結構生物化學/核酸/DNA/查伽夫實驗

歷史資訊

如果沒有奧地利-匈牙利生物化學家埃爾溫·查伽夫的工作，就不可能確定DNA結構。查伽夫最初是一位脂類和脂蛋白研究員，在讀到奧斯瓦爾德·埃弗裡關於DNA是編碼遺傳資訊的物質的實驗後，他將研究重點轉向了DNA。

在查伽夫的時代，四核苷酸假說被認為是主流理論，由菲比斯·勒文提出。該理論認為“DNA由等量的四種鹼基組成——腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶——但它們以一種過於簡單的結構組織在一起，無法承載遺傳資訊。” 這四種鹼基透過氫鍵結合在一起，並位於DNA螺旋結構的內部。然而，糖和磷酸骨架位於DNA結構的外部。兩條鏈互補，因此一條鏈依賴於另一條鏈。儘管埃弗裡的實驗表明DNA編碼生命，但科學界仍然相信DNA過於簡單，無法承載遺傳資訊。查伽夫對四核苷酸假說並不滿意，因為支援它的資料很少。

實驗

埃爾溫和他的同事在他們的發現過程中收集了多個DNA樣本。利用當時相對較新的紙色譜技術，查伽夫和他的同事分離了DNA。他們收集的DNA經過酸處理。酸會水解磷酸二酯鍵，因為酸會對鍵進行親核攻擊，導致骨架斷裂。一旦磷酸二酯鍵斷裂，單個核苷酸就會分離出來，可以自由分析。紫外分光光度法用於分析DNA樣本中存在的鹼基的精確數量。

紫外分光光度法表明嘌呤鹼基（腺嘌呤和鳥嘌呤）和嘧啶鹼基（胞嘧啶和胸腺嘧啶）的數量並不相等。查伽夫和他的合作者證明，四核苷酸假說實際上錯誤地認為所有四種鹼基的數量都相等。換句話說，GC的濃度等於AT的濃度。然而，在RNA中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代。查伽夫注意到，儘管並非所有鹼基都數量相等，但某些鹼基彼此相等。鳥嘌呤的含量與胞嘧啶的含量相當；腺嘌呤和胸腺嘧啶也是如此。A/T和C/G鹼基的比例對所有生物體以及分離的兩條鏈都適用。一個嘌呤鹼基與另一個嘧啶鹼基之間的明顯比例，以及它對兩條鏈都適用，這對於確定DNA的螺旋結構至關重要，儘管查伽夫無法看到它。

該實驗產生了兩個發現，現在總結為查伽夫法則

1. 腺嘌呤鹼基的數量等於胸腺嘧啶鹼基的數量，胞嘧啶鹼基的數量等於鳥嘌呤鹼基的數量。A=T的比例 C=G的比例 A + T +C +G的比例 = 100%

2. A:T和C:G的比例對兩條鏈都適用。

例如：在人類DNA中，四種鹼基腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）的百分比如下：A= 30.9% 和 T= 29.4%；G=19.9% 和 C=19.8%。A=T和G=C的等式顯示了查伽夫法則，直到沃森和克里克發現雙螺旋結構後，該法則才得到解釋。