第三章 双螺旋的贡献一、古老的新话题

核酸在 1860 年已被发现，由于它的功能无人知晓而沉睡了七十余年。发现核酸的是瑞士青年米歇尔。这位青年在他的叔叔、当时颇负盛名的

医生落斯的熏陶下，早就立志要从化学基础上解决组织发育的根本问题，为此，他孤身一人远离家乡到德国杜宾根大学拜师学艺，他师从生物化学家塞勒，专攻细胞化学的组成成分。

要进行这种研究，米歇尔必须拥有相当数量的细胞为实验材料。米歇尔知道，外伤病人的脓血实际上都是细胞组成的。为了少花钱多办事，他从附近外科诊所的废物箱中捡来满是脓液的绷带，并用盐水洗下脓液，此时脓液中的细胞集结成团并膨胀成明胶状，细胞的完整性破坏了。要是用硫酸钠稀溶液冲洗绷带，得到的脓液中，细胞依然完好并很快下沉与脓液中的其他成分分开。就这样，米歇尔得到了很多白血球细胞。

得到白血球细胞仅仅是米歇尔工作的第一步，紧接着他用酸溶解了包围在白血球外面的大部分物质而得到了细胞核，当他再用稀碱处理细胞核时， 他又得到一种含磷量很高（2.5％）的物质，这种物质引起了他的兴趣，因为这种物质从未有过报道，为此他把位于细胞核中含磷量特别高的物质称为“核素”他将自己的研究结果整理成文呈送他的导师塞勒后就打道回府了。

从德国回到瑞士，米歇尔依然不忘他发现的“核素”，故乡莱茵河畔的渔场又成了他经常涉足的地方，因为那里有他取之不尽、用之不竭的实验材料——鲑鱼精子。不仅取材方便，更使这位年轻人欣喜的是鲑鱼精子中，细胞核差不多占细胞的 90％。当然，米歇尔的兴趣不在细胞核，而在于细胞核中的“核素”。他紧紧盯住“核素”，非要把“核素”弄个水落石出。真是一分播种一分收获。由于米歇尔争分夺秒地劳作，在很短时间内，就查明了“核素”中含有许多由磷酸产生的酸性基团，“核素”是一种大分子组成的物质。

正当米歇尔在莱茵河畔追踪“核素”时，他的德国导师塞勒也从酵母菌中提取出了“核素”。照塞勒的看法，酵母中的“核素”与米歇尔提取的“核素”并不相同，因此他把酵母中提取出来的“核素”称为“酵母核素”，而米歇尔发现的“核素”由于很容易从动物的胸腺中取得，所以称为“胸腺核素”。很长一段时间内，人们一直把这两种“核素”看作是植物和动物间的一种普遍的化学差异。

1879 年，塞勒的另一名高足、德国生物化学家科赛尔开始系统研究核素的结构。他用水解“核素”的办法，从“核素”中分离出一些含氮化合物， 经过十多年的寒窗苦斗，他从“酵母核素”和“胸腺核素”中，除得到两种嘌呤和两种嘧啶物质外，还发现“核素”中存在碳水化合物。到 1898 年，奥尔特曼首次建议用“核酸”这种名词代替“核素”这个名词。

1909 年，科赛尔的学生，俄国血统的美国生物化学家莱文证明，酵母核

酸中的碳水化合物是由五个碳原子组成的核糖分子，到 1930 年，他才发现“胸腺核酸”中的糖分子仅仅比“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子，因此把这种糖分子称为脱（去）氧核糖。从此以后，“酵母核酸”就改名为核糖核酸，而“胸腺核酸”被脱（去）氧核糖核酸所代替。这两种核酸除糖分子有点差别外，还有一个嘧啶是不同的。核糖核酸中是尿嘧啶，而脱氧核糖核酸中为胸腺嘧啶。

1934 年，莱文把“核糖核酸”和“脱氧核糖核酸”分解为含有一个嘌呤

（或嘧啶）、一个糖分子和一个磷酸分子的许多片段，并把这种片段叫做“核苷酸”。这样，莱文认为，核酸是由核苷酸连接而成，而根据核苷酸中包含的嘌呤和嘧啶的种类不同，核苷酸又可以分成四种。在脱氧核糖核酸中，四

种核苷酸是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）核苷酸，在核糖核酸中是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G1）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）核苷酸。

那么，这四种核苷酸是怎样连接起来的呢？解答这个问题的是英国生物化学家托德。他根据实验结果指出：两个相邻核苷酸的糖分子由一个磷酸连接着，因此，核酸分子中贯穿着一个“糖——磷酸”骨架，由这个骨架伸出嘌呤和嘧啶，每一个核苷酸都伸出一个。

美国的生物化学家查尔加夫和霍契基斯用纸层分析了脱氧核糖核酸的组成成分，他们发现了这样的事实：在特定的脱氧核糖核酸（DNA）分子中，嘌呤类核苷酸的总数总是与嘧啶类核苷酸的总数相等，此外，腺嘌呤核苷酸（A） 数目总是等于胸腺嘧啶核苷酸（T）的数目，鸟嘌呤核苷酸（G）的数目等于胸嘧啶核苷酸（T）数。即 A=T，G=C；A＋G=T＋C。

也许是核酸的生物功能唤起了科学家的热情吧！除象查尔加夫等一批科学家从化学、生物化学角度对核酸进行深入研究外，另一些科学家用 X 射线衍射技术研究 DNA 也取得了重大突破，其中成绩卓著的学者推英国的威尔金斯。

威尔金斯等在伦敦金氏学院（属沦敦大学）用 X 射线衍射技术对 DNA 结构潜心研究了三年，意识到 DNA 是一种螺旋结构，但由于照片模糊不清而使研究陷入困境。为了尽快走出困境，威尔金斯的老师兰道尔请来女物理学家富兰克林给以帮助。富兰克林凭她的精湛技术，在 1951 年底得到了一张十分清晰的 DNA 的 X 射线衍射照片。但是，缺乏生物学知识的富兰克林面对清晰的 DNA 照片，提不出任何看法，也可以说是没有任何意义，而对正在探索 DNA 结构的威尔金斯来说，这张照片却是他们实验室的一件难得的宝贵的集体财富。威尔金斯向好友英国的生物化学家克里克介绍了这张照片，到欧洲那不勒斯开会时，又在会上作了详细的介绍。威尔金斯的报告还打动了英国青年沃森的心，这位身材瘦小的青年，早已决心为阐明遗传信息的结构基础而付出毕生精力，那不勒斯会议后不久，他已在英国剑桥的卡文迪许实验室研究DNA 的 X 射线晶体学了。

卡文迪许实验室不仅集中着一流水平的研究好手，而且也经常接待世界各地的高手。1952 年，卡文迪许实验室的克里克接待了来自美国的查尔加夫。查尔加夫向克里克介绍了自己最近在脱氧核糖核酸的研究中，发现 A=T， G=C 这样的事实，思想敏锐的克里克立即意识到，嘌呤和嘧啶的数目怎么会总是相等呢？这只有一种可能，那就是它们之间互相配对的形式而存在，于是他提出了 DNA 中嘌呤和嘧啶配对的假设。

1952 年的最后一天，美国的鲍林向美国科学院送交了 DNA 三链模型。消息传到沃森那里，这位青年再也不能平静，他即赴伦敦与威尔金斯、富兰克林等权威讨论鲍林的模型。在那里，威尔金斯首次出示了富兰克林在一年前拍下的 DNAX 射线衍射照片，在照片上，沃森看到了 DNA 的内部是一种螺旋形的结构，他一方面被这样清晰的照片所折服，而同时在他的有准备头脑中立即产生了一个新概念：DNA 不是三链结构而应该是双链结构。

根据以上说到的从各方面来的对 DNA 研究的信息，根据自己的研究和分析，沃森和克里克得到一个共识：DNA 是一种双链结构。于是，他们在卡文迪实验室中联手开始搭建 DNA 双链模型。在搭建模型的过程中，鲍林实验室的氢键专家杜诺休来到他们的身旁。杜诺休指出，在克里克搭建的模型中，

碱基的化学构型应采用酮式而不应采用醇式。真是“一言值千金”。正在为搭建模型苦苦思索的沃森和克里克，立即采纳了杜诺休的意见。从 1953 年 2

月 22 日起，夜以继日地奋战，终于在 3 月 7 日，将他们想象中的 DNA 模型搭建成功。这一天，沃森和克里在迎来了托德、威尔金斯等一批尊贵的参观者参观他们搭建的 DNA 模型。这些权威在新模型面前，除赞叹外就是惊讶！不久，沃森、克里克模型引起了提出 DNA 一链模型的鲍林的注意，这位三链模型的创造者，理所当然地将自己的三链模型与沃森、克里克的二链模型进行了反复的比较，在比较后，鲍林心悦诚服地指出：沃森、克里克的模型正确地反应出 DNA 的分子结构。威尔金斯的老师兰道尔也怀着极其喜悦的心情在英国《自然杂志》上安排了三篇文章：一篇是沃森、克里克署名的《核酸的分子结构》，另二篇是威尔金斯及其合作者以及富兰克林和戈林署名的支持沃森、克里克的文章。