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1、核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构 我们希望猜测脱氧核糖核酸的结构。这 个结构有着对生物学有重要意义的新奇特 征。 Pauling 和 Corey 已经猜测过核酸的结 构。他们在公开他们研究结果前已经把他们 的手稿给我们看过。他们的DNA 模型由3 条相互缠绕的链组成，磷酸基团靠近纤维 轴，而碱基则位于外面。在我们看来，这个 结构不尽人意的原因有两个：（1）我们相信 产生 X 射线衍射图的物质是盐，而不是自由 的酸。如果没有酸性的氢原子，那么是不清 楚到底什么作用力能够维系这个结构，特别 是如果靠近中轴的是磷酸基团，它们所带的 负电荷会使它们相互排斥。（ 2）一些范德瓦 尔斯力距离显得太小了。
2、 另一个三链结构也被Fraser提出来 （即 将发表）。在他的模型中，磷酸基团位于外 面而碱基在里面，并以氢键相连。 这个结构 被描述得不是很清楚，因此我们不想作过多 的评论。 我们希望提出一个 彻底不同的脱氧核糖核 酸结构。这个结构有两 条围绕同一轴线相互盘 绕的螺旋链（见图表） 。 同样地，我们已经作出 常规的化学假设，那就 是，每条链有着分别在 3 ，5 位置与 -D-脱氧 呋喃糖相连的磷酸二酯 基团。这两条链（不是 碱基）是由一个垂直于 纤维轴的二分体相连。 两条链都是右手螺旋， 但由于二分体的存在， 两条链中的原子顺序是 相反方向的。每条链有 点类似Furberg 的模型 NO.1。
3、他的模型中碱基 是在螺旋的里面而磷酸 基团则在外面。糖和原 子的布局与Furberg 所描述的标准布局非常 相似，即糖链是与相连的碱基垂直的。在z 轴方向，链上每隔3.4 ? 就有一个残基。我 们假设同一条链中相邻的残基成一个36 的角度，从而使得这种结构每10 个残基重 复一次，即每34 ? 重复一次。磷原子与纤 维状轴的距离是10 ?。 正因为磷酸盐位于外 侧，正电子能很容易地与之结合。 这个结构是开放的，它的含水量非常 高。在低含水量时我们可以想象碱基会倾斜 来使得这个结构更加紧凑。 这个结构的新奇之处就在于这两条链 被嘌呤碱基和嘧啶碱基结合在一起的方式。 这些碱基的平面是与纤维状轴相垂
4、直的。它 们以成对的方式连接，一个碱基与另一条链 上的碱基以氢键相连，因此这些碱基对肩并 肩地排列在同一条z 坐标轴上。 成氢键的碱 基对必须由嘌呤和嘧啶共同组成。且成键方 式如下：嘌呤的位置1、位置 6 分别与嘧啶 的位置 1、位置 6 相连。 如果假设这些碱基只是以看起来最合 理的互变异构形式存在于这个结构中（即以 酮式构型存在而不是烯醇式），那么将会发 现只有特殊的碱基才能相互配对。这些碱基 对是：腺嘌呤和胸腺嘧啶， 鸟嘌呤和胞嘧啶。 换言之， 基于这个假设， 如果一个碱基 对中一个碱基是腺嘌呤，那么在相对的另一 条链中， 另一个碱基将会是胸腺嘧啶；鸟嘌 呤和胞嘧啶也是同理。但单链上的碱
5、基顺序 似乎并没有任何的限制。然而，如果只有特 殊的两个碱基才能配对，那么一旦一条链上 的碱基顺序确定下来了，另一条链上的碱基 顺序也就自动确定了。 实验发现，在脱氧核糖核酸中，腺嘌呤 和胸腺嘧啶的数量比例，与鸟嘌呤和胞嘧啶 的数量比例非常一致。 要想用核糖代替脱氧核糖来建立起这 个结构看似是不可能的，因为多出来的那个 氧原子会使得两条链间的范德瓦尔斯力太 大。 先前发表的脱氧核糖核酸X 射线数据 作为我们这个结构的严格验证是不够的。因 此我们只能猜测这么多。我们的猜测与实验 数据是非常相符的，但是一天没有更确切的 这个图形是起纯 图示作用。两条 飘带象征两条磷 酸-糖链， 水平的 棒象征将两
6、条链 结合在一起的碱 基对。垂直的线 象 征 中 心 纤 维 轴。 结果来验证， 我们的这个猜测仍是未被证明 的。部分数据将在接下来的讨论中提供，当 我们想出这个结构时，我们并不清楚那个实 验结果的详细情况，我们这个结构虽然不是 完全根据， 但也是大部分根据已发表的实验 数据和立体化学原则建立起来的。 我们也意识到， 我们所假定的特殊配对 方式暗示了一个基因复制的可能机理。 这个结构的全部细节，包括建立这个结 构的条件，还有一系列原子的协调方式，将 会另行发表。 我们非常感激Jerry Konohue 博士的持 续建议和批评， 特别是在关于原子间距离上 的建议。我们也受到M.H.F.Wilki
7、ns博士、 R.E.Franklin博士和他们在伦敦国王大学的 同事关于基因本质的未发表研究结果的启 发。作者之一（J.D.W.）曾得到小儿麻痹症 国家基金会的奖学金资助。 J.D.沃森 F.H.C.克里克 剑桥卡文迪许实验室生物系统分子结构研 究药物研究委员会 四月 2 日 1Pauling, L., and Corey, R. B., Nature, 171, 346 (1953); Proc. U.S. Nat. Acad. Sci. , 39, 84 (1953). 2Furberg, S., Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952). 3Chargaff, E
8、., for references see Zamenhof, S., Brawerman, G., and Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952). 4Wyatt, G. R., J. Gen. Physiol., 36, 201 (1952). 5Astbury, W. T., Symp. Soc. Exp. Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947). 6Wilkins, M. H. F., and Randall, J. T., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).
