雙螺旋——基因的故事1962年諾貝爾生理學獎核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的結構

我們擬提出脫氧核糖核酸（DNA）鹽的一種結構。這種結構的嶄新特點具

有重要的生物學意義。鮑林和考瑞曾提出過一個核酸結構。他們在發表這一結構之前，欣然將手稿送給我們一閱。他們的模型包含磷酸接近纖維袖，堿基在外周的三條多核苷酸鏈。我們覺得這樣的結構是不夠滿意的，其理由有二：（1）我們認為進行過X射線衍射分析的樣品是DNA的鹽而不是游離的酸。沒有酸性氫原子，接近軸心并帶負電的磷酸會相互排斥。在這樣的條件下，究竟是什么力量把這種結構維系在一起，尚不清楚。（2）范德瓦爾力距似顯太小。弗雷澤曾提出過另外一種三條多核苷酸鏈的結構（將出版）。在他的模型中，

磷酸在外邊，堿基在內部，并由氫鍵維系著。他描述的這種結構也不夠完善，

因此，我們將不予評論。我們擬提出一個完全不同的脫氧核糖核酸鹽的結構。該結構具有繞同一軸心旋轉的兩條螺旋鏈（見圖）。根據化學常識我們假定，每條鏈包括聯結β-D-

脫氧呋喃核糖的3',5'磷酸二酯鍵。兩條鏈（不是它們的堿基）與纖維軸旋轉對稱垂直，并呈右手螺旋。由于旋轉對稱性，兩鏈的原子順序方向相反。每條鏈都與弗爾伯格的第一號模型粗略地相似；即堿基在螺旋內部，磷酸在外邊。糖的構型及其附近的原子與弗爾伯格標準構型相似，即糖和與其相聯的堿基大致相垂直。每條鏈在z向每隔3.4埃有一個核苷酸。我們假定，同一條鏈中相鄰核苷酸之間呈36度角，因此，一條鏈每10個核苷酸，即34埃出現一次螺旋重復。磷原子與纖維軸之間的距離為10埃。因為磷酸基團在螺旋的外部，正離子則易于接近它們

,這個結構模型不很開放，其含水量偏高。在含水量偏低的情況下，堿基傾斜，DNA的結構會更加緊湊些。這個結構的一個新特點就是通過嘌呤和嘧啶堿基將兩條鏈聯系在一起。堿基平面與纖維軸垂直。一條鏈的堿基與另一條鏈的堿基通過氫鍵聯系起來形成堿基對。兩條鏈肩并肩地沿共同的之向聯系在一起。為了形成氫鍵，堿基對中必須一個是嘌呤，另一個是嘧啶。在堿基上形成氫鍵的位置為嘌呤的1位對嘧啶的1位；嘌呤的6位對嘧啶的6位。假定核酸結構中堿基僅以通常的互變異構形成（即酮式而非醇式構型）出現，則只能形成專一的堿基對。這些專一堿基對為：腺嘌呤（嘌呤）和胸腺嘧啶（嘧啶），鳥嘌呤（嘌呤）和胞嘧啶（嘧啶）換言之。按照這種假設，如果一個堿基對中有一個腺嘌呤，在另一條鏈上則必然是胸腺嘧啶。同樣地，一條鏈上是鳥嘌呤，另一條鏈上必是胞嘧啶。多核苷酸鏈的堿基順序不受任何限制。因此，如果僅僅存在專一堿基對的話，那么，知道了一條鏈的堿基順序，則另一條鏈的堿基順序自然也就決定了。以前發表的關于脫氧核糖核酸的X射線資料，不足以嚴格驗證我們提出的

這種結構。至今，我們只能說它與實驗資料粗略地相符合，但在沒有用更加精確的結果檢驗以前，還不能說它已經得到了證明。在本文后面發表的一篇短文提供了一些精確的數據。但是，我們在搞出這DNA結構以前，并不知道該文報告的詳細結果。這個結構模型雖然不是完全地，但主要地是根據已發表的資料和立體化學原則建造起來的。我們當然注意到了，我們提出的專一堿基對直接地表明遺傳物質的一種可能的復制機制。該結構的全部細節，包括建造模型的一些條件以及原子的同向性等問題將另行發表。我們非常感謝多諾休博士經常向我們提出建議和批評，特別是關于原子間距問題。我們也得到倫敦國王學院威爾金斯博士、富蘭克林博士及其同事們一些尚未發表的實驗結果和思想的鼓舞。作者之一（沃森）由美國小兒麻痹癥國家基金會（Natiortal

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Para1ysis，U.S.A。）獎學金資助。

劍橋卡文迪什實驗室，醫學研究委員會生物分子結構研究單位，1953年4月2日。1951年劍橋大學卡文迪什實驗室倫敦國王大學（蘭道爾）威爾金斯，富蘭克林研究室劍橋大學（布拉格）卡文迪什實驗室加州理工學院鮑林實驗室三足鼎立LinusCarlPauling(1901-1994)1926年，留學Sommerfeld實驗室（1年7個月）1928年，發明雜化軌道理論，創立量子化學1930年，去LaurenceBragg實驗室學X-ray衍射1936年，與Mirsky一起發表蛋白質變性的理論---氫鍵1937年，開始搭α-helix的模型，發現5.4A的周期，與Astbury的Keratin蛋白測定得到的5.1A不符。此后化了約10年的時間測定各種含肽鍵的小分子的結構，得出肽鍵的6個原子在同一平面上的結論1949年，人造絲X-ray數據發表，他看到了5.4A的周期1950年，α-helix模型發表，次年發表β-sheet模型1954年，Nobel化學獎1963年，Nobel和平獎70年代，提倡VitaminC治百病80年代，和Robinson的糾紛1994年8月19日在家中去世羅莎琳·富蘭克林1920年7月25日出生在英國1938年進入劍橋大學紐納姆學院1951年1月，富蘭克林開始在國王學院進行研究工作1958年4月16日富蘭克林因支氣管肺炎及卵巢癌逝世。2003年，倫敦國王學院將一棟新大樓命名為“羅莎琳—威爾金斯館”以紀念她與同事莫里斯·威爾金斯的貢獻。

弗朗西斯·哈里·康普頓·克里克

1916年6月8日出生在英國的北漢普頓。上大學后克里克主修物理。二戰中他被分配到英國海軍制造水雷。

1947年從海軍退役后克里克進入劍橋大學，二戰后受薛定諤《生命是什么》影響，對“生物與非生物的區別”產生了濃厚興趣，開始自修生物學不久順利進入卡文迪什實驗室的醫學研究理事會，攻讀生物學博士。

1951年，克里克與沃森在卡文迪什實驗室相識。認定解決DNA分子結構問題是打開遺傳之謎的關鍵。之后克里克又單獨首次提出蛋白質合成的中心法則，即遺傳密碼的走向是：DNA→RNA→蛋白質。

1962年，46歲的克里克同沃森、威爾金斯一道榮獲諾貝爾生物學或醫學獎

詹姆斯.杜威.沃森1928年4月6日生于美國芝加哥19