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【学习】DNA双螺旋发现60周年  

2013-05-07 09:16:44|  分类: 自然和科学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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DNA双螺旋发现60周年

时间:2013-04-25 16:02 来源:环球科学(huanqiukexue.com)

http://www.huanqiukexue.com/html/newgc/2013/0425/23189.html


1953年4月25日,沃森和克里克在《自然》杂志发表文章,提出DNA双螺旋结构,这开启了分子生物学的辉煌时代。这篇简短的文章可能是《自然》有史以来发表的最著名的文章。

  

 


 
编者按
    这篇简短的文章可能是《自然》有史以来发表的最著名的文章。在20 世纪50 年代初期,人们越来越清楚地认识到,具有遗传特征的基因存在于生化多聚体DNA 上。沃森和克里克利用X 射线晶体学的测量结果和化学推理,提出了DNA 的一种分子结构模型,即DNA 分子是由两条聚合链缠绕而成的双螺旋结构。这一结果之所以令人震惊,不只是因为双螺旋结构的优雅和美丽,而且正如研究者所指出的,“我们提出的这种特定配对原则立即揭示了遗传物质一种可能的复制机制。”——也就是说,DNA 复制的一种方式。它标志着现代基因组学的开端。
以下是沃森和克里克这篇经典文章的中文译文:
 
脱氧核糖核酸的结构
 
     我们希望提出脱氧核糖核酸(DNA)盐的一种结构。这种结构的新特性具有重要的生物学意义。
    鲍林和科里已经提出了核酸的一种结构。他们在原稿发表之前慷慨地将其提供给我们。他们的模型由三条彼此缠绕的链组成,磷酸基团位于长链的中心轴附近,而碱基则位于外侧。在我们看来,该结构不太令人满意,理由有两点:(1)我们认为,给出X 射线图的物质是盐而不是游离酸。在没有酸性氢原子的情况下,使该结构维系在一起的力并不明确,尤其是中心轴附近带负电荷的磷酸基团会彼此排斥。(2)某些范德华距离显得过小。
    弗雷泽提出了另外一种三链式结构(即将发表)。在他的模型中,磷酸基团位于外侧而碱基位于内侧,通过氢键连接在一起。他对这种结构的描述非常不清楚,因此我们不会对其作任何评论。
    我们要提出的是一种完全不同的脱氧核糖核酸盐的结构。这种结构有两条螺旋链,围绕同一中心轴相互缠绕(见示意图)。我们采用了一般的化学假设,即每条链由磷酸二酯基团组成,这些基团通过3′、5′连接与β–D– 脱氧呋喃核糖残基连接起来。两条链(而不是它们的碱基)通过一个与中心轴垂直的二分体相连接。两条链都是右手螺旋,不过由于成对出现,两条链上的原子顺序方向相反。各条链大致类似于富尔贝里 的一号模型,也就是说,碱基位于螺旋的内侧,而磷酸基团位于外侧。糖及其邻近原子的构型类似于富尔贝里的“标准构型”,糖分子大致上垂直于与之相连的碱基。每条链在z 轴方向上,每隔3.4 ? 就有一个残基。我们假定同一链上的181脱氧核糖核酸的结构相邻残基间的夹角为36°,因此每条链上每10 个残基,即34 ?,就出现一次螺旋结构重复。磷原子与中心轴之间的距离为10 ?。由于磷酸基团位于外侧,阳离子很容易接近它们。
 

 
这仅仅是个示意图。两条丝带代表两条磷酸–糖链,而横线代表将链连接起来的碱基对。垂直线标示出中心轴。
 
    这种结构尚未完全确定,其含水量相当高。在含水量低时,我们预计碱基会发生倾斜从而结构变得更加紧凑。
    这种结构的新颖之处在于两条链通过嘌呤与嘧啶碱基连接在一起。碱基平面垂直于中心轴。碱基成对连接在一起,一条链上的一个碱基与另一条链上的一个碱基通过氢键结合,因此两个并排的碱基具有相同的z 轴坐标。要产生这种氢键,其中一个碱基必须是嘌呤,另一个则必须是嘧啶。嘌呤的1 位和嘧啶的1 位之间以及嘌呤的6 位和嘧啶的6 位之间形成氢键。
    如果假定碱基处于互变异构结构中最可能的构型(也就是说,处于酮式而不是烯醇式构型),可以发现,只有特定的碱基对可以结合在一起。这些碱基对是:腺嘌呤(嘌呤)与胸腺嘧啶(嘧啶),鸟嘌呤(嘌呤)与胞嘧啶(嘧啶)。
    换句话说,根据上述假定,如果一个碱基对中某一链上是一个腺嘌呤,那么另一链上与之对应的必定是一个胸腺嘧啶;鸟嘌呤和胞嘧啶也是类似情况。一条单链上的碱基顺序看来是不受任何限制的,但是,如果只有特定的碱基之间能够形成碱基对,那么如果给定某条链上碱基的顺序,另一条链的碱基顺序就自然确定了。
    已经通过实验发现,对于脱氧核糖核酸而言,腺嘌呤与胸腺嘧啶数量的比值以及鸟嘌呤和胞嘧啶数量的比值总是非常接近1 的。
    如果用核糖代替脱氧核糖,很可能无法建立这种结构,因为多出来的氧原子将导致范德华接触过于紧密。
    以前发表的关于脱氧核糖核酸的X 射线数据 还不足以对我们的结构进行严格的检验。就我们所知,我们的结构与实验数据粗略吻合,不过在更多精确的结果这仅仅是个示意图。两条丝带代表两条磷酸–糖链,而横线代表将链连接起来的碱基对。垂直线标示出中心轴。183脱氧核糖核酸的结构核查之前,我们还必须把它视为未经证实的。一些核查工作将在后面的通讯文章中给出。在我们设计结构时,我们还不清楚该工作结果的细节,我们的结构主要(但不是完全)依赖于已发表的实验数据和立体化学证据。
    我们还注意到,我们提出的这种特定配对原则立即揭示了遗传物质一种可能的复制机制。
    该结构的完整细节,包括建立此结构所用的假设条件以及一套原子坐标,将在其他地方发表。
    我们非常感谢杰里·多诺霍博士长期以来的建议和批评,尤其是关于原子间距离的问题。我们还从伦敦国王学院的威尔金斯博士、富兰克林博士及其同事们未发表的实验结果与观点所包含的一般属性的知识中获得了启发。我们中的一员(沃森)由国家小儿麻痹症基金会资助。
 
(王耀杨翻译,王晓晨审稿),摘自《<自然>百年科学经典》第四卷,外语教学与研究出版社 出版
 
英文原文:

 
  

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