Исходя только из химической струк­туры ДНК невозможно определить механизм передачи генетической ин­формации. Для функционирования такой сложной молекулы важна не только химическая природа состав­ляющих её элементов, но и форма, ко­торую принимает в пространстве хи­троумно уложенная цепь. Учёные понимали, что ключ к разгадке того, как работает ДНК, находится в её про­странственной структуре.

Первым шагом на пути к разгадке секрета этой структуры стали резуль­таты экспериментов американского биохимика Эрвина Чаргаффа (родил­ся в 1905 г.). Он изучал содержание и состав ДНК в различных организмах и установил в 40-х гг. ряд важных закономерностей. Во-первых, в ДНК, выделенной из разных клеток одного организма, процентное содержание нуклеотидов А, Т, Г и Ц (биохимики называют его нуклеотидным составом ДНК) одинаковое. Это значит, что лю­бая клетка содержит полный набор информации обо всём организме. Во-вторых, у каждого биологического вида своё характерное соотношение (Г + Ц) : (А + Т), которое всегда оста­ётся постоянным. У разных видов оно колеблется от 22 до 74%. И в-третьих, в любой ДНК независимо от вида ор­ганизма число остатков А всегда рав­но числу остатков Т, а число остатков Г — числу остатков Ц. Исходя из это­го, учёные сделали вывод, что основа­ния в ДНК встречаются попарно: если есть остаток А, то обязательно должен быть остаток Т, точно так же, как по­явление Г вызывает появление Ц.

Решающий эксперимент выполни­ли английские исследователи Розалин Элси Франклин (1921—1958) и Морис Хью Фредерик Уилкинс (родился в 1916 г.). Им удалось получить рентге­нограмму волокон ДНК. На снимке чётко виден крест в середине, а также сильно затемнённые зоны в верхней и нижней частях. Когда рентгеновские лучи проходят через кристалл, они от­клоняются от прямолинейного движе­ния (или, как говорят физики, претер­певают дифракцию) из-за ядер атомов, встречающихся на их пути. По откло­нениям лучей можно определить рас­положение (координаты) атомов в исследуемом кристалле. В молекуле ДНК очень много разных атомов, по­этому дифракционная картина чрез­вычайно сложная.

Крест в центре рентгенограммы го­ворит о том, что молекула ДНК свёрнута в спираль. Любая спираль — это повторяющаяся структура. В молекуле | ДНК на каждом новом витке атомы по­вторяют в пространстве положение атомов на предыдущем витке. Мини­мальное расстояние между двумя повторяющимися точками спирали называется её периодом. Период спи­рали ДНК оказался равен 3,4 нм.

Итак, после экспериментов Чаргаффа и Уилкинса выяснилось, что основания в ДНК образуют пары, а сама молекула свёрнута в спираль. Те­перь перед учёными стояла задача предложить такую модель структуры ДНК, которая соответствовала бы ре­зультатам этих исследований и объ­ясняла, как генетическая информация может передаваться по наследству с помощью ДНК.