结构生物化学/核酸/DNA/查伽夫实验

历史信息

如果没有奥地利-匈牙利生物化学家埃尔温·查伽夫的工作，就不可能确定DNA结构。查伽夫最初是一位脂类和脂蛋白研究员，在读到奥斯瓦尔德·埃弗里关于DNA是编码遗传信息的物质的实验后，他将研究重点转向了DNA。

在查伽夫的时代，四核苷酸假说被认为是主流理论，由菲比斯·勒文提出。该理论认为“DNA由等量的四种碱基组成——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶——但它们以一种过于简单的结构组织在一起，无法承载遗传信息。” 这四种碱基通过氢键结合在一起，并位于DNA螺旋结构的内部。然而，糖和磷酸骨架位于DNA结构的外部。两条链互补，因此一条链依赖于另一条链。尽管埃弗里的实验表明DNA编码生命，但科学界仍然相信DNA过于简单，无法承载遗传信息。查伽夫对四核苷酸假说并不满意，因为支持它的数据很少。

实验

埃尔温和他的同事在他们的发现过程中收集了多个DNA样本。利用当时相对较新的纸色谱技术，查伽夫和他的同事分离了DNA。他们收集的DNA经过酸处理。酸会水解磷酸二酯键，因为酸会对键进行亲核攻击，导致骨架断裂。一旦磷酸二酯键断裂，单个核苷酸就会分离出来，可以自由分析。紫外分光光度法用于分析DNA样本中存在的碱基的精确数量。

紫外分光光度法表明嘌呤碱基（腺嘌呤和鸟嘌呤）和嘧啶碱基（胞嘧啶和胸腺嘧啶）的数量并不相等。查伽夫和他的合作者证明，四核苷酸假说实际上错误地认为所有四种碱基的数量都相等。换句话说，GC的浓度等于AT的浓度。然而，在RNA中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代。查伽夫注意到，尽管并非所有碱基都数量相等，但某些碱基彼此相等。鸟嘌呤的含量与胞嘧啶的含量相当；腺嘌呤和胸腺嘧啶也是如此。A/T和C/G碱基的比例对所有生物体以及分离的两条链都适用。一个嘌呤碱基与另一个嘧啶碱基之间的明显比例，以及它对两条链都适用，这对于确定DNA的螺旋结构至关重要，尽管查伽夫无法看到它。

该实验产生了两个发现，现在总结为查伽夫法则

1. 腺嘌呤碱基的数量等于胸腺嘧啶碱基的数量，胞嘧啶碱基的数量等于鸟嘌呤碱基的数量。A=T的比例 C=G的比例 A + T +C +G的比例 = 100%

2. A:T和C:G的比例对两条链都适用。

例如：在人类DNA中，四种碱基腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（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的等式显示了查伽夫法则，直到沃森和克里克发现双螺旋结构后，该法则才得到解释。