識(shí)破廬山真面目

依上所述，子女之所以像父母，是因?yàn)閺母改改抢锝邮芰诉z傳物質(zhì)——核酸。父母的核酸何以如此神通廣大，竟然能影響其子女的相貌和舉止呢?

變不盡的新花樣

答案還得從核酸內(nèi)部去找。于是，人們又分析了核酸的組成。結(jié)果表明，無論是DNA還是RNA，都可分解成許多叫做單核苷酸的基本結(jié)構(gòu)單位:

磷酸—糖—堿基

即單核苷酸是由1個(gè)磷酸分子(用P表示)，1個(gè)糖分子(含有5個(gè)碳原子)和1個(gè)堿基分子組成的。不過，DNA中的糖比RNA中的糖少1個(gè)氧原子，所以DNA中的糖叫做去氧核糖(用D表示)，而RNA中的糖叫做核糖(用S表示)。DNA中單核苷酸的堿基可以是腺嘌呤(用A表示)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)或胞嘧啶(C)，因此DNA可有4種單核苷酸(由4種堿基決定)，即:

磷酸—去氧核糖—腺嘌呤(用符號(hào)表示為P—D—A)

磷酸—去氧核糖—鳥嘌呤(用符號(hào)表示為P—D—G)

磷酸—去氧核糖—胸腺嘧啶(用符號(hào)表示為P—D—T)

磷酸—去氧核糖—胞嘧啶(用符號(hào)表示為P—D—C)

根據(jù)美國(guó)生化學(xué)家托德的實(shí)驗(yàn):所有的DNA，都是由上述4種單核苷酸一個(gè)個(gè)連接起來的長(zhǎng)鏈組成的;所有的RNA，也是由4種單核苷酸一個(gè)個(gè)連接起來的長(zhǎng)鏈組成的，不過，RNA中沒有胸腺嘧啶，加以代之的是尿嘧啶(U)。這些長(zhǎng)鏈就叫多核苷酸鏈:

研究表明，單核苷酸在一條多核苷酸鏈中的排列，不是有規(guī)則地按A、G、T(或U，尿嘧啶)、C，A、G、T(或U)、C那樣重復(fù)，而是無規(guī)則地隨機(jī)重復(fù)。為了便于說明，我們假定DNA的一條多核苷酸鏈僅由兩個(gè)單核苷酸組成，即它僅提供兩個(gè)可容納單核苷酸的位置。在第一位置容納A的情況下，第二個(gè)位置可容納A、G、T或C，這樣就可以組成4種多核苷酸AA、AG、AT或AC。要注意，第一個(gè)位置除A外，還可以是G、T或C，所以，僅含兩個(gè)單核苷酸的DNA的多核苷酸鏈，可有如下4×4=4²=16種:

按同樣道理，如果核酸的一條多核苷酸鏈?zhǔn)怯?000個(gè)單核苷酸組成的，那么，可形成的多核苷酸的類型就是4¹⁰⁰⁰種。有人計(jì)算過，這個(gè)數(shù)字要比太陽系中的原子數(shù)還要多!事實(shí)上，一般來說，一條多核苷酸鏈豈止1000個(gè)單核苷酸，據(jù)估計(jì)，有4000到4億個(gè)之多。所以，僅僅由于單核苷酸的順序不同，而引起多核苷酸結(jié)構(gòu)的變化或花樣的翻新，就是無窮無盡的。核酸結(jié)構(gòu)上的多樣性，決定了地球上生物的多樣性，能解釋生物的多樣性，也是核酸作為遺傳物質(zhì)的一個(gè)重要條件。

登不完的螺旋梯

一個(gè)DNA分子，就是上面說的一條多核苷酸鏈嗎?看來還沒有這么簡(jiǎn)單。根據(jù)美國(guó)生化學(xué)家查爾加夫等人1948年的實(shí)驗(yàn)，無論來自哪種生物的DNA分子，其中腺嘌呤與鳥嘌呤的克分子數(shù)之和，總等于胸腺嘧啶與胞嘧啶的克分子數(shù)之和;腺嘌呤核苷酸的克分子數(shù)(A)總等于胸腺嘧啶核苷酸的克分子數(shù)(T)，鳥嘌呤核苷酸的克分子數(shù)(G)總等于胞嘧啶核苷酸的克分子數(shù)(C)，即A/T=G/C=1。

圖2—1　克利克(左)和沃森(右)

英國(guó)物理學(xué)家克利克和美國(guó)生化學(xué)家沃森(圖2—1)，對(duì)這些化學(xué)分析結(jié)果和一些物理分析結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)研究，于1953年創(chuàng)建了DNA分子雙螺旋模型，或簡(jiǎn)稱DNA模型，發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上。這篇文章不足1000字，但它卻宣告了遺傳學(xué)已進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代——分子遺傳學(xué)的時(shí)代。從此以后，大量的科學(xué)工作者，其中包括物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)工作者，都涌入這一誘人的領(lǐng)域，進(jìn)行了多方面的探索，他們?nèi)〉昧讼鄳?yīng)的重大成果。根據(jù)美國(guó)著名的新聞博物館對(duì)新聞?dòng)浾吆蜌v史學(xué)家的調(diào)查，DNA分子的雙螺旋模型的創(chuàng)建，為20世紀(jì)百大新聞中的第十二大新聞。

圖2—2　DNA結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)克利克和沃森的雙螺旋模型，DNA分子是由兩條平行的多核苷酸鏈組成的(圖2—2)。這兩條長(zhǎng)鏈外側(cè)由脫氧核糖(D)和磷酸(P)相互連接而成，內(nèi)側(cè)的堿基相互配對(duì)并由氫(…)鍵連接。不過，要注意的是，兩條長(zhǎng)鏈堿基之間不能隨意配對(duì)，必須門當(dāng)戶對(duì):只能腺嘌呤(A)跟胸腺嘧啶(T)相互配對(duì)，鳥嘌呤(G)跟胞嘧啶(C)相互配對(duì)，這就是所謂的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，根據(jù)這個(gè)理論能圓滿地解釋上述化學(xué)分析結(jié)果。

但是，這個(gè)模型還不能解釋用物理方法(如X光衍射)分析所得的結(jié)果。于是他們提出，DNA的這兩條平行鏈不是位于一個(gè)平面上，而是相互扭曲(像扭麻花一樣)的螺旋結(jié)構(gòu)，即所謂的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)(圖2－3)。這樣不僅滿意地解釋了化學(xué)分析的結(jié)果，也滿意地解釋了物理分析的結(jié)果。

圖2—3　DNA模型

顯然，DNA分子的結(jié)構(gòu)好像一把梯子，梯子兩邊的扶手是磷酸(P)和脫氧核糖(D)交互連接成的，中間的階梯是由兩條鏈的兩對(duì)堿基通過氫鍵連接成的。一般說來，一個(gè)DNA分子上大約有4千到4億個(gè)階梯。世界上哪有這么多階梯的梯子呢!殊不知，父母給予子女的最珍貴的財(cái)富，就是這種梯子，他(她)們就是以這個(gè)梯子作為藍(lán)圖而建造自身，并在社會(huì)中得以生存和發(fā)展。