核酸的分子结构脱氧核糖核酸的结构.pdf

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1、 核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构 我们希望猜测脱氧核糖核酸的结构。这个结构有着对生物学有重要意义的新奇特征。Pauling 和 Corey 已经猜测过核酸的结构。他们在公开他们研究结果前已经把他们的手稿给我们看过。他们的 DNA 模型由 3条相互缠绕的链组成，磷酸基团靠近纤维轴，而碱基则位于外面。在我们看来，这个结构不尽人意的原因有两个：（1）我们相信产生 X 射线衍射图的物质是盐，而不是自由的酸。如果没有酸性的氢原子，那么是不清楚到底什么作用力能够维系这个结构，特别是如果靠近中轴的是磷酸基团，它们所带的负电荷会使它们相互排斥。（2）一些范德瓦尔斯力距离显得太小了。另一个三链结构也被 Fr

2、aser 提出来（即将发表）。在他的模型中，磷酸基团位于外面而碱基在里面，并以氢键相连。这个结构被描述得不是很清楚，因此我们不想作过多的评论。我们希望提出一个彻底不同的脱氧核糖核酸结构。这个结构有两条围绕同一轴线相互盘绕的螺旋链（见图表）。同样地，我们已经作出常规的化学假设，那就是，每条链有着分别在3，5位置与-D-脱氧呋喃糖相连的磷酸二酯基团。这两条链（不是碱基）是由一个垂直于纤维轴的二分体相连。两条链都是右手螺旋，但由于二分体的存在，两条链中的原子顺序是相反方向的。每条链有点类似 Furberg 的模型NO.1。他的模型中碱基是在螺旋的里面而磷酸基团则在外面。糖和原子的布局与 Furber

3、g 所描述的标准布局非常相似，即糖链是与相连的碱基垂直的。在 z轴方向，链上每隔 3.4 就有一个残基。我们假设同一条链中相邻的残基成一个 36的角度，从而使得这种结构每 10 个残基重复一次，即每 34 重复一次。磷原子与纤维状轴的距离是 10。正因为磷酸盐位于外侧，正电子能很容易地与之结合。这个结构是开放的，它的含水量非常高。在低含水量时我们可以想象碱基会倾斜来使得这个结构更加紧凑。这个结构的新奇之处就在于这两条链被嘌呤碱基和嘧啶碱基结合在一起的方式。这些碱基的平面是与纤维状轴相垂直的。它们以成对的方式连接，一个碱基与另一条链上的碱基以氢键相连，因此这些碱基对肩并肩地排列在同一条 z 坐标

4、轴上。成氢键的碱基对必须由嘌呤和嘧啶共同组成。且成键方式如下：嘌呤的位置 1、位置 6 分别与嘧啶的位置 1、位置 6 相连。如果假设这些碱基只是以看起来最合理的互变异构形式存在于这个结构中（即以酮式构型存在而不是烯醇式），那么将会发现只有特殊的碱基才能相互配对。这些碱基对是：腺嘌呤和胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶。换言之，基于这个假设，如果一个碱基对中一个碱基是腺嘌呤，那么在相对的另一条链中，另一个碱基将会是胸腺嘧啶；鸟嘌呤和胞嘧啶也是同理。但单链上的碱基顺序似乎并没有任何的限制。然而，如果只有特殊的两个碱基才能配对，那么一旦一条链上的碱基顺序确定下来了，另一条链上的碱基顺序也就自动确定了。实验发

5、现，在脱氧核糖核酸中，腺嘌呤和胸腺嘧啶的数量比例，与鸟嘌呤和胞嘧啶的数量比例非常一致。要想用核糖代替脱氧核糖来建立起这个结构看似是不可能的，因为多出来的那个氧原子会使得两条链间的范德瓦尔斯力太大。先前发表的脱氧核糖核酸 X 射线数据作为我们这个结构的严格验证是不够的。因此我们只能猜测这么多。我们的猜测与实验数据是非常相符的，但是一天没有更确切的这个图形是起纯图示作用。两条飘带象征两条磷酸-糖链，水平的棒象征将两条链结合在一起的碱基对。垂直的线象 征 中 心 纤 维轴。结果来验证，我们的这个猜测仍是未被证明的。部分数据将在接下来的讨论中提供，当我们想出这个结构时，我们并不清楚那个实验结果的详细情

6、况，我们这个结构虽然不是完全根据，但也是大部分根据已发表的实验数据和立体化学原则建立起来的。我们也意识到，我们所假定的特殊配对方式暗示了一个基因复制的可能机理。这个结构的全部细节，包括建立这个结构的条件，还有一系列原子的协调方式，将会另行发表。我们非常感激 Jerry Konohue 博士的持续建议和批评，特别是在关于原子间距离上的建议。我们也受到 M.H.F.Wilkins 博士、R.E.Franklin 博士和他们在伦敦国王大学的同事关于基因本质的未发表研究结果的启发。作者之一（J.D.W.）曾得到小儿麻痹症国家基金会的奖学金资助。J.D.沃森 F.H.C.克里克 剑桥卡文迪许实验室生物系

7、统分子结构研究药物研究委员会 四月 2 日 1Pauling,L.,and Corey,R.B.,Nature,171,346(1953);Proc.U.S.Nat.Acad.Sci.,39,84(1953).2Furberg,S.,Acta Chem.Scand.,6,634(1952).3Chargaff,E.,for references see Zamenhof,S.,Brawerman,G.,and Chargaff,E.,Biochim.et Biophys.Acta,9,402(1952).4Wyatt,G.R.,J.Gen.Physiol.,36,201(1952).5Astbury,W.T.,Symp.Soc.Exp.Biol.1,Nucleic Acid,66(Camb.Univ.Press,1947).6Wilkins,M.H.F.,and Randall,J.T.,Biochim.et Biophys.Acta,10,192(1953).