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弗兰克林与DNA
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:2827    更新时间:2007/3/26
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提起DNA的发现,人们就会想起克里克和沃森。然而至少还有一位科学家应该永远被人记住,她就是弗兰克林,一位带有悲剧色彩的天才女科学家。据英国《自然》杂志报道,从美国书商诺曼收藏的私人信件证实,弗兰克林对DNA的发现居功甚伟。这位才华横溢、英年早逝的女科学家不应该诶公众和历史遗忘。

从源头说起

20世纪40年代,阿斯特伯里通过X射线晶体衍射图认为,DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。尽管阿斯特伯里的衍射图极不清楚,无法真实反映DNA的结构,但很多人都意识到,这一方法为揭开DNA的结构之谜提供了有力的工具。

接力棒随后传到了英国的威尔金斯小组。40年代末,威尔金斯小组测定了DNA在较高温度下的X射线衍射,纠正了阿斯特伯里的缺陷,并初步认识到DNA是一个螺旋形的结构。但由子衍射图仍较模糊,使得威尔金斯的研究再也无法深入下去。就在这时,弗兰克林这位才华横溢的物理化学家加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的构思和高超的实验技巧,对不同温度下的DNA射线衍射图进行了深入研究,获得了越来越清晰的DNA衍射照片。本来,如果弗兰克林与威尔金斯继续合作下去,胜利果实很可能就不会让别人摘取了。但是弗兰克林由于与威尔金斯性格不合,时常发生争执,最终导致她脱离威尔金斯小组,另立门户单干。这一分裂使得双方的研究实力大为减弱。

竞争者的出现

就在威尔金斯和弗兰克林对DNA结构进行研究时,一位名气更大的人物——一美国化学家鲍林从1951年起就在用同样的X射线晶体衍射方法研究蛋白质的氨基酸和多肽链,并因此获得了1954年的诺贝尔化学奖。

感觉敏锐的鲍林随即将注意力转到了DNA上来,并获得了一些DNA X射线晶体衍射照片。然而鲍林一直以为DNA是三螺旋结构。这一先入为主的观点使他进入了一个误区,再也没有走出死胡同,否则他很可能会三获诺贝尔奖(另一次是获 1962年的诺贝尔和平奖)。

由于弗兰克林、威尔金斯和鲍林在当时都没能获得较大的进展,于是天降大任于克里克和沃森。克里克和沃森后来都承认,他们是站在了巨人的肩上。这巨人就是威尔金斯和弗兰克林,尤其是后者。

1951年,沃森代表导师卢里亚前往意大利参加生物大分子结构会议。会上,威尔金斯关于DNAX射线衍射图分析报告吸引了沃森。可以说这是对沃森研究DNA结构的一次重要启蒙。博士毕业后,沃森被导师推荐到欧洲。在英国的卡文迪什实验室,他与克里克相遇并共同研究DNA的结构。虽然受到来自威尔金斯和弗兰克林工作的启发,但是DNA究竟是一个什么样的螺旋结构,是双链、三链还是四链的,沃森和克里克心中并没有谱。

误入三螺旋迷途

在获得大多数诺贝尔科学奖的英美科学界流传着这样一种说法,诺贝尔奖得主的创意许多是来自喝下午茶。也许这是一个事实。在不得要领的情况下,沃森与克里克想象中认为DNA的螺旋结构应该是三螺旋,并由此展开了游戏式的“搭积木”研究。这也不足为怪,化学分子的许多结构模型都是靠“搭积木”的方法被人认识的。

最初,沃森与克里克千辛万苦地按照他们的理解,把糖和磷酸置于中间,4个碱基位于外侧,搭出了DNA三螺旋的结构。他们认为,这个模型与威尔金斯和弗兰克林提供的X射线衍射图比较吻合。沃森和克里克理所当然地向威尔金斯和弗兰克林透露了他们的“重大成果”。但是,在见到他们的所谓成果时,弗兰克林当头就泼了一盆凉水,她一针见血地指出了其中的缺陷,这个模型过于模仿水分子。也就是说,DNA的螺旋结构并不是三螺旋。

尽管弗兰克林当时并不知道DNA的精确结构应当是什么样,但她通过研究,至少知道DNA结构不应当是什么样。正是她那独特的思想光芒把沃森和克里克引到了正确的方向。

科学史上的伟大瞬间

正当沃森和克里克备感沮丧之际,鲍林宣布发现了DNA螺旋结构--但他也把DNA结构搞成了三螺旋。沃森与克里克且惊且喜。喜的是鲍林也搞错了,惊的是时不我待,如果再不抓紧时间和找准方向,这一重大发现必然会落入他人之手。

于是,他们又分别找威尔金斯和弗兰克林讨论,究竟DNA螺旋应该是一个什么样的结构,结果均不欢而散,因为威尔金斯和弗兰克林否定了沃森和克里克的设想。然而,正是在1953214日与威尔金斯的讨论中,威尔金斯出示了一幅弗兰克林在195111月获得的非常清晰的DNA晶体衍射照片。威尔金斯出具照片是为了证明沃森与克里克的错误,然而殊不知,这张照片却像划破夜空的闪电一样激发了沃森的灵感。他差点儿叫出声来:上帝,DNA只有是双链的,才会显示出这样的图像!

果然,在把核酸和糖改放在外侧,把碱基置于中间后。1953228日,沃森和克里克重新摆弄出了正确的DNA双螺旋结构,距他看到弗兰克林那张清晰的照片只有两周的时间。1953425日,《自然》杂志发表了沃森与克里克关于DNA双螺旋结构假说的短文,并配发了威尔金斯和弗兰克林的两篇文章,以支持沃森和克里克的假说。后来鲍林和其他科学家的研究也从不同方面证明了DNA双螺旋结构。

早逝使其与诺贝尔奖无缘

有人认为,弗兰克林是科学史上的一位悲剧人物。尽管她为DNA双螺旋结构的发现作出了重要贡献,但她未能获得诺贝尔奖,她的功绩也被贬低了。同时,如果不是她与威尔金斯的性格不和,很可能由她与威尔金斯最后全部发现DNA双螺旋结构的奥秘,而不是让幸运落到克里克和沃森的头上。

在诺曼收藏的诺贝尔奖得主的手稿与信件中,有一封弗兰克林与沃森和克里克的通信,足以证明弗兰克林的重要性。克里克和沃森在信中说,她和维尔金斯的DNA X衍射图对他们启发很大。这封信实际上是感谢弗兰克林在195111月获得的照片。正是由于这张照片,以及此前与弗兰克林、威尔金斯的不断争论,他们才找到正确的研究方向,并最终摘取了发现DNA双螺旋结构的金牌。

1962年的诺贝尔医学奖没有给弗兰克林,原因是1958年弗兰克林因患卵巢癌而英年早逝(年仅37岁)。而按早年诺贝尔立下的规矩:诺贝尔奖只给那些活着的人,自然无法授予弗兰克林。需要指出的是,按照诺贝尔奖评选的不成文规定,一次授奖的个人不能超过三人。DNA双螺旋结构的发现,显然主要是四个人的功绩,如果弗兰克林健在,肯定会使评委们为难。由于弗兰克林的去世,获奖者刚好三人,结果既能令各方如意,评委们也不会无从选择。(马文会)

 

http://www.nxipo.gov.cn/file/page_5.jsp?code=000400000800014

文章录入:hainandao    责任编辑:hainandao 
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