核酸的分子结构：D.N.A的一种结构（1953年4月25日）

J.D.沃森（J. D. WATSON）＆ F.H.C.克里克（F. H. C. CRICK）

出版于1953年4月25日《Nature》

  我们希望提出化合物脱氧核糖核酸（D.N.A）的结构。我们所提出的结构具有相当的生物学意义的新特征。

  鲍森和科里联合提出核酸的结构。他们在出版前友好地向我们提供了他们的手稿。他们的模型坚持由三条相互盘绕的链，磷酸在纤维轴的内侧，碱基在外侧。在我们看来，这种结果并不令人满意，原因有两个：

   (1)我们认为X射线衍射图的作用对象是化合物（指的是盐类物质），而不是磷酸，如果没有酸性氢原子，就不清楚究竟是什么使得结构保持，特别是当轴附近的的带有负电的磷酸盐相互排斥。

  （2）他们的模型中一些分子之间的间距太小，会导致相斥

  弗雷泽（在媒体上）也提出了另一种三链结构。在他的模型中，磷酸盐在外面，碱在里面，通过氢键连接在一起。所描述的这种结构定义不明确，因此，我们将不作评论。

  我们希望为D.N.A提出一种完全不同的结构，这种结构有两个螺旋链，而且两个螺旋链围绕着同一个轴盘旋（见下图）。我们做了通常的化学方面的假设，即每条链由磷酸二酯基团组成，这些基团通过3'，5'键连接p-D-脱氧-呋喃核糖残基。两条链（但不是它们的基部）通过垂直于纤维轴的二元组连接。两条链都遵循右旋螺旋，但由于二元组，两条链中的原子序列以相反的方向运行。碱基在螺旋的内部，磷酸盐在外部。。糖和原子在Ft附近的构型接近于富尔伯格的标准构型，糖大致垂直于f，，，6，，Jf，JU ^ v，，与附着的碱基有关。每条链上每3-4 A有一个残留物。我们假设同一链中的相邻残基之间的角度为 36，因此该结构在每个链上出现 10 个残基后重复，即在 34 A 之后。磷原子与纤维轴的距离为10 A。由于磷酸盐在外面，阳离子很容易获得它们。

  这个数字纯粹是图解性的。两条丝带象征着两条磷酸盐糖链，而氢键将成对的碱基固定链成链。垂直线标记盘旋公共轴。

  该结构是张开的，其含水量相当高。在较低的含水量下，我们预计核酸链底座会倾斜，以便结构变得更加紧凑。

  该结构的新特征是两条链通过嘌呤和嘧啶碱基结合在一起的方式。底座的平面垂直于竖轴。碱基彼此成双，一个链上的单个碱基与另一个链上的单个碱基以氢键相连，因此两者以完全相同的高度并排。其中一个必须是嘌呤，另一个必须是嘧啶才能发生键合。氢键的组成如下：嘌呤位置1组合嘧啶位置1;嘌呤位置 6 组合嘧啶位置 6。

如果假设碱基仅以最合理的互变异构形式（即，酮而不是烯醇构型）出现在结构中，则发现只有特定的碱基对可以键合在一起。这些组合是：腺嘌呤（嘌呤）与胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）与胞嘧啶（嘧啶）。

  换句话说，如果腺嘌呤在任一链上形成一对成员，那么根据这些假设，另一个成员必须是胸腺嘧啶;鸟嘌呤和胞嘧啶也是如此。单个链上的碱基序列似乎不受任何限制。但是，如果只能形成特定的碱基对，则如果给定一条链上的碱基序列，则自动确定另一条链上的序列。

  实验发现，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量之比，以及鸟嘌呤与胞嘧啶之比，对于脱氧核糖核酸总是非常接近于1。换句话说在双链DNA总数上腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等，以及鸟嘌呤与胞嘧啶数量相等。

  用核糖代替脱氧核糖构建这种结构可能是不可能的，因为额外的氧原子会使部分原子接触太近而使结构不稳定。

  先前发表的关于脱氧核糖核酸的X射线数据不足以对我们的结构进行严格的测试。据我们所知，它与实验数据大致兼容，但在与更精确的结果进行检查之前，必须将其视为未经证实。下文通报中列举了其中一些建议。当我们设计我们的结构时，我们不知道那里呈现的结果的细节，这主要取决于（但不完全）基于已发表的实验数据和立体化学的论证。

 我们注意到，我们假设的特定配对立即表明遗传物质可能存在某种复制机制。

  该结构模型的全部细节，包括构建它时假设的条件，以及原子的一组坐标，将在其他地方发布。

  我们非常感谢Dr. Jerry Donohue不断的建议和批评，特别是在原子间距离方面。我们也受到 Dr. M. H. F. Wilkins ， Dr. R. E. Franklin及其伦敦国王学院同事未发表的实验结果和思路所提供的对一般规律了解的激励。我们中的一个人沃森（J. D. WATSON）已经得到了（美国）国家婴儿瘫痪基金会的奖金。

参考：

1.     Pauling, L., and Corey, R. B., Nature, 171, 346 (1953); Proc. U.S. Nat. Acad. Sci., 39, 84 (1953).

2.     Furberg, S., Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952).

3.     Chargaff, E., for references see Zamenhof, S., Brawerman, G., and Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).

Wyatt, G. R., J. Gen. Physiol., 36, 201 (1952).

4.     Astbury, W. T., Symp. Soc. Exp. Boil. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).

5.     Wilkins, M. H. F., and Randall, J. T., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

注：