Embryo Projektu Encyklopedie

V dubnu 1953 James Watson a Francis Crick publikovali „Molekulární Struktura Nukleových Kyselin: Struktura Deoxyribose Nukleové Kyseliny“ nebo „Struktury pro Deoxyribose Nukleové Kyseliny,“ v časopise Nature. V článku Watson a Crick navrhují novou strukturu pro deoxyribonukleovou kyselinu nebo DNA. V Roce 1944 Oswald T. Avery a jeho skupina na Rockefellerově univerzitě v New Yorku v New Yorku publikovali experimentální důkazy, že DNA obsahovala biologické faktory zvané geny, které diktují, jak organismy rostou a vyvíjejí se. Vědci nevěděli, jak funkce DNAás vedla k průchodu genetické informace z buňky do buňky nebo organismu do organismu. Model, který Watson a Crick představili, spojil koncept genů s dědičností, růstem a vývojem. Jak 2018, většina vědců akceptovat Watson a Cricks model DNA uvedené v článku. Za svou práci na DNA sdíleli Watson a Crick Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu z roku 1962 s Maurice Wilkinsem.

spolupráce, která vedla Watson a Crick napsat „Struktura Deoxyribose Nukleové Kyseliny“ začala v říjnu roku 1951, brzy poté, co Watson přijel na Cavendish Laboratoře na University of Cambridge v Cambridge, Anglie. V době, Watson byl dvacet-tři-rok-starý postgraduální výzkumník ze Spojených Států a Crick, ve věku třicet pět, byl PhD studentem na University of Cambridge. Watson a Crick začali společně studovat strukturu DNA brzy poté, co Watson dorazil do Cavendishovy laboratoře. Často spolu obědvali a diskutovali o své práci a práci ostatních v laboratoři. Nakonec, vedoucí členové laboratoře dali Watsonovi a Crickovi kancelářské prostory ke sdílení.

v roce 1944 zveřejnila skupina Averys v Rockefellerově Fakultní nemocnici článek, který poskytl experimentální důkaz, že DNA obsahuje geny. Desetiletí před zveřejněním článku Watson a Cricks našli vědci důkazy o stavebních kamenech DNA nazývaných nukleotidy. Nukleotidy se skládají ze tří částí. Střední část nukleotidu je deoxyribose cukru připojené k jedné straně deoxyribose je negativně nabitá fosfátová skupina se skládá z fosforu a kyslíku a na opačné straně deoxyribose je jedním ze čtyř dusíkatých bází, které se liší mezi nukleotidy. Vědci zveřejnili strukturu čtyř bází v DNA: adenin, thymin, guanin a cytosin. Adenin a guanin jsou vyrobeny ze dvou tavených kroužků a nazývají se puriny. Cytosin a thymin jsou jednokruhové struktury nazývané pyrimidiny.

když Watson a Crick napsali svůj článek, spoléhali se na výsledky rentgenových krystalografických experimentů. Pro provedení rentgenové krystalografie vědci střílejí paprsek rentgenových paprsků, které jsou vysokoenergetickými elektromagnetickými vlnami v krystalu. Jakmile paprsek zasáhne krystal, rentgenové paprsky se rozptýlí způsobem, který závisí na trojrozměrném uspořádání atomů v tomto krystalu. Výsledkem experimentu je obraz, nazývaný difrakční vzor, který vědci používají k určení trojrozměrné struktury krystalu, který pozorují. Během let před zveřejněním článku vědci použili rentgenovou krystalografii, aby se dozvěděli o trojrozměrné struktuře DNA. Zatímco Watson a Crick nikdy provedeny x-ray krystalografie experimenty sami, použili data z experimentů provedených jinými vědci rozvíjet jejich model DNA.

Watson a Crick navrhli nový model pro trojrozměrnou strukturu DNA. Článek se skládal z necelých dvou stran a měl jednu ilustraci. Pro zahájení papír, Watson a Crick reagovat na další DNA model navržený Linus Pauling, Robert Corey, dva vědci z California Institute of Technology v Pasadeně, Kalifornie. Pauling a Corey navrhli alternativní model jen několik měsíců předtím, než Watson a Crick napsali svůj článek.

Watson a Crick začínají svůj článek diskutováním o alternativním modelu navrženém Paulingem a Coreym. I když není podrobně popsán Watson a Crick, Pauling-Corey model DNA byl triple helix, kde každý ze tří spirálové prameny obsažené nukleotidy navlečené dohromady. V modelu Pauling-Corey čelily záporně nabité fosfátové skupiny uvnitř trojité šroubovice a základny směřovaly mimo trojitou šroubovice. Watson a Crick ve svém článku kritizují Model Pauling-Corey. Nejprve tvrdí, že DNA báze nemohou směřovat ven s fosfátovými skupinami směřujícími dovnitř. Watson a Crick tvrdí, že řetězce DNA se spojují prostřednictvím bází, takže pokud by báze směřovaly ven, nebylo by nic, co by spojovalo řetězce DNA. Autoři studie také tvrdí, že pokud záporně nabité fosfátové páteře DNA pramenů čelí dovnitř, že by se navzájem odpuzují. Kromě toho by se uspořádání atomů ve struktuře Pauling-Corey odrazilo. To uzavírá Watson a Cricks kritiku modelu Pauling-Corey ve svém příspěvku.

Watson a Crick pokračují v popisu své navrhované struktury DNA a diagramu, který bude pokračovat s jejich návrhem. Definují svou strukturu jako dvojitou šroubovice, se dvěma spirálovými řetězci stočenými kolem teoretické osy. Podle Watsona a Cricka vedou řetězce DNA k sobě antiparalelně. To znamená, že prameny běží v opačných směrech. Nukleotidy nejsou dokonale symetrické molekuly. Mají horní a dolní část. Takže, když řetězce DNA běží antiparalelně, jak popisují Watson a Crick, jeden řetězec má nukleotidy směřující pravou stranou nahoru a druhý řetězec má nukleotidy obrácené vzhůru nohama.

Watson a Crick dále popis jejich struktury porovnáním model řetězce nukleových kyselin navržené Sven Furberg, krystalograf na Birbeck College, Londýn, Spojené Království, v roce 1952. Watson a Crick říci, že jako Furbergs model, jejich model DNA má základny směrem dovnitř dvoušroubovice a fosfát páteř čelí mimo double helix. Podobně jako Furbergova struktura, Watson a Crick vysvětlují, že báze jsou kolmé na deoxyribózové kruhy a fosfátové skupiny nukleotidů. Jinými slovy, základny jsou jako příčky žebříku a deoxyribózové cukrové a fosfátové skupiny jsou jako kolejnice žebříku. Po popisu některých zbývajících podrobností o jejich struktuře, Watson a Crick dokončí svůj obecný popis svého DNA modelu.

Watson a Crick pak diskutují o nových rysech týkajících se jejich DNA modelu. Prvním rysem, o kterém autoři diskutují, je to, jak jsou tyto dva řetězce DNA spojeny. Autoři uvádějí, že jedna báze z jednoho řetězce DNA se váže na jednu bázi z opačného řetězce DNA pomocí vodíkových vazeb. V DNA se vodíkové vazby vyskytují mezi atomy vodíku a atomy kyslíku nebo dusíku. Zatímco vodíkové vazby jsou slabší než fosfátových vazeb připojování nukleotidů v každé vlákno DNA, které jsou dostatečně silné, aby držet dva spirálové prameny dohromady. Watson a Crick vysvětlují, že pro adekvátní vodíkovou vazbu, v každé dvojici Spojených bází, jedna báze musí být purin, dvojitý kruh, a jedna báze musí být pyrimidin, jediný kruh.

dále Watson a Crick popisují specifickou identitu každé báze v základním páru. Autoři předpokládají, že každá ze čtyř základen se může spárovat pouze s jedním jiným typem základny. Adenin, purin, se může spárovat pouze s thyminem, pyrimidinem. Guanin, purin, se může spárovat pouze s cytosinem, pyrimidinem. Na základě této logiky Watson a Crick vysvětlují, že sekvence bází podél jednoho řetězce DNA automaticky určuje sekvenci druhého řetězce. Každá báze podél řetězce DNA se spáruje s jediným životaschopným protějškem na opačném řetězci. Na podporu jejich tvrzení o konkrétním dělení základny, Watson a Crick citují experimentální důkazy. Erwin Chargaff z Columbia University v New Yorku, New York získal tyto důkazy. Autoři vysvětlují, že Chargaff určil, že v DNA je poměr adenin k thyminu a guaninu k cytosinu vždy zhruba jeden k jednomu. To znamená, že množství adeninu v DNA zhruba rovná množství thyminu, a množství guaninu se zhruba rovná množství cytosinu, což je pravděpodobně případ, pokud párování bází v DNA je specifická.

po diskusi o párování bází Watson a Crick uzavírají rentgenovou krystalografií důkaz, že použili ke generování svého modelu DNA. Watson a Crick uznávají, že rentgenový krystalografický důkaz DNA publikovaný před tím, než napsali svůj článek, nemohl potvrdit svůj model sám a k prokázání jejich modelu je třeba více experimentálních důkazů. Watson a Crick pak předpokládají, že mechanismus párování bází, který navrhli, předpokládal možný mechanismus replikace DNA, ačkoli tento mechanismus nepopisují. Autoři pak svůj článek zakončí poděkováním.

při vývoji svého modelu DNA se Watson a Crick spoléhali na nepublikovaná rentgenová krystalografická experimentální data. Vědci z Kings College London v Londýně ve Velké Británii shromáždili tato data. Rosalind Franklin, chemik, a její postgraduální student, Raymond Gosling, shromáždili data. Watson a Crick tyto osoby ve svých novinách uznali. Od roku 1951 do roku 1953 Franklin a Gosling shromáždili rentgenové difrakční obrazy DNA, které získali z rentgenových paprsků krystalů DNA. Když Watson a Crick napsal „Strukturu pro Deoxyribose Nukleové Kyseliny,“ Franklin a Gosling nebyla zveřejněna jejich nejvíce jasné, DNA difrakční obrazy, i přes ty obrázky s vylepšení oproti publikovaných údajů v čase. Na začátku roku 1953, bez Franklinovi znalosti, Maurice Wilkins spolupracovnici na Kings College ukázal, Watson, jeden z Franklinovi jasné difrakční obrazce DNA. Později Watson a Crick obdrželi zprávu, kterou Franklin napsal o svých experimentálních nálezech. Tato zpráva obsahovala údaje, které Franklin předložil na kolokviu na Kings College v roce 1951. Při vývoji svůj vlastní model DNA Watsona a Cricka vyvozovali závěry z údajů obsažených v obou Franklinovi difrakce obrazu a její zprávu.

V roce 1962, Watson a Crick dělil se o Nobelovu Cenu ve Fyziologii nebo Medicíně s Wilkins pro jejich zjištění týkající se struktury DNA a její úloze v genetice, z nichž mnohé se objevily v „Strukturu pro Deoxyribose Nukleové Kyseliny.“Franklin zemřel v roce 1958 před udělením Nobelovy ceny za rok 1962 a neobdržel Nobelovu cenu, udělení Nobelovy ceny není nikdy posmrtně. Někteří lidé spekulují, že kdyby byla naživu, dostala by ji za svůj příspěvek k řešení struktury DNA. Jiní si nemysleli, že zásadně přispěla k řešení struktury DNA. Role Franklin hrál v objevu struktury došlo po zveřejnění Watsons knize Double Helix: Osobní Účet Objev Struktury DNA v roce 1968. Aaron Klug, Franklinovi poslední postgraduální student a kolega na Birkbeck College v Londýně, zdědil její sešity a papíry, když zemřela a publikoval, „Rosalind Franklin a Objev Struktury DNA“ recenzi své sešity a papíry po zveřejnění Watsons knihu. Franklin a Gosling publikovali pět článků o struktuře DNA, první dva poslali do tisku, než Franklin věděl o modelu Watson-Crick. Tyto dokumenty byly velmi technickými dokumenty zabývajícími se rentgenovou krystalografií, což může být důvod, proč jim nebyla věnována větší pozornost.

Watson a Cricks struktura DNA zůstává do značné míry přijat mezi vědci přes jednadvacátého století. Tří-dimenzionální struktury DNA Watsonem a Crickem navrhované nazývá B-forma DNA, terminologie Franklin vymyslel, když poprvé shromážděny difrakční vzory, které tvoří DNA. B-forma DNA je nejstabilnější konformace DNA za fyziologických podmínek, i když DNA může přijmout další trojrozměrná potvrzení v závislosti na své základní sekvenci a okolním prostředí. Pro příštích sedm let po publikaci 1953 „struktura deoxyribonukleové kyseliny“ získal Wilkins a jeho výzkumný tým rentgenové difrakční obrazy B formy DNA z různých druhů s vyšším rozlišením. Z kvalitnějších snímků Wilkins provedl malé úpravy rozměrů struktury DNA Watson a Cricks.

„“struktura Deoxyribózové nukleové kyseliny“ měla okamžitý dopad jak na studium DNA jako genetického materiálu, tak na oblast molekulární biologie. Watson a Cricks článek posunul vědce od otázky, jak byla DNA strukturována, a směrem k otázce, jak DNA fungovala. Později v roce 1953 Watson a Crick napsal druhý papír, „Genetické Důsledky Struktury Deoxyribonukleové Kyseliny,“ že řešit, jak DNA může replikovat předat genetické informace kódované v ní.