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dna雙螺旋圖形

生活 更新时间:2024-09-08 21:13:25

編者按:中科院之聲不定期手繪一張“科學史小畫”,為大家介紹一段科學史和其背後的故事。

dna雙螺旋圖形(解密DNA雙螺旋結構)1

DNA雙螺旋結構的發現堪稱現代生物學史上一項劃時代的成就。沃森和克裡克發現“雙螺旋”的故事可謂人盡皆知。但是,你知道嗎她所拍攝的DNA晶體衍射圖片——“照片51号”是解密DNA雙螺旋結構的關鍵線索。此物質的相關數據,為沃森、克裡克得出DNA結構起到了決定性作用。而照片的拍攝者就是英國物理化學家羅莎琳德·富蘭克林。

1920年7月25日,富蘭克林出生于英國倫敦,少年和青年時均受到良好教育的她,從小就有志于自然科學。由于富蘭克林生活在一個自由且能充分表達個人觀點的家庭環境中,這為她在以後科學研究中的獨立思考奠定了好的基礎。1938年,她以優異的成績進入劍橋大學,開始更加深入全面地學習自然科學方面的知識。在劍橋大學學習期間,她在自然科學理論上打下了堅實的基礎。1947年,富蘭克林進入法國巴黎國家藥物局中心實驗室,開始了她的X射線衍射技術的科學研究生涯。1950年她被聘為英國國王學院研究員,加入到用X射線衍射技術進行DNA結構的研究中。富蘭克林利用豐富的經驗和實驗技術,于1952年5月拍攝了高清晰度的DNA(B型)X射線衍射圖譜,并對所得到的照片和數據進行了科學的分析。由此初步得出判定,B型DNA應該是一種螺旋型結構,并且按照布拉格公式計算出了DNA分子平均直徑和相臨核苷酸之間的間距等基本數據。此外DNA非常容易吸水和脫水,而水分子主要被吸引在DNA鍊中的磷酸基周圍,富蘭克林根據這些特征,運用帕特生函數分析中的堆積法,推測磷酸基團應該位于DNA鍊外面,而堿基則位于鍊的内部。可以說,這為最終闡明DNA的結構邁出了至關重要的一步。

這張被稱作“照片51号”的DNA圖譜,被貝爾納形容為:“幾乎是有史以來最美的一張X射線照片。”但是富蘭克林當時并未發表研究成果,而且由于A型DNA結構數據仍不足以支持螺旋型,因此她繼續将研究焦點放在了A型DNA上。

1953年1月,實驗室的同事威爾金斯将照片51号拿給沃森過目,這使得沃森與克裡克重啟了對DNA結構模型的建構。《自然》期刊于1953年4月25日同時發表了三篇論文,順序是以沃森與克裡克為先,再來是威爾金斯等人,最後是富蘭克林。沃森與克裡克在論文中提及他們是受到威爾金斯與富蘭克林等人的啟發,但當時并未詳細說明。後來沃森與克裡克皆坦承,富蘭克林的研究結果是建構雙螺旋結構的必要線索。DNA雙螺旋結構的發現是生物學的一座裡程碑,是分子生物學時代的開端,而富蘭克林的貢獻是毋庸置疑的。

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