DNA双螺旋结构的发现

DNA双螺旋结构的发现

公元1953年4月25日是一个十分令人难忘的日子，这天沃森和克里克在英国著名的《自

然》杂志（第171期）上，发表了一篇题为《核酸的分子结构》的论文。他们在论文中提出

了DNA分子的双螺旋结构模型。这是20世纪生命科学最伟大的成就，标志着分子生物学的诞

生。当时沃森年仅25岁，克里克也只有37岁，世人不禁感叹：如此伟大的入党誓言 发现丧事请假条怎么写 居然出自这

两位年轻人之手！因此有关DNA双螺旋结构的发现过程成为启迪学生和生物工作者的典范。

我想这也是教育学生如何探索知识、进行研究性学习的楷模。

沃森是美国人，1947年毕业于芝加哥大学动物学系，由于迷上了基因，他选择了遗传学

作为自己的研究专业，1950年获博士学位，1951年秋经导师介绍，沃森来到英国剑桥大学卡

文迪什实验室继续深造，正如沃森所言，我国家环保政策 是为着DNA而来的。就在这里，遇见了他的研究

伙伴克里克，这时克里克正在研究蛋白质的晶体结构。1938年，克里克毕业于英国伦敦大学，

学数学和物理，因战争需要，曾从事过武器研究。二战结束后，他选择生物学作为自己的研

究方向，目的是把物理数学知识渗透于生命科学的研究。因此这两位年轻人可谓志趣相投，

一见如故，他们相信只要搞清DNA的分子结构就能揭开基因遗传的奥秘。

1951年11月，沃森和克里克开始进行DNA空间结构的研究。当时人们已知DNA由核苷酸

组成，美国细菌学家艾佛里已完成细菌转化实验，初步证实DNA是遗传物质。世界上已有几

个实验室正在角逐看谁先发现DNA结构。例如，英国皇家学院的物理学家威尔金斯和弗兰克

琳，美国加州理工学院的化学家鲍林，他（她）们虽然都不是生物学家，但是在DNA结构的

研究方面都取得了一些进展。Ｘ射线晶体衍射分析是威尔金斯领导小组的主要研究方法，并

用此法获得了DNA衍射照片；弗兰克琳分析这些照片，她根据图中的阴影和标记部分推测DNA

可能是一个螺旋体，分子平均直径是2.0ｎｍ。纯化的DNA是一种粘稠的液体，像鸡蛋清一

样，但是一加热，DNA溶液的粘度就会下降，这是为什么呢？沃森和克里克特别注意到这是

由于DNA分子中的一些弱的化学键被破坏的结果，而氢键是一种通过适度加热可以被破坏的

弱键，所以DNA分子中可能会存在许多氢键，这些氢键对维持DNA的正常结构是十分必要的。

鲍林小姐发现多肽链是通过氢键扭成-螺旋的，沃森和克里克特别注意到鲍林成功的关

键不仅仅是研究Ｘ射线衍射图谱，更重要的是用一组模型来探讨分子中各原子间的联系。于

是两位年轻人用剪裁的硬纸板和金属片构建DNA分子模型。他们好像孩子玩智力游戏一一周工作总结 样，

首先制作单个核苷酸的模型，并计算原子大小、键长和键角等。就这样建了拆，拆了建，因

为至少有十几种方式可以让碱基、磷酸和糖环连接在一起，所以工作令人异常乏味，甚至产

生中断研究的念头。幸运的是沃森对生物结构的独到见解加上克里克的物理数学知识，使他

们从X射线衍射图上测量到DNA的两个周期性数据：0.34ｎｍ和3.4ｎｍ。沃森和安全平台教育 克里克推

测0.34ｎｍ可能是核苷酸的堆积距离，他们试探着在模型上把分子排成长3.四季豆烧肉 4ｎｍ，直径2.0

ｎｍ的螺旋体。若把两个双环嘌呤横排在双链之间，螺旋体显得太窄，容纳不下，若将两个

单环嘧啶横排在双链之间，螺旋体显得太宽，只有一个嘌呤通过氢键与一个嘧啶配对最合适，

并由氢键形成的位置关系决定Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ。真是功夫不负有心人，奇迹终于出现了，当

他们突然从模型上看到Ａ与T相对，G和Ｃ相对时，激动的心情难以言表，这正是查戈夫法

则（现称碱基互补配对原则），碱基对堆积在双链内侧，它们排列方式非常像梯子上的横木，

糖环和磷酸基排列在外侧，DNA分子不是三螺旋，而是由两条长链盘绕而成的双螺旋，双螺

旋的螺距是3.4ｎｍ，直径为2ｎｍ，每个螺距包含10对碱基，相邻两碱基对之间的距离为

0.34ｎｍ，而碱基对排列顺序的千变万化决定了DNA分子结构的多样性。

DNA双螺旋结构的发现道路是坎坷的班会主题 ，他们从事这项工作不久，就提出DNA三螺旋结构，

但因与X射线衍射照片的分析数据不合而失败了。有识之士不禁要问：如此重大发现为什么

只用了一年多的时间？沃森和克里克在《核酸的分子结构》一文中坦率地写道：我们主要是

依靠别人已经发表的实验数据构建这个模型的。这使我想到鲁迅先生说的话：科学巨人是站

在别人肩膀上的。由于在研究DNA分子结构方面的伟大贡献，沃森、克里克和威尔金斯、弗

兰克琳共同获得了1962年的诺贝尔生理医学奖。

DNA双螺旋结构的发现是生命科学史上的奇迹和里程碑，具有划时代的意义。它不仅揭开

了基因遗传之谜，也是近代生物工程勃勃兴起的重要基石。沃森和克里克的这种严谨务实、

团结互助、勇于探索的科学精神，永远值得我们学习。