※ [本文转录自 wanderchang 信箱] 作者: jfsu (水精灵) 看板: Gossiping 标题: Re: [问卦] 有没有发现DNA结构的华生跟克里克的八卦 时间: Tue Jan 25 21:18:18 2011 : 可怜的富兰克林玩放射线玩到得癌，运气又很背， : 太执着於A型DNA了。事实证明A、B都对，只是B型才是正常型。 : 有没有科学界这麽黑暗，喔不， : 是有没有华生跟克里克的八卦？ 底下谈谈争议性的DNA双股螺旋结构的研究。 首先来个前情提要，不喜欢枯燥的叙述的人可以直接跳过。 ===以下是前情提要==以下是前情提要===以下是前情提要====以下是前情提要== 细胞核主要由含磷(P)的物质所构成，该物质是一种强酸，我们称为核酸。德国生化学家 柯塞耳发现核酸含有三种物质成份：核糖、磷酸和硷基。 其中，硷基又含有四种成份：胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)。 之後，柯塞耳的学生发现到核酸里的糖少了一个碳原子，於是就叫它核糖。 接着他又发现有些核糖少了一个氧原子，称之为去氧核糖。 也因此，斯斯有两种，核酸也有了两种：核糖核酸(RNA)和去氧核糖核酸(DNA)。 DNA最早的操刀手是物理学家，因为在1930年中期，当时的量子力学正蓬勃发展。一些 物理学家LP一捏，卵蛋一夹，将那好奇的触手慢慢地伸向生物学这块少女地身上。 带头的人是谁呢？ 一位是波耳，另一位是薛丁格，最後一位我不能说。 波耳（Niels Hendrik David Bohr (1885~1962)，就是提出加入量子化条件来解释氢原子 光谱的物理大师。他发表了一个名为《光与生命》的演讲，从量子力学的观点，大谈 物理与生物之间的相互关系。 当时台下有一位叫戴尔布鲁克（Max Ludwig Henning Delbr'ck，1906.9.4－1981.3.9， 德裔美籍生物物理学家，1969年诺贝尔生理学或医学奖的共同获奖者）的青年，听了 波耳的演讲之後，忽然觉得物理学的一些研究方法和原理可以使用在生物这门新领域上， 於是，他由原子物理转入生物学研究。 之後，他弄了个〔放射性同位素标记法〕，和生物学家赫尔希等人设计了一个极妙的 噬菌体试验，证明DNA才是真正的遗传物质，而执行遗传任务的并不是蛋白质，也因此 被大家尊称为〔分子生物学之父〕。这是後话。 既然DNA就是遗传物质，那麽它的结构为何？又是如何实现遗传呢？ 这个生物学中的大哉问竟然是由一位物理学家首先解答！ 到底是能跨领域展现其真强者的风范？ 嘿！就是赫赫有名的量子力学大师薛丁格。 他在1944年写了一本书《生命是什麽？》，副标题是《活细胞的物理学观点》。书中 引进了非周期结晶、负熵、密码、传递、量子跃迁等一系列的概念说明有机体的 物质结构、生命活动与延续、生命的遗传与变异。 先来说个後话，薛丁格所假设的密码即是构成DNA的四种核酸，每次取出三个构成一组 ，这样排列组合，便有了足够的遗传基因。1960年代末，用电子显微镜拍摄到放大了 730万倍的DNA照片已经证实了这一点。 波耳的演讲打动了台下一位26岁的年青小伙子，同样的方式，薛丁格的书所也启发了两位 青年物理学家叫法兰西斯．克里克（Francis Crick，1916－2004)与詹姆士．华生 （James Watson，1928－)。 他们相识於剑桥的卡文迪西实验室，前者由由物理领域转攻生物，而後者是学动物的， 全是受到薛丁格的影响来探索遗传之谜。 ===以上是前情提要====以上是前情提要====以上是前情提要====以上是前情提要= 其他的专业名词我们不再这里叙述，google的请向左走，百度的请向右，谢谢。 回到正题，话说当时一起研究DNA的共有三组团队，如同下魔兽的三国副本。 上路：由是英国伦敦大学的莫里斯．威尔金斯（Maurice Wilkins）带领副将 萝赛琳．富兰克林（Rosalind Franklin，1920～1958。） 先说明一下，据说，萝赛琳并不是威尔金斯的手下，而是居於与其平等的位置。他们 均各自领导了一个研究群，从完全不同的方向来研究DNA。他们使用X射线来分析DNA的 结构。因为DNA是高分子，普通光学显微镜根本看不到它的分子结构。X射线波长短， 穿过DNA时，会造成在一些方向上加强，在另一些方向上减弱的绕射图样（pattern）。 藉由分析这些图样，就可以确定原子间的距离和排列，而弄清它的分子结构。他们是有 拍到了一张DNA晶体结构的照片，但上头是一片云状的圈圈点点，只猜想DNA的结构大概 是螺旋形。 中路：美国化学家鲍林(Linus Pauling，1901.02.28－1994.08.19， 　　　『维他命C之父』)领导的小组。1951年，他用X光探测蛋白质的结构，顺利地得出 　　　α螺旋模型。 下路：华生和克里克。华生是位天才儿童，22 岁就拿到美国印地安那大学的生物博士 　　　学位，他到英国剑桥大学做博士後研究生，当时克里克是在剑桥攻读物理博士 　　　学位的学生。 三者相较之下：华生和克里克无论在实验与理论都远落於其他两组人马，唯一的优势 就只有在年纪上大胜而已（年轻人咩…）。 三雄争霸如同三国时代一样，谁先打破这三国鼎立的局面，谁就称王。 1951年，某个科学会议上。 华生嚼着口香糖，带着典型的美国佬高傲口吻，正坐在伦敦国王学院冰冷、没几个人 的讲堂後排，听着一位才华洋溢的晶体摄影学家萝赛琳．富兰克林，发表她对於 DNA 晶格的演讲。 看着眼前这位带着眼镜、不施胭脂与稍微零乱的头发的女孩，华生常戏称她为罗西 （Rosy）*（注），对华生而言，这样装扮是个典型的麻烦而又讨人厌的「老学究」。 「Hi～罗西！你好歹也打扮一下，看是要绑个双马尾，装个兽耳，再拿掉眼镜，应该 会比你现在的演讲还要出色！」 「噢！亲爱的华生，汝不悦～勿观之！」罗西推了下眼镜微笑道。 在听了罗西的回应之後，华生以一种怜悯的眼神打量着她，心想她可能是来自一个不幸 的、扭曲的家庭，导致了她的不快乐。他也不管罗西在上头细心地讲演，厚着脸皮硬是 把《ｘ周刊》摊在旁边的椅子上看了起来，偶尔抬头看看她。 *注： 华生在其《DNA双螺旋The Double Helix》一书中的人物罗西即是萝赛琳。但萝赛琳的 朋友则说她从未有过「罗西」这样的绰号，而且萝赛琳是个体贴的、乐观的、热心的女人 ，即使称不上时髦但也绝非邋遢，她也一直都有擦口红，甚至也没有视力上的问题。 其次，她来自一个相当幸福而富有的家庭，也并非如华生所猜测的是「因有一个不满足 的母亲，为了避免自己聪明的女儿嫁给愚笨的男人，因而鼓励她选择科学。」而她父母 的婚姻相当美满。 八卦是，华生对一位从事科学研究的女性的偏见是存在的。 总之，《DNA双螺旋　The Double Helix》这本书在校稿时，引来了某些强烈批判。这些 责难并非针对故事是否真实，也非厌恶华生的自我吹嘘，而是对他尖酸刻薄地描写 某几个人。虽然这本书最後出版了，也迅速替华生累积更多名声，只是一些批判均发表 於报章锥志，非处於当下的人几乎不可能读到，所以随着各翻译本出版，他的声誉远播， 成了当时年轻人的偶像。其实，该书内所述发现的过程背後，细心阅读，可以发现不但 有一位被欺侮的女人，也有一个不甚伟大的男人。 其实，华生这样听演讲不专心的个性并非浪得虚名。 他曾经在某演讲者在台上口沫横飞地说着当时，当众掏出一份报纸，跷起二郎腿， 悠闲地看了起来。其他人看了都直摇头，演讲者心中更是「e04！你若不是智障就是把 我当小叮当！」，以PTT的术语来说就是「如果我是板主就把你劣退、浸水桶！」 当然啦，华生这样的作法也惹来一堆人的反感。等到他上台演讲，居然全场每个人也都 煞有其事地跷脚看报，令他当场尴尬不已。此外，对於其他生物学学科，也带着轻视的 眼光，在会议中也不断地贬抑他们。所有召唤战神必备的文字：代PO、勿战、科科 (理性 优质 勿嘘！)他都有了。 突然，他的注意力被一张幻灯片给吸引！ 那是一张 X 光穿过 DNA 晶体的绕射图。华生对晶体摄影学是生手，但他还晓得那样的 影像与螺旋链的构造相符。会後他立即跟她要了一张照片。回到剑桥後，他试着回想 萝赛琳的报告内容，以便他和克里克据此建构一条三链的 DNA 模型。两人研究了老半天 ，DNA的结构是螺旋形，看来确定无疑了。这时华生拿起一个放大镜仔细扫视图面，突然 他把目光停在一个十字状的地方说道：「这地方有个交叉，我看这种螺旋很可能是双层 的，就像一个扶梯，旋转而上，两边各有一个扶手。」 「对，很有道理。萝西也认为它是一种双链同轴排列。」 「弄清T、C、A、G这四种物质怎样组合排列，也就弄清了DNA的模型！」 於是他们将废弃不用的蛋白质分子结构模型当材料（铁块、硬纸板、铁丝），在参考了 萝赛琳的资料之後，制成一个DNA分子模型。此时，当萝赛琳和威尔金斯到剑桥 来看他们的模型时，她的反应带着一丝嘲笑，并告诉他们对实验数据理解有误。 华生和克里克情绪一度低落，但仍不减对建立DNA分子的热情。 这天突然收到一封电报： 「鲍林已经宣布，DNA是三股螺旋！」 听到这个消息可真是晴天霹雳，在这场比赛中，鲍林Nice，华生Jizz！克里克瘫坐在 椅子上，懊恼地蒙着头，华生则呆呆地站在一旁，喃喃自语道：「三股螺旋， 这怎麽可能？」 之所以会这样想是因为，他看到了萝赛琳一张新拍的 X 光相片，编号 51。 相片里 X 光形成深色十字形的模样，华生认出那是螺旋分子的标志，而且认定DNA 绝对是双链，而非三链，因为「自然界的生物体都是成双作对的。」 还好到最後这只是处惊一场。 没有多久，其他实验室都证明三股螺旋的模型无法成功地解释DNA的结构。 华生和克里克经过这次之後，更加快脚步。1953年初，华生和克里克又弄出了一个 新模型，在两股螺旋链之间，夹着相同的硷基。即 A－A，C－C 等，以符合Ｘ光的晶体 分析数据。之後，他们根据美国哥伦比亚大学的一个研究，又将原来的结构模型改成 A－T 和 C－G 配对，但是 DNA 硷基能有不同的互变异构物，这样一来，又使两条 外骨架发生了扭曲。 这时候，另外有一位来自加州理工学院的年轻物理化学家唐那休（Jerry Donohue） 说他用的硷基是错误的异构物。1953年2月28日，隔天中午，华生再次重新排列他的 双股螺旋 DNA，他想神秘的DNA应该是有一种和谐的，美的结构，决不应该这样歪歪扭扭 。他这样想了一会儿便把硷基换来换去，大小搭配，而用氢键把配对的硷基连接起来。 突然间，他发现当使用 2 个氢键连接Ａ和Ｔ时，和用 3 个氢键连接Ｃ和Ｇ硷基时， 有相同的形状，他马上请唐那休监定新结构。 一有了唐那休的肯定，华生和克里克喜不自禁，便立即写成一篇短短两页的论文发表在 1953年4月25日的英国《自然》杂志上，论文内仅附了一张双螺旋的简图，其中的900字 还是由华生的妹妹伊莉莎白一字一字敲出来的。 她被说服参与的理由是「自达尔文的着作以来，生物学里最出名的事。」 而该杂志接下来的几页，是两篇相关的报告，一篇是威尔金斯的，一篇是萝赛琳的， 包括 51 号相片在内，呈现支持螺旋模型的 X 光绕射形态。 他们的竞争对手鲍林遗憾地说：「为什麽没有想到给核酸内的嘌呤和嘧啶 配对呢？我总在探讨三股螺旋，就是没有去试一下双螺旋。！」 按照华生与克里克的模型，DNA应该是两条独立的结构绕在一起而呈螺旋状。每一条 独立结构的骨干部份是由一个简单的分子串连形成。而每一个硷基则附在这骨干上， 并朝内与另一骨干上的硷基相连。其中A与T相连，而G一定与C相接。 ATCG这四个DNA字母的排列顺序则没有任何限制。 DNA就是这样子储存其遗传讯息。假如你把DNA拆开为两条独立结构的话，你可以从其中 任何一条的硷基排序推论出另一条的排序，原因是这两条骨干的硷基排序是互补的。 在一个人体细胞中，DNA梯子全长约有一米，所包含的骨干就有60亿条之多。 一个人的基因，它可能是梯子的一段，约有2000条！！！ 当细胞繁殖的时候，这条双螺旋就从中间分开，犹如拉链一样从中间分成两半。这时 每一个硷基对都拆开了，但是这剩下的一半在浮游於细胞核内的分子中很快就找到了 新的伴侣。A又与新的T结合，G又与新的C结合，这样就形成两个与原来的DNA一模一样的 复制品，这就是遗传。如果DNA在复制过程出了一点意外，就会造成突变的物种。 克里克、华生及魏尔金斯三人因此共同获颁1962年诺贝尔奖。令人惋惜的是，拍摄DNA 晶体X光绕射图案而解开DNA结构的关键人物－女性科学家萝赛琳，不幸地在1958年， 因癌症而去世，年仅三十七岁，未能同享诺贝尔奖的荣耀。 说了这麽多，想必当时推出这个DNA模型时应该是相当轰动才是。 如果乡民这样想的话就错了！ 当年这个成就并没有立即引起社会大众的注意，伦敦只有一家报纸报导。连美国 《纽约时报》，直到六月十三日，才刊出另一则伦敦发出的消息。之後的一年内，媒体 再也没有关於DNA的报导了。 最後，关於华生这位老兄的评价真的是不怎麽好。他自承喜爱网球与把妹，厌恶 英国食物与天气，诺贝尔奖更是他的野心。此外，他也不讳言说，愚笨的基因是可以 筛选出来、胖子难以被雇用的原因是因为他们缺乏进取心…，他更深信，举凡癌症、 肥胖、秃头、经神疾病都不是後天环境，而是先天在基因中已经决定。 简而言之，〔如果你笨，不要怪学校不好。〕 他最惨的遭遇是当他顶着诺贝尔奖的光环准备出书去作访问时，大言不惭地说： 「对於非洲的未来，我感到忧心忡忡。原本我们的政策都是基於非洲人的智力是跟我们 一样，但实验结果证明了这假设都是错的。」之後，他的访问被取消，连带他自己带大 的纽约长岛冷泉港实验室也将他停职（华生任该实验室的总栽） 以上，对於距今不过40年前的DNA发现源由与华生这位老兄约略简述！ 大家也可以在书局买到相关的书籍。 总之，只要知道DNA是双股螺旋的结构（想像将梯子挠曲成弹簧的样子）就可以了。 至於什麽ATCG，看看就好。 Reference : 1.双螺旋-DNA结构发现者的青春告白，时报出版 2.科学五千年（9） 3.科学发明演义（数理化通俗演义）（下） -- 在台湾，何谓R&D工程师? 1.Reverse and Decap :IC反相工程，去胶，打开封装，拍照，复制电路布局。 2.Resign and Die :没死的就操到辞职，没辞职的就操到死。 3.Rework and Debug :计画永远跟不上变化，变化永远跟不上老板的一句话! 4.Relax and Delay :太过於轻松(Relax)，那麽就会Random Death (随时阵亡) 但是外派到大陆的台湾郎，晚上是R (鸭)陪客户，白天是D (猪)任人宰割! --

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