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4.DNA，生命中最美的分子
4.1核酸的发现DNA的发现比其遗传作用的发现要早得多。1868年，瑞士生物化学家米歇尔从脓细胞中提取了一种物质，发现它是一种酸性物质，与蛋白质不一样，含有磷元素；进一步发现它在细胞核中，因此被称为“核酸”。核酸的发现并没有受到重视，因为蛋白质的神奇魅力太让人着迷了。今天的情形就不一样了，核酸的作用比蛋白质更加令人惊讶和迷恋。
发现核酸以后，生物化学家想知道的是它的化学组成。德国的科赛尔第一个系统地做这项了不起的工作，他小心地把核酸水解，分离到一些含氮的碱性基团，DNA共有四种碱基，现在分别用字母A、T、C、G代替，我这里不想提到它们难记的名称，尽可以把它们分别想象为红、绿、黑、白四种颜色的球。别小看这一工作，科赛尔因此获得了1910年诺贝尔生理医学奖；当时核酸的生物重要性并未揭示，在人们心目中它与淀粉、糖脂类没有什么太大差别，诺贝尔奖委员会居然将这项重大的奖授予这一工作，这是令人迷惑不解的。
科赛尔获奖的第二年，他的学生莱文另有新的发现，DNA中还有含五个碳原子的糖；后来又在酵母核酸中发现类似的糖，不过后者比前者多一个氧，所以前者叫脱氧核糖，后者叫核糖，意即核酸中发现的糖。脓细胞中的核酸叫脱氧核糖核酸(英文缩写DNA)，酵母核酸叫核糖核酸(RNA)。
1934年，莱文证明组成核酸的基本单位是核苷酸，犹如蛋白质基本单位是氨基酸，不过核苷酸没氨基酸种类多，它总共只有8种，DNA有4种，RNA有4种。水解实验证明核苷酸又是由五碳糖+磷酸+碱基组成。DNA的4种核苷酸中，五碳糖和磷酸是相同的，只有碱基不同，可以表示为A、T、C、G，所以我们也可把核苷酸看成是颜色不同的。
4.2美妙的双螺旋自从DNA被发现是遗传物质之后，科学家对DNA的兴趣突然高涨，在英国和美国展开了一场研究DNA结构的竞争。
1951年前后，关于DNA研究有两项重要的进展。第一项是由威尔金斯和弗兰克林作出的DNA晶体的X-衍射照片，因此人们断定DNA结构类似于蛋白质，也是螺旋状的。不过人们普遍认为DNA是三条螺旋盘旋而成，远貌有点像女孩子织的辫子。泡林就是这样发表他的DNA结构模型的。
让我们假定泡林模型的三条DNA链一样长，即含有一样多的核苷酸数，各为n个，则DNA分子总核苷酸N=3n，能整除3.
另一项更为重要的结果是化学家查伽夫作出的，他测量了DNA的核苷酸数，发现总有“红色的”与“绿色的”接近相等，“黑色的”和“白色的”接近相等，即有A=T，C=G。后来这被叫做查伽夫原则。这个结果有什么意义呢？让我们设A=T=n1，C=G=n2，则总核苷酸数N=A+T
+C+G=2(n1+n2)，总核苷酸数能整除2.这一结果与泡林模型是不符的。泡林设想的是三条螺旋才会有整除3的推论，结果整除2是否意味是2条螺旋链呢？
沃森和克里克正是这么想的，DNA是二条螺旋的双螺旋结构。他们把这种想法发表在1953年4月25日的英国《自然》杂志上，这是分子生物学史上一篇光辉的文献(才只有一千多字)，这一发现是分子遗传学蓬勃发展的基础，是分子生物学的里程碑。
因为这一伟大的发现，沃森、克里克和威尔金斯分享了1962年诺贝尔生理医学奖。
DNA双螺旋结构模型的美妙之处是由两条右手螺旋盘旋而成，螺旋之间由碱基之间形成氢键而互补配对，遵循查伽夫原则：A=T，C=G(A、T间两个氢键，C、G间三个氢键)两条链核苷酸顺序不一样，互称互补链。如果我们有登过高塔的经验，那么DNA两条键链犹如登塔螺旋梯的两侧，而碱基之间的氢键犹如每一级台阶。只要我翻开任何一本大学生物学教材，都会看到DNA双螺旋结构示意图。
4.3双螺旋发现的故事沃森，1928年出生于美国芝加哥，中学毕业后进入芝加哥大学动物学系，曾立志于鸟类学研究，后来突然改变主意攻读遗传学。大学毕业后师从著名噬菌体遗传学家卢里亚(此人在其学生获奖后五年(1967)获奖)，获得博士学位。
此后，获取一笔可观的博士后研究经费，得以游学欧洲。
1951年，他在意大利生物大分子结构会议上听到了威尔金斯关于DNAX-衍射分析报告，决定去英国了解进一步的情况，此举得到导师的热情支持并受到推荐。秋天，他到了剑桥大学卡文迪许实验室，在肯德鲁指导下研究病毒DNA结构。在这里，他遇上了无所事事、正在攻读博士学位的克里克，开始了分子生物学激动人心的篇章。
克里克，1916年出生于英国北安普敦，1938年毕业于伦敦大学，主攻物理学和数学。做博士论文的第二年，第二次世界大战爆发了，他进入海军科研单位研究磁性鱼雷。战后的1947年进入剑桥大学自修生物学，1949年进入卡文迪许实验室，在佩鲁兹门下做“多肽和X射线研究”的博士论文，似乎并无多大建树。
对DNA结构发现有重大贡献的还有两位科学家，一位是威尔金斯，另一位是女物理学家弗兰克林。威尔金斯在上大学时也是学物理学的，二战期间曾参与过原子弹研究(曼哈顿计划)，因担心承担原子弹道义上的责任而改宗生物学。战后到皇家学院工作，1950年开始研究DNA。威尔金斯对X射线衍射技术并不怎么在行，于是招聘了弗兰克林。
弗兰克林1920年生于英国，大学时在剑桥攻读物理学，毕业后研究煤炭分子的细微结构，这使她熟谙X射线衍射分析技术。她对DNA结构的确定立下了不可磨灭的功勋，遗憾的是，未及看到诺贝尔奖颁发就因癌症于1958年病逝。
这四位科学家都是个性鲜明的。沃森性格文静内向，做事严谨踏实，为人谨慎；克里克则比较急躁坦率，以大声说话、纵情欢笑而知名；沃森在一本畅销书《双螺旋》里这样打趣克里克：“听到他的笑声，就知道他在卡文迪许实验室的哪个地方。”他的笑声经常打扰另一位大科学家布喇格，以至布喇格总希望克里克能早些完成博士论文离开实验室，可是克里克在博士论文上并无长进。布喇格只好躲到安静的地方去，但这并不解决问题，他的办公室外的走廊曾两次被克里克实验室漫出来的水淹没。
威尔金斯冷漠怪僻，极难相处，但沃森能与之友好相处。弗兰克林为人敦厚、生活俭朴，从不像别的女性一样喜欢装扮自己，以至沃森形容她像一个不太幸运的母亲的女儿。但她易于固执己见，沃森不友好地写了她一笔，说有一次她要出手打他。威尔金斯对她抱怨女休息室简陋失修的事耿耿于怀，却又想不出理由来解雇她，大概所有国度的人在男女平等意识上总是大打折扣的。
沃森和克里克成功的主要原因是建立金属模型，而其他人似乎不感兴趣。1951年底，他们建立了一个三链模型，
但当克里克邀请弗兰克林和威尔金斯参观时，模型被发现是错误的，他们把DNA含水量算少了，因而密度增大，导致三链结论。三链模型失败后，沃森去从事烟草花叶病毒遗传学研究，而克里克则去敷衍他的博士论文。
1952年6月，他们会见了查伽夫，了解到A=T，C=G的事，这使他们想到DNA应该是双链螺旋；沃森也曾想到A和T，C和G之间存在对应关系，但遭到查伽夫高傲的反对，查伽夫认为这只是偶然现象。冬天，他们又走访了威尔金斯和弗兰克林，了解到弗兰克林拍摄了另一张更为简洁的DNA衍射照片，这张照片与双链模型符合得很好。1953年2月，当克里克忙于他的博士论文时，沃森在工具间里做了第二个模型，这个也像我们登塔的螺旋梯，但碱基是A和A、C和C、G和G、T和T配对，这样两条链核苷酸顺序就完全一样了。2月19日，正当沃森为此兴高采烈时，同室的美国化学家多诺休泼了冷水，他从结构化学的角度指出，碱基同配是行不通的。于是他们修改了模型，提出了现在通行的碱基异配(A=T，C≡G)模型，两条核苷酸链顺序不一样，互称互补链。
当你第一次接触DNA双螺旋结构时，你是否会为它的简洁、互补对称和曲线造型而体现的美而激动呢？你是否会对生命由然而生崇敬之情呢？
DNA的对称不是轴对称，而是互补对称，就像我们中国的对联，红对绿、黑对白，沃森第二个模型是经典对称的轴对称，生命中行不通。
发现核酸以后，生物化学家想知道的是它的化学组成。德国的科赛尔第一个系统地做这项了不起的工作，他小心地把核酸水解，分离到一些含氮的碱性基团，DNA共有四种碱基，现在分别用字母A、T、C、G代替，我这里不想提到它们难记的名称，尽可以把它们分别想象为红、绿、黑、白四种颜色的球。别小看这一工作，科赛尔因此获得了1910年诺贝尔生理医学奖；当时核酸的生物重要性并未揭示，在人们心目中它与淀粉、糖脂类没有什么太大差别，诺贝尔奖委员会居然将这项重大的奖授予这一工作，这是令人迷惑不解的。
科赛尔获奖的第二年，他的学生莱文另有新的发现，DNA中还有含五个碳原子的糖；后来又在酵母核酸中发现类似的糖，不过后者比前者多一个氧，所以前者叫脱氧核糖，后者叫核糖，意即核酸中发现的糖。脓细胞中的核酸叫脱氧核糖核酸(英文缩写DNA)，酵母核酸叫核糖核酸(RNA)。
1934年，莱文证明组成核酸的基本单位是核苷酸，犹如蛋白质基本单位是氨基酸，不过核苷酸没氨基酸种类多，它总共只有8种，DNA有4种，RNA有4种。水解实验证明核苷酸又是由五碳糖+磷酸+碱基组成。DNA的4种核苷酸中，五碳糖和磷酸是相同的，只有碱基不同，可以表示为A、T、C、G，所以我们也可把核苷酸看成是颜色不同的。
4.2美妙的双螺旋自从DNA被发现是遗传物质之后，科学家对DNA的兴趣突然高涨，在英国和美国展开了一场研究DNA结构的竞争。
1951年前后，关于DNA研究有两项重要的进展。第一项是由威尔金斯和弗兰克林作出的DNA晶体的X-衍射照片，因此人们断定DNA结构类似于蛋白质，也是螺旋状的。不过人们普遍认为DNA是三条螺旋盘旋而成，远貌有点像女孩子织的辫子。泡林就是这样发表他的DNA结构模型的。
让我们假定泡林模型的三条DNA链一样长，即含有一样多的核苷酸数，各为n个，则DNA分子总核苷酸N=3n，能整除3.
另一项更为重要的结果是化学家查伽夫作出的，他测量了DNA的核苷酸数，发现总有“红色的”与“绿色的”接近相等，“黑色的”和“白色的”接近相等，即有A=T，C=G。后来这被叫做查伽夫原则。这个结果有什么意义呢？让我们设A=T=n1，C=G=n2，则总核苷酸数N=A+T
+C+G=2(n1+n2)，总核苷酸数能整除2.这一结果与泡林模型是不符的。泡林设想的是三条螺旋才会有整除3的推论，结果整除2是否意味是2条螺旋链呢？
沃森和克里克正是这么想的，DNA是二条螺旋的双螺旋结构。他们把这种想法发表在1953年4月25日的英国《自然》杂志上，这是分子生物学史上一篇光辉的文献(才只有一千多字)，这一发现是分子遗传学蓬勃发展的基础，是分子生物学的里程碑。
因为这一伟大的发现，沃森、克里克和威尔金斯分享了1962年诺贝尔生理医学奖。
DNA双螺旋结构模型的美妙之处是由两条右手螺旋盘旋而成，螺旋之间由碱基之间形成氢键而互补配对，遵循查伽夫原则：A=T，C=G(A、T间两个氢键，C、G间三个氢键)两条链核苷酸顺序不一样，互称互补链。如果我们有登过高塔的经验，那么DNA两条键链犹如登塔螺旋梯的两侧，而碱基之间的氢键犹如每一级台阶。只要我翻开任何一本大学生物学教材，都会看到DNA双螺旋结构示意图。
4.3双螺旋发现的故事沃森，1928年出生于美国芝加哥，中学毕业后进入芝加哥大学动物学系，曾立志于鸟类学研究，后来突然改变主意攻读遗传学。大学毕业后师从著名噬菌体遗传学家卢里亚(此人在其学生获奖后五年(1967)获奖)，获得博士学位。
此后，获取一笔可观的博士后研究经费，得以游学欧洲。
1951年，他在意大利生物大分子结构会议上听到了威尔金斯关于DNAX-衍射分析报告，决定去英国了解进一步的情况，此举得到导师的热情支持并受到推荐。秋天，他到了剑桥大学卡文迪许实验室，在肯德鲁指导下研究病毒DNA结构。在这里，他遇上了无所事事、正在攻读博士学位的克里克，开始了分子生物学激动人心的篇章。
克里克，1916年出生于英国北安普敦，1938年毕业于伦敦大学，主攻物理学和数学。做博士论文的第二年，第二次世界大战爆发了，他进入海军科研单位研究磁性鱼雷。战后的1947年进入剑桥大学自修生物学，1949年进入卡文迪许实验室，在佩鲁兹门下做“多肽和X射线研究”的博士论文，似乎并无多大建树。
对DNA结构发现有重大贡献的还有两位科学家，一位是威尔金斯，另一位是女物理学家弗兰克林。威尔金斯在上大学时也是学物理学的，二战期间曾参与过原子弹研究(曼哈顿计划)，因担心承担原子弹道义上的责任而改宗生物学。战后到皇家学院工作，1950年开始研究DNA。威尔金斯对X射线衍射技术并不怎么在行，于是招聘了弗兰克林。
弗兰克林1920年生于英国，大学时在剑桥攻读物理学，毕业后研究煤炭分子的细微结构，这使她熟谙X射线衍射分析技术。她对DNA结构的确定立下了不可磨灭的功勋，遗憾的是，未及看到诺贝尔奖颁发就因癌症于1958年病逝。
这四位科学家都是个性鲜明的。沃森性格文静内向，做事严谨踏实，为人谨慎；克里克则比较急躁坦率，以大声说话、纵情欢笑而知名；沃森在一本畅销书《双螺旋》里这样打趣克里克：“听到他的笑声，就知道他在卡文迪许实验室的哪个地方。”他的笑声经常打扰另一位大科学家布喇格，以至布喇格总希望克里克能早些完成博士论文离开实验室，可是克里克在博士论文上并无长进。布喇格只好躲到安静的地方去，但这并不解决问题，他的办公室外的走廊曾两次被克里克实验室漫出来的水淹没。
威尔金斯冷漠怪僻，极难相处，但沃森能与之友好相处。弗兰克林为人敦厚、生活俭朴，从不像别的女性一样喜欢装扮自己，以至沃森形容她像一个不太幸运的母亲的女儿。但她易于固执己见，沃森不友好地写了她一笔，说有一次她要出手打他。威尔金斯对她抱怨女休息室简陋失修的事耿耿于怀，却又想不出理由来解雇她，大概所有国度的人在男女平等意识上总是大打折扣的。
沃森和克里克成功的主要原因是建立金属模型，而其他人似乎不感兴趣。1951年底，他们建立了一个三链模型，
但当克里克邀请弗兰克林和威尔金斯参观时，模型被发现是错误的，他们把DNA含水量算少了，因而密度增大，导致三链结论。三链模型失败后，沃森去从事烟草花叶病毒遗传学研究，而克里克则去敷衍他的博士论文。
1952年6月，他们会见了查伽夫，了解到A=T，C=G的事，这使他们想到DNA应该是双链螺旋；沃森也曾想到A和T，C和G之间存在对应关系，但遭到查伽夫高傲的反对，查伽夫认为这只是偶然现象。冬天，他们又走访了威尔金斯和弗兰克林，了解到弗兰克林拍摄了另一张更为简洁的DNA衍射照片，这张照片与双链模型符合得很好。1953年2月，当克里克忙于他的博士论文时，沃森在工具间里做了第二个模型，这个也像我们登塔的螺旋梯，但碱基是A和A、C和C、G和G、T和T配对，这样两条链核苷酸顺序就完全一样了。2月19日，正当沃森为此兴高采烈时，同室的美国化学家多诺休泼了冷水，他从结构化学的角度指出，碱基同配是行不通的。于是他们修改了模型，提出了现在通行的碱基异配(A=T，C≡G)模型，两条核苷酸链顺序不一样，互称互补链。
当你第一次接触DNA双螺旋结构时，你是否会为它的简洁、互补对称和曲线造型而体现的美而激动呢？你是否会对生命由然而生崇敬之情呢？
DNA的对称不是轴对称，而是互补对称，就像我们中国的对联，红对绿、黑对白，沃森第二个模型是经典对称的轴对称，生命中行不通。
