沃森克里克论文翻译--DNA结构对遗传的影响

DNA结构对遗传的影响
毋庸置疑，细胞里DNA十分重要。在所有分裂的细胞中都发现了DNA，绝
大部分在细胞核中，细胞核中的DNA是染色体的主要成分。大量证据表明，它
携带着一部分具有遗传特异性的染色体，所有也携带着基因。然而，现在并没有
证据显示出它是如何携带基因物质在精准的自我复制时所要求的重要生命活动。

我们最近提出了DNA所含的盐的结构，如果该结构正确的话，由它可以推
断出自我复制的机制。由伦敦国王学院得出的X射线证据进一步的证实了我们所
提出的DNA结构，并且也表明这与之前被提出过的所有结构都不一样。在与X
射线数据进行更多大量的对比验证之前，并不能完全肯定我们提出的结构是对的，
但我们相信整体上来说是正确的，并且可以讨论它对遗传的影响。在此之前，我
们先假设DNA所含盐的纤维成分没有在准备复制时增加，因为Wilkins发现独
立的纤维与完整的生物物质所呈现的X射线是相似的。

我们已经建立了DNA分子的化学式。DNA分子呈
长链状，脱氧核糖和磷酸交替连接构成骨架。（见右图）
每个脱氧核糖连接着一个含氮碱基，含氮碱基有四种
形式。（我们认为甲基胞嘧啶相当于胞嘧啶，因为它们
都符合我们的结构。）两种可能的嘌呤碱基是腺嘌呤和
鸟嘌呤，另外两种嘧啶是胞嘧啶和胸腺嘧啶。目前已
知，骨架旁边的一串碱基排列顺序是无规律的。这个
包含了磷酸、脱氧核糖和碱基的结构叫做核苷酸。

我们的结构在生物意义上有优势的第一个特点是
DNA含有两条链。这两条链以同一条纤维为中心盘旋
（如图2所示）。有人假设说，因为在化学式里只有一
条链，所以在结构单元中也只会有一条。但是X射线
显示出的密度明显表明DNA分子有两条链。

图2
第二个特点是DNA分子两条链结合的规律，此规律来自于碱基对之间的氢
键（如图3所示）。碱基是成对组合在一起的，一条链上的一个碱基通过氢键与
另一条链上的碱基相连。重要的一点是，只有特定的碱基对才符合DNA分子的
结构。为了建立两条链之间的连接，一个碱基对一定是由一个嘌呤和一个嘧啶组
成，如果一个碱基对含有两个嘌呤，那么两条链将无法连接。
我们相信，碱基对将几乎完全按照它们尽可能的互变异构体形式存在。如果
事实如此，那么构建氢键的条件就很有限了，唯一可能的配对方式是：
腺嘌呤—胸腺嘧啶
鸟嘌呤—胞嘧啶

图3
它们连接的方式见图4、图5。一对碱基可以是任意方向，例如腺嘌呤可以
出现在任意一条链上，但它出现在一条链上时，另一条链的对应位置一定是胸腺
嘧啶。

这种配对方式得到了最近的一项研究结果的支持，这项研究显示，DNA中
腺嘌呤和胸腺嘧啶的含量很接近，鸟嘌呤和胞嘧啶的含量接近，尽管腺嘌呤和鸟
嘌呤的比例可能变化很大。如果一条链上的碱基排列是不规则的，那么除非按照
我们提出的配对方式，否则很难解释这项研究的结果。

图4 图5
我们的模型中，磷酸—脱氧核糖骨架是完全规律的，但碱基对的排列是没有
规律的。在一个分子中可以有很多种不同的碱基对排列方式，所以碱基对的排列
组合方式可能正是携带着遗传信息的密码。只要给出双链中一条链上的碱基排列，
就可以准确得出另一条链上碱基的顺序，因为配对方式是唯一的。所以DNA的
两条链相互对应，正是这个特点使得DNA分子可以自我复制。
以前人们讨论自我复制时提到“模板”这个概念。模板并不能直接对自己进
行复制，也不能产生一个一条相反的链，再让这条相反的链成为模板产生一条与
原链相同的链。在分子原子层面无法解释以上过程是如何实现的。

事实上，我们的DNA模型有一对模板，它们是相互对应的关系。在复制之
前氢键断裂，两条母链松开并分离，然后每条母链一自己为模板形成一条子链，
这样就形成了两对双链。同时DNA上的碱基对也被完整的复制了下来。

我们的研究表明，如果DAN单链是呈螺旋形的，完成这种复制就会最简单。
我们假设在细胞生命的这个阶段，细胞有大量游离的核苷酸（多核苷酸的原料），
有时游离的核苷酸上的碱基会于单链上的碱基通过氢键连接。假设只在形成的链
可以构成DNA结构时，这些单体才会形成聚合物。以上说法是可信的，由于原
子排列的原因，已经结晶在第一条链上的核苷酸不会以可以结合成一条新链的方
式相互靠近，除非是那些构成DNA结构必不可少的核苷酸。我们任不清楚是否
有一种特定的酶作用于DNA，以及已经形成的螺旋形的单链是否可以起到酶的
作用。

既然我们的模型中DNA的两条链是缠在一起的，那么当它们分开时，解螺
旋是一个重要步骤。两条链在一个螺旋周期内做一个完整的旋转，就需要转150
圈，所以无论染色体的哪个精确的结构都会很大程度的展开。通过显微镜下的观
察，我们都知道有丝分裂的过程中有很多盘旋和解开的过程，虽然这是在一个更
宏观的角度看到的现象，但这也许反映出在分子层面也存在类似的现象。虽然现
在还很难解释这个过程是如何实现的，但我们相信这并不会成为不可跨越的障碍。

一对多核苷酸长链之间有一条多肽缠绕在同一根轴上。相邻磷原子之间的距
离是完全展开的多肽链的两倍，有可能在精子头部和人造核蛋白中多肽链就在这
个位置上，X射线图像显示出相关的平面结构图证实了这个观点。这部分蛋白质
的功能是控制DNA的盘旋和解螺旋、保持DNA单链的螺旋化以及其他一些附带
的功能。

我们的DNA模型还为其他很多现象提供解释。例如，性状自发性的突变可
能是由于一个碱基偶然发生的变化；同源染色体之间的对应可能是由于特定的碱
基。我们将在其他地方详细讨论这些。

现在，我们对DNA繁殖的解释还只能视为假说。就算我们的解释是正确的，
在基因复制的全部过程任有许多谜底没有解开。多核苷酸的初期形式是什么？是
什么让双链解旋、分离？蛋白质究竟有哪些功能？染色体是一对长的DNA双链
还是由一大块酸性物质通过蛋白质连接起来的物质构成？

尽管还有很多不确定的地方，我们的DNA结构模型可以帮助解决一个基本
的生物学问题——基因复制所需要模板的分子。我们提出的假说是：DNA复制
的模板以一条链上的碱基的形式存在，基因包含成对的这样的模板。