【DNA双螺旋结构是谁发现的】生命之神是什么模样?
1879年,德国的弗莱明发现了染色体。后来,生物学家因染色体而提出基因概念。20世纪初,生物学家认为生物体性状由基因决定,基因即遗传物质。1944年,美国的艾弗里用离体培养实验直接证明,DNA是真正的遗传物质,于是DNA的研究吸引了许多科学家,成为当时国际生物学界的热门课题和前沿领域。
在揭示DNA结构之谜的科学竞赛中,有5位科学家名列前茅:一位是美国加州理工学院的鲍林,他发现了蛋白质分子的α螺旋结构;两位英国结晶学家维尔金斯和年轻的女学者弗兰克林,他们用第一流的X射线结晶学技术,拍摄了很多精采的DNA分子X射线衍射图,以此直接分析DNA分子结构;还有两位是美国生物学家华森和英国物理学家克里克,他们借鉴鲍林发现蛋白质分子α螺旋的方法,用建构模型来探索DNA的结构,同时以X射线衍射图谱作为参照和验证,最后成功了。
维尔金斯和弗兰克林所做的DNA分子X射线衍射照片表明,DNA分子由几个糖—磷酸骨架所组成。但这些骨架如何结合到一起的呢?结合力是化学键还是氢键?DNA的四种碱基配对是同配还是异配?克里克请数学家格里菲斯计算得出结论,碱基是不相似的配对,彼此之间以弱的吸引力氢键相结合。
DNA模型的一部分
组成DNA分子的原料连结堆砌在一起会构成什么形状?弗兰克林推测DNA分子呈螺旋形,有多股链,华森和克里克曾经想象是直线排列,后来看到鲍林发表多肽分子和α螺旋结构,也尝试提出DNA分子是螺旋形。至于螺旋由几股核苷酸链组成,华森和克里克开始主张三股,而维尔金斯则主张单股。
华森与克里克用废弃不用的蛋白质分子结构模型材料(铁块、硬纸板、铁丝等)制成一个DNA分子三螺旋模型。没想到维尔金斯与弗兰克林参观模型后告诉他们,实验数据搞错了。模型宣告失败,华森和克里克受到这个打击情绪一度十分低落。
不久,他们获悉鲍林在美国建立起DNA分子结构模型。华森和克里克紧张起来,立刻加紧工作。三股链被否定了,华森根据对称性原则,认为既然染色体是成对的,DNA二链成对亦很有可能。他们当即建立起一个双螺旋,糖—磷酸骨架在外,碱基在里。
1953年2月20日,华森在他们的实验室用铁块、纸板、铁丝在办公桌上以各种配对方式移动四种碱基,终于发现了碱基配对的正确规则,提出了完全符合查哥夫的数据规律的双螺旋结构模型。
1953年4月25日,华森和克里克在英国最权威的科学杂志《自然》上发表了一篇1000多字的重要论文,宣布他们已经发现了生物大分子脱氧核糖核酸DNA分子的双螺旋结构。一个DNA分子有两条核苷酸链,这两条链以一定的间距平行地围绕同一根轴盘旋,形成右旋的双链螺旋体。这种结构与DNA的复制、转录及遗传信息传递都有密切关系。华森和克里克的发现,在分子水平上揭开了遗传现象的微观本质,开辟了生物遗传学的新纪元,染色体的遗传之谜随之解决。从此,分子生物学和分子遗传学诞生了。这项发现是20世纪生命科学的最重要的研究成果之一。1962年,他们因这一发现而被授予诺贝尔医学和物理学(相当于生物学)奖。