A、G、C、T），组成半截横向的核苷酸梯杠。按A—T、C—G型碱基互补配对原则，两个半条核苷酸梯杠通过氢键形成碱基对，尾对尾地交合在一起，连成一整条核苷酸梯杠，横排在糖磷酸扶手之内。每根梯杠之间大致等距，但排列的角度相隔36°（参见彩色插图五十三），这使扶梯自然扭曲，每十根梯杠间，就扭转360°，形成一个螺旋周期。若干个螺旋周期组成一段DNA螺旋链，不同长度和不同排列顺序的DNA链决定了不同生物的细胞核，人体中每一个细胞核所包含的DNA链，约由15亿阶核苷酸梯杠组成。若每秒钟绕旋梯爬上一阶，得用48年才能爬到旋梯的顶端。医院显微镜中所见人体细胞中的染色体，便是由这种DNA链折叠、压缩而形成的。
图12－27的右段正在解旋，并以上部的母链为模板，进行新的碱基配对，即解旋出来的T尾，一定会另外找一个A尾相交合，G尾也必然再找一个C尾相交合，而且自动拉引一节节散乱的糖磷酸扶手，组成新的横向核苷酸梯杠。图12－27右图的下段为新形成的DNA子链，这条子链同上段的母链完全一样，是完全按母链的模板复制出来的。这样，一个DNA分子片段就变成了两个完全相同的DNA分子片段。DNA分子不断解旋，又不断复制，这样就不断产生新的螺旋扶梯，以达到细胞核不断分裂增殖的目的，这便是生物最基本的自复制过程。把它扩大以后，就是生物生长繁衍的过程。
如果说是列文最先钻进细胞核内的话，那么列文仅仅看清细胞核内装了些什么，而并不知道是怎样装的。克里克与沃森虽然也不确切知道细胞核内的物质组装方式，但他们提供的这种双螺旋结构模型却能很好地说明生物的生殖遗传现象，而且同威尔金斯和富兰克林以X射线衍射图谱所作的结构分析极相吻合。克里克与沃森的研究成果已成为人类探索生命本质的里程碑，他们的双螺旋结构模型已被扩放成巨大的雕塑，矗立在世界各大城市的闹市区（包括北京海淀的中关村）。
