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結構生物化學/核酸/DNA/富蘭克林的DNA X射線晶體學

來自華夏公益教科書

儘管DNA結構的發現歸功於沃森和克里克,但一位名叫羅莎琳德·富蘭克林的科學家在幫助他們發現這種結構方面發揮了關鍵作用。羅莎琳德·富蘭克林與弗朗西斯·威爾金斯一起研究DNA,應用X射線晶體學來找出它的結構特性。X射線晶體學需要將晶體標本(DNA)暴露在X射線下,以確定“構成晶體基本單元的分子,稱為晶胞”中原子​​的位置。然而,這項任務並非易事。

獲得物體清晰的衍射圖案需要晶體純淨,X射線足夠強。然而,正如富蘭克林意識到的那樣,DNA以兩種平衡形式存在,導致衍射圖案非常不清晰。這兩種形式是A型,即DNA的脫水形式,和B型,在潮溼條件下產生長而纖維狀的結構。富蘭克林利用她的化學背景,然後使用“操控標本的關鍵水化程度”[2]等巧妙的實驗室技術分離這兩種形式。然後將A型和B型分離並進行X射線晶體學,獲得成為沃森和克里克螺旋DNA結構基礎的圖片;其中一個是著名的B型DNA照片編號51。


纖維衍射

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纖維衍射是一種透過使用X射線的散射資料來確定分子結構資訊的方法。羅莎琳德·富蘭克林在發現DNA的結構資訊時使用了這種技術。實驗將纖維放置在X射線束的軌跡上,呈直角。衍射圖案是在距纖維幾釐米處的探測器薄膜中獲得的。纖維衍射圖案是二維圖案,顯示了分子的螺旋對稱性,而不是X射線晶體學拍攝的三維對稱性。好的纖維衍射圖案表現出四個象限的對稱性,與纖維對齊的軸稱為子午線,垂直於纖維的軸稱為赤道。富蘭克林使用非晶體DNA纖維獲得了衍射圖案,並從中推匯出DNA的B型。

  • 富蘭克林和威爾金斯獲得的衍射圖案顯示了X形圖案,暗示了2鏈螺旋形式

  • 他們還觀察到模式是一致的,並推斷螺旋的直徑也必須是一致的,

  • DNA的螺旋周長對應於圖片中的水平線,測量為34埃。他們還計算出,從X的中心到末端的距離測得的鹼基對之間的間隙為3.4埃。簡單的數學推斷出每圈有10個核苷酸


富蘭克林和威爾金斯還表明,糖磷酸骨架位於螺旋的外部,而不是以前認為的位於內部。他們得出這個結論是因為DNA的A型和B型。DNA的水合和乾燥形式表明水可以很容易地進入並與DNA結合,這一事實只有當糖磷酸骨架位於外部時才會發生。

發現總結

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- DNA的螺旋結構由兩條鏈組成


- 確定DNA的直徑在整個結構中都是相似的


- 計算出1圈為34埃,鹼基對之間的距離為3.4埃,每螺旋圈10個核苷酸


- 表明糖磷酸骨架位於結構的外部


伯格,傑里米。生物化學教科書


http://www.accessexcellence.org/RC/AB/BC/Rosalind_Franklin.php


http://en.wikipedia.org/wiki/Rosalind_Franklin


http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/pictures/franklin-typeBphoto.html


http://www.vigyanprasar.gov.in/scientists/REFranklin.htm


http://en.wikipedia.org/wiki/Fiber_diffraction


http://www.mpimf-heidelberg.mpg.de/~holmes/fibre/branden.html

華夏公益教科書