第十二章 代代相传
代代相传。在剑桥大学和遥远的加利福尼亚的实验室里,探索者们面临着两个问题。DNA的化学性质是什么?DNA的结构形式又是怎样的?
DNA的化学性质是什么?这就是说,是什么构成了DNA的各部分?是什么飘移不定,使DNA的形式各有不同?当时人们对此已经很清楚了。显然,DNA是由糖和磷酸(由于结构上的原因,它们应该确实存在其中),以及四种独特的分子或碱基组成。其中胸腺嘧啶(tosins)是两个很小的分子,在它们各自内部,碳原子、氮原子、氢原子和氧原子成六边形排列。其中鸟膘呤(guanine)和腺嘌呤(adenine)两个分子较大,在它们内部,原子排成一个六边形和一个五边形,二者联结在一起。在结构研究中,通常只用一个六边形来代表各个较小的碱基,用大的图形,代表较大的碱基,注意它们的形状,胜过注意单个的原子。
DNA的结构形式又是怎样的呢?也就是说使DNA能够表达许多不同遗传信息的这些碱基是怎样排列组合的?一座建筑并不是石头的堆砌,DNA分子也不是碱基的堆砌。是什么造成了DNA的结构及其功能呢?那时,人们对这一点也已很清楚了。DNA分子是一条长链,是相当稳定的某种晶状有机体。看起来很可能呈螺旋形,其有多少条螺旋链条并列?是一条、二条、三条,还是四条?关于这个问题,主要有两大意见分歧的阵营,一派主张双螺旋链条的观点,另一派主张三螺旋链条的观点。1952年底,结构化学的伟大天才林尼斯?鲍林(Linus Pauling)在加利福尼亚提出一种三螺旋模型。他认为糖和磷酸的主干向螺旋的中心聚集,而碱基则向四面八方伸展。1953年2月,鲍林的论文送到剑桥,在克里克和华特生看来,他们的实验显然一开始就出了毛病。
或许仅仅是寻找安慰,或许是自负任性,詹姆斯?华特生当即决定,他应该探寻双螺旋模型。在访问了伦敦之后,我骑自行车返回学院。从后门翻进院内,这时我已经决定建立双螺旋模型。弗朗西斯也一定会同意。尽管他是一位物理学家,他也知道重要的生物是成双成对出现的。不仅如此,他和克里克进而开始寻找一种主干向边缘延伸的结构。这种结构就像一架螺旋形梯子,糖和磷酸犹如梯子的两道扶手,支撑两侧。尝试用剖开的DNA外形,以观察那些碱基是怎样像梯级似的安排在模型中的,使他们绞尽脑汁,煞费苦心。在一个轻率的错误之后,问题突然变得不言自明了。
我抬起头来,看的不是弗朗西斯,而开始颠来倒去转换有可能成对匹配的各种碱基。突然,我意识到,由两个氢键聚合的腺嘌呤-胸腺嘧啶对子与鸟瞟吟-胞嘧啶对子在形状上是一样的。
当然:在每一级上,都必定有一个小的碱和一个大的碱。但不仅是有大的碱。胸腺嘧啶必须与腺嘌呤配伍。如果有胞嘧啶,就必须与鸟膘呤成对。碱基成对配合,相互决定。
DNA分子模型是一个螺旋形梯子。它是右旋螺旋形梯,每个梯级大小相等,梯级间距离相同,并且以同样的角度弯曲——每两级梯级角度为36度。而且,如果胞嘧啶位于一个梯级的这一端,鸟嘌呤就在另一端;别的碱配对也是这样。这就是说,螺旋的每一半都携带着完整的遗传信息,因此,从某种意义上说,另外一半是多余的。
让我们用一台电子计算机来建立这种分子模型。在显示的图像上,这就是一对碱;连接两端的虚线则是聚合这两个碱的氢键。
我们将把它竖立起来,并用这种方式迭加累积。现在,我们将在电子计算机图像的左下端把这种碱迭加起来,这样,我们将建立DNA的整个分子结构,而且的的确确是一级一级地建立起来的。
现在是第二对碱;它可能与第一对同样,也可能是另外一类