二、DNA双螺旋结构
DNA是遗传物质，通过它能够使亲代的性状在子代表现出来。20世纪四五十年代，科学家已经知道DNA分子是由4种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物。但是，只由4种脱氧核苷酸组成的DNA分子为什么能够成为遗传物质？遗传信息怎样贮存在DNA分子中？细胞的遗传物质怎样被复制，使遗传信息从双亲传递到子女？这些问题仍然使科学家感到困惑不解。为此，许多科学家都投入到对DNA分子结构的研究中，大家期盼着DNA结构的知识将对这些基本问题提供答案。
图4－1－2 DNA是遗传物质
1953年，美国科学家沃森（Watson）和英国科学家克里克（Crick）共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。DNA结构的发现，直接回答了这些重要的生物学问题。图4－1－3告诉我们，DNA分子结构像一个缠绕形成的螺旋形梯子。
DNA由两条链组成，每一条链由许多核苷酸共价结合形成，在两条链之间，依靠氢键结合起来，盘旋成一个螺旋状物。
从图4－1－3可以看到，DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，核苷酸由脱氧核糖、磷酸、一个含氮碱基分子组成。构成DNA分子核苷酸中的碱基只有4种（图4－1－4）：腺嘌呤（adenine，A）、胞嘧啶（cytosine，C）、鸟嘌呤（guanime，G）和胸腺嘧啶（thymime，T）。两条核苷酸链的糖—磷酸为骨架构成梯子两边的“扶手”，两条链伸出的碱基是阶梯的梯级。因此把DNA分子的结构称作双螺旋结构。
沃森和克里克研究的结果包含两个关键的意义。第一，验证了DNA分子中存在两条核苷酸链；第二，发现了碱基配对规律。沃森和克里克指出，在这两条核苷酸链之间，腺嘌呤只能与胸腺嘧啶配对，胞嘧啶只能与鸟嘌呤配对。这种碱基配对规律包含着一个重要的结果：如果知道DNA分子中一条链的碱基顺序，分子的另一条链的碱基顺序自动地就知道了。例如，如果一条链的顺序是：ACCTAGG，另一条链就有这样的顺序：TGGATCC。任何其他的顺序都是违反“A只与T配对、C只与G配对”的原则。这种DNA结构对于DNA的复制是非常重要的。因为“A只与T配对、C只与G配对”的规律，在亲代DNA生产子代DNA过程中，原始的链能像模板一样发挥作用。在沃森和克里克这一重要发现之前，还没有哪一种分子，只要看一下它的结构，就可以了解它的功能。
图4－1－3 DNA双螺旋结构和结构材料
图4－1－4 组成DNA的4种核苷酸
注：DNA的核苷酸单位由3个部分组成，即中间一个五碳糖、一个磷酸基和一个有机含氮碱。
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