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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***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