核酸結構

DNA 的 X 射線衍射(X-ray diffraction)

在 1950 年代,對於一個遠小於任何顯微鏡所能看清的分子,你怎麼看出它的形狀?你沒法直接看它——但你可以讓 X 射線穿過它,再讀出它們投下的影子圖案。這種技術,X 射線衍射,正是雙螺旋首次被瞥見的方式。

當一束 X 射線穿過排列整齊的 DNA 纖維時,原子規則的間距把射線散射成探測器上一片由斑點和弧線組成的圖案。從那圖案的幾何形狀出發,訓練有素的眼睛能反推出產生它的分子的形狀。在羅莎琳·富蘭克林那張著名的影像(即 51 號照片)裡,那個醒目的 X 形斑點十字,正是螺旋的直接指紋,而斑點的間距揭示了螺旋的重複週期(每圈約十個鹼基)及其寬度。

這件事在科學上和歷史上都很重要。富蘭克林細緻的衍射數據,以及她得出的「DNA 是螺旋形、磷酸骨架在外側」的結論,是沃森-克里克模型的關鍵證據——然而她的影像是在她不知情的情況下被拿給他們看的,她的貢獻長期被低估。她於 1958 年去世,沒能等到 1962 年這個結構所贏得的諾貝爾獎,如今她的角色已被公認為這項科學偉大發現的核心。

對一位晶體學家而言,51 號照片中那個由暗斑組成的簡單 X 形是一個不會認錯的標誌:只有螺旋形分子才會把 X 射線散射成那個十字,而層與層之間的間隔洩露了每圈十個鹼基的重複週期。

51 號照片:X 射線投下的影子,揭示了一個螺旋。

衍射並不是直接給分子拍照;它記錄的是一種散射圖案,結構必須由此推斷出來。而這項發現是一樁協作而又有爭議的事情——富蘭克林的數據在未經她同意的情況下被使用,這如今已是科學倫理中一段著名的插曲。

又稱
X-ray crystallography of DNAPhoto 51X 射线衍射51 号照片