如何通过X射线胶片中的斑点揭示DNA结构-峰回路转一梦千年

在分子生物学的历史上最经典的的图像之一，就是由Rosalind Franklin拍摄的一张著名的照片：一个定向的DNA分子纤维的X射线衍射模式图。这张由她拍摄的照片之所以具有如此重大的历史意义，是因为该照片为B型DNA的沃森—克里克模型提供了关键的证据。而且Francis Crick作为一位推动了螺旋分子衍射理论发展的科学家，从胶片上的斑点的模式推断出DNA的两条链是相互缠绕的。乍一看，她的图像与双螺旋并没有多大关系。那么，这些斑点的神秘模式是如何揭示出作为遗传物质的DNA的原子结构的呢？
从图中我们可以看到，Franklin的图像有一个中心Maltese十字视标构成，该视标又由宽点（该宽点的宽度反映出DNA分子纤维的无序状态）组成。斑点沿着水平“层次”线被均匀隔开。请注意：从十字视标的中心往上或往下计数时，不能发现第四层次上的斑点。同时还要注意，Maltese十字视标以及图像顶部和底部极暗的区域产生出一系列四菱形的区域。经过对波的衍射本性的一些思考，从定性的角度上，我们现在可以这样解释，这个表面上晦涩难懂的斑点模式其实与DNA双螺旋结构是相对应的。
X射线衍射的原理是当波通过一个周期性的阵列时，如果波的波长与该阵列的重复单位近似的话，波之间会发生干涉（这就是为什么X射线会被用来揭示原子结构的原因，其次因为它的波长很短，仅为0.15nm）。如果波的振动一致，波之间会相互加强（结构性干涉），但如果一系列波的波谷与另一系列波的波峰相遇宽霖法师，波之间则相互抵消（破坏性干涉）。因此，一束束通过含有水平线的阵列的波会产生一行垂直于该水平线的斑点扯扯老空。可以想象，如果水平线倾斜的话，会产生一行倾斜的斑点（该斑点仍然垂直于倾斜的线）丁可儿 。可以进一步想象，对于如图所示的两套“Z字”形连接的倾斜线来说，如果波通过它们，则会产生由两行倾斜的斑点组成的十字形。
现在让我们回到DNA上来，想象一下双螺旋中一条链的骨架投影到一个平面上来为妻不贤，不严格地说，这会产生一系列相互连接的zig和zag（或更恰当一点，正弦曲线）。如果我们这样，将zig想象为产生一套倾斜线，zag产生另一套倾斜线，那么穿过zig和zag的波将会产生如以上例子所示的两行相互交叉的斑点廖晓琴，这就构成了Franklin照片中Maltese十字视标的基础，因此该十字揭示出DNA的螺旋结构。基于X射线的波长，同时测量层次线间隔开的距离，齐楚嫣进一步揭示出螺旋的周期为3.4nm出鞘 酥油饼。当然，DNA并非只包含一个螺旋骨架，而是包含双螺旋骨架女尸还魂，这一点也通过Franklin的照片得以揭示。DNA双螺旋之间有3/8的螺旋重复单元对位不准李旻果，结果证明双螺旋之间的这种抵消产生了一个额外的破坏性干涉，而将第四层次线抹除张航禹。因此，丢失的第四层次线表明DNA具有双螺旋结构金王孙，北京半岛 并告诉我们双螺旋之间是如何相对排列的。
最后，DNA骨架并非我们想象中的那样是一条平滑线。相反，从原子水平来讲，它是颗粒性的，由糖—磷酸单元构成。这种颗粒性导致了额外的强度，尤其是十字视标中心的北面和南面，产生出一种四菱形的模式原来我是鬼。在具有更高分辨率的照片中川谷绘音，我们可以从十字视标中心往北面和南面清楚地数出十条层次线宛若一梦。这种衍射模式的特点告诉我们，双螺旋的周期（3.4nm）为原子周期的10倍，对应于以0.34nm为间隔的10个重复单元。因为每一个糖—磷酸单元具有一个碱基，因此B型DNA每一螺旋周期（即每一个螺旋转角）由十个碱基对组成吴兴旺。
因此，对于波的衍射的初步理解，从而为通过X射线胶片上的斑点的简单模式推导出DNA结构的主要特点奠定了基础。
文章来源：
J.D.沃森、T.A.贝克、S.P.贝尔、A.甘恩、M.莱文、
R.M.洛斯克 编著；杨焕明等译《基因的分子生物学》