dna跨膜運(yùn)輸方式(dna傳遞的橋梁)

楊千玉

近日，在孟德爾誕辰200周年之際，清華大學(xué)科學(xué)館舉辦“從豌豆到人類基因組計(jì)劃”線上展覽，其中脫氧核糖核酸（DNA）結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史是重要組成部分展覽的。

60年前的一個(gè)冬日，斯德哥爾摩音樂廳人頭攢動。三位年輕科學(xué)家榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。他們是來自美國的詹姆斯·沃森（JamesWatson）和來自英國的弗朗西斯·克里克（FrancisCrick）和莫里斯·威爾（MauriceWeir）。國王。他們共同分享了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)成果，并為“核酸分子的結(jié)構(gòu)及其對生物體信息傳遞的意義”做出了貢獻(xiàn)。如今，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的三維模型圖已出現(xiàn)在中學(xué)和大學(xué)的生物課本中，并已成為基礎(chǔ)教育的常識。

事實(shí)上，早在1869年，瑞士生物化學(xué)家米歇爾就發(fā)現(xiàn)了核酸的存在。但當(dāng)時(shí)人們的研究主要集中在蛋白質(zhì)上，缺乏對核酸的關(guān)注。20世紀(jì)40年代，主流生物學(xué)家仍然認(rèn)為蛋白質(zhì)是研究基因的主要目標(biāo)。直到1944年，艾弗里、麥克倫德和麥卡蒂發(fā)表了關(guān)于“轉(zhuǎn)化因子”的重要論文，首次得到實(shí)驗(yàn)證明。這個(gè)轉(zhuǎn)化因子就是DNA，這揭示了DNA是遺傳物質(zhì)。同年，《薛定諤《生命是什么？》一書問世，提出生命研究的關(guān)鍵問題在于信息的傳遞。

但在沃森和克里克1953年關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的論文發(fā)表之前，科學(xué)家們雖然承認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)，但并不知道DNA的具體結(jié)構(gòu)以及它如何傳遞遺傳信息。

1951年，沃森在劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室遇到了他一生中最志同道合的伙伴克里克，克里克也認(rèn)為DNA比蛋白質(zhì)更重要。兩人一拍即合，決定學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)科學(xué)家萊納斯·鮑林（LinusPauling）的研究方法，鮑林在發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)取得了一些成果，即制作分子模型，探索原子之間的關(guān)系，解決DNA問題。結(jié)構(gòu)性問題。

為了更高效、更準(zhǔn)確地破譯DNA分子結(jié)構(gòu)，沃森和克里克還需要盡可能準(zhǔn)確地瀏覽X射線衍射數(shù)據(jù)，這樣可以避免他們走很多彎路。倫敦國王學(xué)院的威爾金斯是早期“壟斷”英國DNA研究的人，也是X射線衍射照片的持有者。他同意克里克關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)是螺旋形的觀點(diǎn)，并同意與沃森和克里克分享照片。

沃森后來在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室研究了X射線衍射技術(shù)和晶體學(xué)，以期與倫敦國王學(xué)院威爾金斯和富蘭克林組成的研究小組一起確認(rèn)DNA的螺旋結(jié)構(gòu)。沃森和克里克提出的第一個(gè)模型是三核苷酸鏈模型，但被富蘭克林的定量測量完全拒絕?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)室以糖和核酸為中心的DNA分子模型的構(gòu)建一度陷入低迷?？死锟说牟┦可鷮?dǎo)師布拉格教授甚至命令兩人放棄DNA結(jié)構(gòu)的研究。因此，克里克將他用來研究DNA結(jié)構(gòu)的固定裝置寄給了倫敦國王學(xué)院的威爾金斯，希望他能夠繼續(xù)他在DNA分子結(jié)構(gòu)方面的事業(yè)。威爾金斯稱此舉是“加速科學(xué)研究的協(xié)作精神的一個(gè)很好的例子”。

盡管卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的DNA研究工作表面上暫停，但沃森仍然通過研究煙草花葉病毒中的核酸成分來尋找DNA研究的靈感，并學(xué)會了使用X射線相機(jī)拍攝煙草花葉病毒以揭示螺旋。結(jié)構(gòu)照片。

在沃森和克里克提出不成功的“三核苷酸鏈模型”15個(gè)月后，鮑林也提出了類似的“三螺旋模型”，但沃森敏銳地意識到其不足。合理性：這個(gè)模型中的磷酸基團(tuán)沒有電離，或者說鮑林模型中的核酸根本不能構(gòu)成“酸”。這一發(fā)現(xiàn)讓卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和倫敦國王學(xué)院這兩個(gè)合作關(guān)系、一直癡迷于研究DNA分子結(jié)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)松了口氣。但與此同時(shí)，他們也在鮑林的競爭壓力下加快了研究速度。步伐。

DNA分子結(jié)構(gòu)研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是著名的“51號照片”的出版。這是一張B型DNA的X射線衍射照片，由富蘭克林拍攝并交給威爾金斯。這張照片證實(shí)了DNA的螺旋結(jié)構(gòu)?；谶@個(gè)B型結(jié)構(gòu)圖，沃森毅然在雙螺旋和三螺旋兩個(gè)方向中選擇了雙螺旋。于是在1953年，沃森和克里克開始創(chuàng)建DNA雙螺旋模型。沃森是噬菌體遺傳學(xué)專家，而克里克擅長物理和數(shù)學(xué)。兩人共同努力解決不同科學(xué)交叉點(diǎn)上的關(guān)鍵問題，妥善解決了DNA分子堿基配對和氫鍵的難題，并提出了著名的DNA分子互補(bǔ)堿基配對原理。

倫敦國王學(xué)院的威爾金斯和富蘭克林也很快發(fā)現(xiàn)，他們的X射線數(shù)據(jù)可以為雙螺旋結(jié)構(gòu)提供有力的證據(jù)。經(jīng)過整理，沃森和克里克的論文于1953年發(fā)表在《自然》雜志上，DNA分子結(jié)構(gòu)終于塵埃落定。

沃森、克里克和威爾金斯榮獲1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。本應(yīng)分享這一成就的富蘭克林因病去世，錯過了該獎項(xiàng)。然而，他對DNA分子結(jié)構(gòu)研究的貢獻(xiàn)也被永遠(yuǎn)銘記。這些科學(xué)家并非全部來自生物化學(xué)領(lǐng)域，但他們都利用自己的專業(yè)知識推動了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的誕生。可以說，DNA的分子結(jié)構(gòu)是物理、化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科共同創(chuàng)造的智慧火花。

（科技日報(bào)）