醫學史上的4月25日:科學家指出脫氧核糖核酸是雙螺旋結構

歷史上的今天，1953年4月25日，科學家指出DNA是雙螺旋結構。當日，在《自然》雜誌上發表文章中，沃森博士（轉行兩次的前物理學博士、獲諾貝爾醫學獎的分子生物學家德爾布呂克的學生）和克裡克博士指出脫氧核糖核酸（DNA）的新結構。從而否定了林納斯·泡令的DNA是α螺旋結構說。

沃森簡介

沃森（詹姆斯·杜威·沃森 James Dewey Watson）美國分子生物學家、遺傳學家和動物學家。

沃森1928年4月6日出生於伊利諾州芝加哥。

沃森在芝加哥南部長大，就讀於霍瑞斯曼文法學校和南岸高中等公立學校。他對觀鳥很感興趣，這是和他父親的一個共同的愛好，所以他考慮主修鳥類學。當時一個很受歡迎的廣播節目《孩子身上的智力競賽》，它的競賽方式就是向聰明的年輕人提出了問題。而沃森在這個節目中展露頭角。多虧了大學校長羅伯特·哈欽斯的自由主義政策，他得以在15歲時就進入了芝加哥大學，並在那裡獲得了獎學金。

在讀了埃爾文·施洛德的書《生活是什麼》之後，1946年，沃森將他的職業抱負從鳥類學轉向遺傳學。1947年，沃森在芝加哥大學獲得動物學學士學位。在他的自傳《避免無聊的人》中，沃森將芝加哥大學描述為一個「田園詩般的學術機構」，在那裡他被灌輸了批判性思維的能力和道德上的強迫，不讓那些妨礙他尋找真理的傻瓜受苦。1947年，沃森離開芝加哥大學成為Indiana University的研究生，並被1946年諾貝爾獎得主赫爾曼·約瑟夫·穆勒（Hermann Joseph Muller）在布盧明頓的出現所吸引（赫爾曼在1922年、1929年發表了重要論文）。20世紀30年代，他在1944年出版的著作中闡述了遺傳分子的所有基本性質。1950年，沃森從Indiana University獲得博士學位，薩爾瓦多·魯裡亞（著名義大利微生物學家，後入美籍）是他的博士生導師。

上圖為魯裡亞

1950年在印第安納大學獲得博士學位後，他在哥本哈根大學（University of Copenhagen）與赫爾曼·卡爾卡爾（Herman Kalckar）和奧萊·馬洛伊（Ole Maaloe）一起攻讀博士後。一年後，沃森後來在英國劍橋大學卡文迪什實驗室（University of Cambridge's Cavendish Lab）工作，在那裡他第一次見到了未來的合作者和朋友弗朗西斯·克裡克。

1956年~1976年，沃森在哈佛大學生物系任教，研究分子生物學。從1968年起，他擔任冷泉港實驗室（CSHL）主任期間，擴展了該實驗室的資金和研究水平。在冷泉港實驗室（CSHL），他把研究重點轉移到了癌症的研究上，同時使之成為世界領先的分子生物學研究中心。1994年，他開始擔任實驗室負責人。任期10年後，又被任命實驗室財政負責人，任職至2007年。此前他發表了一些有爭議的過激言論，聲稱情報與種族之間存在聯繫。1988年~1992年，沃森與美國國立衛生研究院合作，幫助建立了人類基因組計劃。

沃森寫過很多科學書籍，包括1965年出版的《基因的分子生物學》和1968年出版的暢銷書《雙螺旋》

沃森最為人熟知的貢獻是1953年與弗朗西斯·克裡克和羅莎琳德·富蘭克林共同發現DNA的結構，其後沃森、克裡克、威爾金斯因其貢獻被授予1962年諾貝爾生理學或醫學獎。

DNA雙螺旋結構的發現被譽為20世紀人類最為重要的科學發現之一，另外兩個為相對論和量子力學。1962年，沃森、克裡克與威爾金斯3人獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

上圖為克裡克

上圖為威爾金森

DNA的 雙螺旋結構

DNA是很長的高聚物，由重複單位組成的核苷酸。DNA鏈在22~26之間。雖然每個重複單位都很小，但DNA聚合物可能是含有數百萬個核苷酸的巨大分子。例如，人類最大的染色體--1號染色體，約為2.2億。鹼基對長在活生物體中，DNA通常不是以單個分子的形式存在，而是作為緊密關聯的一對分子存在。這兩條長股像藤蔓一樣纏繞在一起，形狀像雙螺旋。核苷酸重複序列既包含分子主幹的片段（將鏈連接在一起），也包含一個鹼基，該鹼基與螺旋中的其他DNA鏈相互作用。一般來說，與糖相連的鹼基稱為a核苷與糖和一個或多個磷酸鹽基團相連的鹼基稱為a核苷酸。如果多個核苷酸連接在一起，就像在DNA中一樣，這種聚合物被稱為多核苷酸。

上圖為DNA的雙螺旋結構

DNA鏈的主幹是由交替的磷酸和脫氧核糖。在雙螺旋中，一條鏈中核苷酸的方向與另一條鏈中核苷酸的方向相反。這種DNA鏈的排列稱為反平行。

DNA雙螺旋通過氫鍵在兩股連在一起的鹼基之間。在DNA中發現的四個鹼基是腺嘌呤（簡稱A）胞嘧啶（C）鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。這四個鹼基附著在糖/磷酸鹽上，形成完整的核苷酸。