双螺旋-第15章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
同克里克多啰嗦。谈话没有持续多久，因为鲍林还未习惯加利福尼亚与剑桥的时差，觉得有些疲惫不堪。这样，晚宴在午夜时分就结束了。
第二天下午，我姐姐和我飞往巴黎，又过一天，彼得也来和我们会合。十天以后，我姐姐将乘船到美国，然后再去日本，同她在大学结识的一个美国人结婚。这是我们呆在一起的最后几天了。至少今后再也不能如此无忧无虑了。这种无忧无虑是摆脱了很容易叫人又爱又讨厌的中西部地区和美国文化传统羁绊的象征。星期一清晨，我们去佛宝瑞·圣·荷璃（Faubourg St．Honore）最后一次领略它的迷人风光。在那儿，我突然发现了一家出售各种时髦阳伞的商店。我想应该买一把送给我姐姐，作为给她的结婚礼品。于是我就买了一把。后来，我姐姐找了一位朋友去喝茶，而我则穿过塞纳河回到卢森堡宫附近我们住的旅馆去了。那天正是我的生日，晚上彼得要来向我表示祝贺。可是，现在我却是孤零零的一个人，望着那些在圣·吉门（St．Germain des Pres）附近的长发姑娘。我知道她们对我不会感兴趣的。找已经二十五岁，早过了风流年华。
尾声本书所提及的人物现在几乎都还健在，并仍在积极从事研究工作。卡尔喀已来美国任哈佛医学院的生物化学教授。肯德鲁和佩鲁兹仍留在剑桥，继续从事蛋白质X射线的研究。他们因这方面的成就获得了1962年度的诺贝尔化学奖金。布喇格爵士在1954年移居伦敦，任皇家学院院长。他对蛋白质结构仍然怀有浓厚的兴趣。赫克斯利在伦敦呆了几年，就回剑桥继续从事肌肉收缩机理的研究。克里克在布鲁克林呆了一年后又回到剑桥，探索有关遗传密码的性质和作用。在过去的十年里，他已被世界公认为这一领域首屈一指的人物。威尔金斯这几年仍把精力集中在DNA工作上。他和他的同事们证实了双螺旋结构的基本特征无疑是正确的。后来，他对核搪核酸的结构又作出了重大贡献。接着他就转向神经系统的组织和作用的研究。彼得现住在伦敦，在伦敦大学院教授化学。他那位在加州理工学院执教的父亲最近已经退休。现在他的科学工作集中于原子核结构和理论结构化学的研究上。我的姐姐伊丽莎白在东方居住了多年，现在同她的那位出版商丈夫以及三个孩子住在华盛顿。
本书所述事实与细节，凡与他们记忆不符之处，只要他们愿意，鄙人欢迎指正。不过遗憾的是，罗莎琳德·富兰克林已于1958年中年夭折，时年37岁。鉴于我曾对她的学术和个人品德方面有过错误的评价（如本书的前半部记述的那样）。所以现在有必要阐述一下她所取得的成就。她在金氏学院实验室所从事的X射线的研究工作越来越被认为是杰出的。区别DNA的A型和B型结构，这项工作本身就足以使她赢得声誉。更为出色的是，她在1952年就曾运用帕特森重叠法证明磷酸基团必定是在DNA分子的外部。其后，她转到贝纳尔实验室，着手于烟草花叶病毒的研究。她的工作使我们关于TMV螺旋结构的定性概念很快发展成一幅精确的定量图谱，从而确定了基本的螺旋参数，证实了核糖核酸链处于从中心轴到外周的中间位置上。
因为我后来在美国任教，所以不象克里克那样能经常见到她。她常向克里克请教，每当她干出什么漂亮的工作时，她也来征求克里克的意见，直到克里克赞同她的推理后方才放心，我们之间过去不愉快的争执，那时已经忘得一干二净。我与克里克都极为赞赏她那正直的品格和宽宏大量的秉性。只是在多年之后，我们才逐渐理解了这位才华横溢的妇女。她为了取得科学界的承认进行了长期的奋斗，而这个世界往往把妇女仅仅看作是研究工作之余的一种消遣玩物。在她意识到自己的生命垂危时，她没有叹息和抱怨。直到去世前的几个星期，她还在不遗余力地从事着高水平的工作。富兰克林这种勇敢的精神和高贵的品质是值得我们学习的。
沃森和克里克
1953年4月25日
我们拟提出脱氧核糖核酸（DNA）盐的一种结构。这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义。
鲍林和考瑞曾提出过一个核酸结构。他们在发表这一结构之前，欣然将手稿送给我们一阅。他们的模型包含磷酸接近纤维袖，碱基在外周的三条多核苷酸链。我们觉得这样的结构是不够满意的，其理由有二：（1）我们认为进行过X射线衍射分析的样品是DNA的盐而不是游离的酸。没有酸性氢原子，接近轴心并带负电的磷酸会相互排斥。在这样的条件下，究竟是什么力量把这种结构维系在一起，尚不清楚。（2）范德瓦尔力距似显太小。
弗雷泽曾提出过另外一种三条多核苷酸链的结构（将出版）。在他的模型中，磷酸在外边，碱基在内部，并由氢键维系着。他描述的这种结构也不够完善，因此，我们将不予评论。
我们拟提出一个完全不同的脱氧核糖核酸盐的结构。该结构具有绕同一轴心旋转的两条螺旋链（见图）。根据化学常识我们假定，每条链包括联结β…D…脱氧呋喃核糖的3'；5'磷酸二酯键。两条链（不是它们的碱基）与纤维轴旋转对称垂直，并呈右手螺旋。由于旋转对称性，两条链的原子顺序方向相反。每条链都与弗尔伯格的第一号模型粗略地相似；即碱基在螺旋内部，磷酸在外边。糖的构型及其附近的原子与弗尔伯格“标准构型”相似，即糖和与其相联的碱基大致相垂直。每条链在z向每隔3。4埃有一个核苷酸。我们假定，同一条链中相邻核苷酸之间呈36度角，因此，一条链每10个核苷酸，即34埃出现一次螺旋重复。磷原子与纤维轴之间的距离为10埃。因为磷酸基团在螺旋的外部，正离子则易于接近它们。
这个结构模型仍然有值得商榷之处，其含水量偏高，在含水量偏低的情况下，碱基倾斜，DNA的结构会更加紧凑些。
这个结构的一个新特点就是通过嘌呤和嘧啶碱基将两条链联系在一起。碱基平面与纤维轴垂直。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键联系起来形成碱基对。两条链肩并肩地沿共同的之向联系在一起。为了形成氢键，碱基对中必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。在碱基上形成氢键的位置为嘌呤的1位对嘧啶的1位；嘌呤的6位对嘧啶的6位。
假定核酸结构中碱基仅以通常的互变异构形成（即酮式而非醇式构型）出现，则只能形成专一的碱基对。这些专一碱基对为：腺嘌呤（嘌呤）和胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）和胞嘧啶（嘧啶）。
换言之。按照这种假设，如果一个碱基对中有一个腺嘌呤，在另一条链上则必然是胸腺嘧啶。同样地，一条链上是鸟嘌呤，另一条链上必是胞嘧啶。多核苷酸链的碱基顺序不受任何限制。因此，如果仅仅存在专一碱基对的话，那么，知道了一条链的碱基顺序，则另一条链的碱基顺序自然也就决定了。
以前发表的关于脱氧核糖核酸的X射线资料，不足以严格验证我们提出的这种结构。至今，我们只能说它与实验资料粗略地相符合，但在没有用更加精确的结果检验以前，还不能说它已经得到了证明。在本文后面发表的一篇短文提供了一些精确的数据。但是，我们在搞出这个DNA结构以前，并不知道该文报告的详细结果。这个结构模型虽然不是完全地，但主要地是根据已发表的资料和立体化学原则建造起来的。
我们当然注意到了，我们提出的专一碱基对直接地表明遗传物质的一种可能的复制机制。
该结构的全部细节，包括建造模型的一些条件以及原子的同向性等问题将另行发表。
我们非常感谢多纳休经常向我们提出建议和批评，特别是关于原子间距问题。我们也得到伦敦金氏学院威尔金斯博士、富兰克林博士及其同事们一些尚未发表的实验结果和思想的鼓舞。作者之一（沃森）由美国小儿麻痹症国家基金会（Natiortal Foundation for lnfantile Para1ysis，U。S。A。）奖学金资助。
剑桥卡文迪什实验室，医学研究委员会生物分子结构研究单位，1953年4月2日。
参考文献
＇1＇ Pauling，L。，and Corey，R。B。；Nature，171，346 （1953）．Proc。 U。S．Nat。Acdd．Sci。，39，84 （1953）。
＇2＇ Furberg，S。，Acta。Chem Scand，6，634 （1952）。
＇3＇Chargaff，E。； for references see Zamenhof，S。；Brawerman，G。；and Chargaff，E。；Biochim。 Biophys； Acta，9，402 （1952）。
＇4＇Wyatt，G。R。，J。Gen。Physiol，36，201（1952）。
＇5＇〕Astbury，W。T。；Symp。 Soc。 Exp．BiOl。；l，Nucleic Acid；66 （Camb。Univ。press，1947）。
＇6＇Wilkins，M。H。F．，and Randall，T。T。，Biochim，Biophys。 Acta。 10，192（1953）。
脱氧核糖核酸结构的遗传学意义
沃森和克里克
1953年5月30日
活细胞中脱氧核糖核酸（DNA）的重要性是无可争议的。在一切分裂着的细胞中，DNA如果不是全部，至少也是大部分存在于细胞核内。DNA是染色体的主要组成成分。很多证据部说明它是染色体一部分（如果不是全部）遗传性状的携带者，也可以说它本身就是基因。但是，至今尚无证据能够说明遗传物质究竟是怎样进行精确自我复制的。
最近，我们提出了一个脱氧核糖核酸盐的结构模型。这个模型如果正确的话，就直接地解释了遗传物质自我复制的机制。与我们的前文同时发表的伦敦金氏学院学者们的X射线资料，定性地支持我们的结构模型而与以前提出的所有结构模型都是矛盾的。虽然这一结构模型尚需更多的X 射线资料加以证实，我们充满信心地认为，现在就讨论它的遗传学意义是正确的。为此，我们假定脱氧核搪核酸盐的纤维并非由于制备方法而产生的矫作物。威尔金斯及其同事们曾经指出，由分离出的DNA纤维和某些完整的生物材料，如精子头部和噬菌体颗粒等，同样可以得到类似的X射线图谱。
脱氧核糖核酸的化学结构现在已经完全确立了。如图1所示，它是一个很长的分子，以有规律地交替出现的糖和磷酸构成其骨架。每一个糖联结一个含氮碱基，而碱基又有四种不同的类型（我们认为5…甲基胞嘧啶与胞嘧啶等同，因为两者在DNA结构中皆能很好地参与碱基配对）。两种可能出现的碱基——腺嘌呤和鸟嘌呤为嘌呤；另外两种——胸腺嘧啶和胞嘧啶为嘧啶。迄今所知，多核苷酸链中碱基顺序是无规律的。由磷酸、糖和碱基构成的单体称核苷酸。
我们这个具有生物学意义的结构模型的第一个特点，在于它不是由一条而是由两条（多核苷酸）链所构成。这两条链皆绕一个共同的纤维轴旋转，如图2所示。一般认为DNA汉有一种化学结构形式，因此螺旋结构中只应有一条链。但是，X射线所得密度图强有力地证明螺旋结构中有两条链。
另一个有生物学重要意义的特点是这两条链维系在一起的方式。这种方式表现为碱基间形成的氢键，如图3所示。碱基以配对方式联结在一起，即一条链上一个碱基与另一条链上上个碱基通过氢键联结在一起。关键问题在于螺旋结构中仅能形成某些专一的碱基对，为了维系两条链，碱基对中一个碱基是嘌呤，另一个则必定是嘧啶。否则，如果一个碱基对包含两个嘌呤，两条链之间则容纳不下。
我们相信，碱基几乎完全以常见的互变异构形式存在。果真如此的话，形成氢键的条件则是非常严格的。仅能形成的碱基对为：
腺嘌呤与胸腺嘧啶
鸟嘌呤与胞嘧啶
碱基间形成氢键的方式如图4和图5所示。碱基对能以两种方式形成。例如，两条链上都可能出现腺嘌呤。一条链上出现腺嘌呤，则另一条链上和它配对的碱基必是胸腺嘧啶。反之亦然。
最近的分析结果指出，在测定过的各种来源的DNA样品中，腺嘌呤的数量接近胸腺嘧啶的数量，鸟嘌呤的数量接近胞嘧啶数量。但是，腺嘌呤与鸟嘌呤的比值则因来源不同而不同。这些分析结果强有力地支持碱基配对法则。事实上，多核苷酸链的碱基顺序如果是无规律的话，除了求助于我们的配对法则外，要解释这些分析结果是很困难的。
我们的结构模型中磷酸和糖的骨架是完全规则的。而在这种结构中任意碱基对顺序都是合适的。这一模型说明，在一个很长的分子中可以有很多交换不同的碱基排列顺序。因此，这似乎表明严谨的碱基顺序就是携带遗传信息的密码。如果已知两条链中一条链的碱基顺序，根据专一碱基对法则，可以准确无误地写出另一条链的碱基顺序。可见，一条链与另一条链是互补的。正是这一特点表明了脱氧核糖核酸分子是如何自我复制的。
以前讨论目我复制通常要涉及样板或模板这个概念。曾经提出过直接自我复制的样板论，也有过由样板产生“副本“，“副本“反过来作样板再产生初始的“正本“的说法。但是，这两种观点都没有具体解释这一过程是如何在原子和分子水平上进行的。
现在，我们的脱氧核搪核酸模型实际上是一对样板。这两条祥板是彼此互补的。我们假定，在复制之前氢键断裂，两条链解开并彼此分离。然后，每条链都可以作为样板，在其上形成一条新的互补链。这样，我们最后得到了两对链，而此前我们汉有一对链。而且，在复制过程中，也是严格符合碱基对顺序的。
仔细琢磨一下我们的模型表明，如果一条链（或它的有关部分）呈螺旋结构，复制就很容易进行。我们设想，细胞在其生活阶段中合有大量游离核苷酸（严格他讲应是多核苷酸的前体）可以被细胞利用。游离核苷酸的碱基常常通过氢键与链上一个碱基配对。我们现在假定，如果新合成的链可以形成我们设想的这种结构，则生成新链的单体聚合化反应才有可能进行。这种观点表面上似乎是讲得通的。除非这些核苷酸是形成我们的结构所必需的，否则，由于位阻效应，它们就不能在初始的链上“结晶”并彼此接近最终联成一条新链。这种聚合化反应是否需，要一个专一的酶，或者已有的单股螺旋是否可以有效地起到酶的作用。这些都是尚侍进一步研究的问题。
因为我们的模型中两条链是相互缠绕在一起的，要分开它们必须解除这种缠绕。两条链每34埃缠绕一周，因此，一个分子量为一百万的DNA约有150周螺旋。不管染色体具有怎样精细的结构，仍然需要有相当数量的非螺旋部分存在。显微镜观察的结果明确指出，在染色体有丝分裂中出现很多缠绕部分和非缠绕部分。尽管这是宏观现象，大概也反映了分子水平上的类似情况。要并井有条地弄明白这些过程是怎样发生的，虽然现在还有困难，我们觉得上述的看法还是值得考虑的。
在前文中，我们提出的结构模型仍然有值得商榷之处。两条多核苷酸链之间可以摆一条多肽链围绕同一螺旋轴旋转。邻位磷原子之间的距离为7。1埃，与完全伸展的多肽链一个周期的距离非常接近，这或许有某种意义。我们认为，在精子头部或核蛋白体矫作物之中，多肽链大概占据着这个位置。关于DNA已发表的X射线图�
