the Embryo Project Encyclopedia

1953 áprilisában James Watson és Francis Crick közzétette” a nukleinsavak molekuláris szerkezete: a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete “vagy” a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete ” című kiadványát a Nature folyóiratban. A cikkben Watson és Crick új struktúrát javasol a dezoxiribonukleinsavra vagy a DNS-re. 1944-Ben Oswald T. Avery és csoportja a New York-i Rockefeller Egyetemen kísérleti bizonyítékot tett közzé arról, hogy a DNS tartalmazza azokat a biológiai tényezőket, amelyeket géneknek neveznek, amelyek meghatározzák az organizmusok növekedését és fejlődését. A tudósok nem tudták, hogy a DNS-ek működése hogyan vezetett a genetikai információ átjutásához sejtről sejtre, vagy organizmusról organizmusra. A Watson és Crick által bemutatott modell összekapcsolta a gének fogalmát az öröklődéssel, a növekedéssel és a fejlődéssel. 2018-tól a legtöbb tudós elfogadja a cikkben bemutatott Watson and Cricks DNS-modellt. A DNS-sel kapcsolatos munkájukért Watson és Crick 1962-ben megosztották az élettani vagy orvostudományi Nobel-díjat Maurice Wilkins-szel.

az együttműködés, amely Watsont és Cricket az “a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete” megírásához vezette, 1951 októberében kezdődött, nem sokkal azután, hogy Watson megérkezett a Cambridge-i Cambridge-i Egyetem Cavendish laboratóriumába. Abban az időben Watson huszonhárom éves posztdoktori kutató volt az Egyesült Államokból, Crick pedig harmincöt éves korában PhD hallgató volt a Cambridge-i Egyetemen. Watson és Crick nem sokkal azután kezdték el tanulmányozni a DNS szerkezetét, hogy Watson megérkezett a Cavendish laboratóriumba. Gyakran ebédeltek együtt, és megvitatták munkájukat és mások munkáját a laboratóriumban. Végül a laboratórium vezető tagjai Watsonnak és Cricknek adtak egy irodaterületet, hogy megosszák egymással.

1944-ben a Rockefeller Egyetemi Kórház Averys csoportja cikket tett közzé, amely kísérleti bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a DNS géneket tartalmaz. Évtizedekkel a Watson and Cricks cikk megjelenése előtt a tudósok bizonyítékokat találtak a DNS nukleotidoknak nevezett építőköveire. A nukleotidok három részből állnak. A nukleotid középső része egy dezoxiribóz a dezoxiribóz egyik oldalához kapcsolódó cukor egy negatív töltésű foszfátcsoport, amely foszforból és oxigénből áll, a dezoxiribóz másik oldalán pedig a négy nitrogénbázis egyike, amely nukleotidonként változik. A tudósok közzétették a DNS négy bázisának szerkezetét: adenin, timin, guanin és citozin. Az adenin és a guanin két összeolvadt gyűrűből áll, amelyeket purinoknak neveznek. A citozin és a timin egygyűrűs struktúrák, amelyeket pirimidineknek neveznek.

amikor Watson és Crick megírták cikküket, a röntgenkristályos kísérletek eredményeire támaszkodtak. A röntgen-kristályográfia elvégzéséhez a tudósok röntgensugarat lőnek, amelyek nagy energiájú elektromágneses hullámok egy kristályon. Amint a sugár eléri a kristályt, a röntgensugarak olyan módon szétszóródnak, amely az adott kristály atomjainak háromdimenziós elrendezésétől függ. A kísérlet egy diffrakciós mintázatnak nevezett képet eredményez, amelyet a tudósok használnak a megfigyelt kristály háromdimenziós szerkezetének meghatározására. A cikk közzétételét megelőző években a tudósok röntgenkristályográfiát használtak a DNS háromdimenziós szerkezetének megismerésére. Míg Watson és Crick maguk soha nem végeztek röntgen-kristálytani kísérleteket, más tudósok által végzett kísérletek adatait használták fel DNS-modelljük kidolgozásához.

Watson és Crick új modellt javasolt a DNS háromdimenziós szerkezetére. A cikk kevesebb, mint két oldalból állt, és egy illusztrációja volt. A tanulmány elindításához Watson és Crick egy másik DNS-modellre reagál, amelyet Linus Pauling és Robert Corey, a kaliforniai Pasadena-i Kaliforniai Műszaki Intézet két tudósa javasolt. Pauling és Corey néhány hónappal Watson és Crick cikkük megírása előtt javasoltak egy alternatív modellt.

Watson és Crick cikküket a Pauling és Corey által javasolt alternatív modell megvitatásával kezdik. Bár Watson és Crick nem írta le részletesen, a Pauling-Corey DNS-modell egy hármas hélix volt, ahol a három spirális szál mindegyike egymáshoz fűzött nukleotidokat tartalmazott. A Pauling-Corey modellben a negatív töltésű foszfátcsoportok a hármas hélix belsejében, a bázisok pedig a hármas hélixen kívül néztek szembe. Cikkükben Watson és Crick kritizálják a Pauling-Corey modellt. Először azt állítják, hogy a DNS-bázisok nem tudnak kifelé nézni, a foszfátcsoportok befelé néznek. Watson és Crick azt állítják, hogy a DNS-szálak a bázisokon keresztül kötődnek egymáshoz, tehát ha a bázisok kifelé néznek, akkor semmi sem köti össze a DNS-szálakat. A szerzők azt is állították, hogy ha a DNS-szálak negatív töltésű foszfát gerincei befelé néznek, akkor taszítják egymást. Ezenkívül az atomok elrendezése a Pauling-Corey struktúrában taszítaná egymást. Ez arra a következtetésre jut, Watson és Cricks kritika a Pauling-Corey modell a papír.

Watson és Crick folytatja a javasolt DNS-szerkezet leírását és egy diagramot a javaslatukhoz. Szerkezetüket kettős spirálként határozzák meg, két spirális lánccal egy elméleti tengely körül tekercselve. Watson és Crick szerint a DNS-szálak egymással párhuzamosan futnak. Ez azt jelenti, hogy a szálak ellentétes irányban futnak. A nukleotidok nem tökéletesen szimmetrikus molekulák. Van egy felső és egy alsó. Tehát, amikor a DNS-szálak párhuzamosan futnak, ahogy Watson és Crick leírja, az egyik szál nukleotidjai a jobb oldalukkal felfelé, a másik szál nukleotidjai pedig fejjel lefelé néznek.

Watson és Crick továbbfejlesztették szerkezetük leírását azáltal, hogy összehasonlították azt egy nukleinsavlánc modelljével, amelyet Sven Furberg, a Birbeck College kristálykutatója javasolt Londonban, az Egyesült Királyságban, 1952-ben. Watson és Crick azt mondják, hogy a Furberg-modellhez hasonlóan a DNS-modelljüknek a bázisai a kettős hélix belsejében, a foszfát gerincei pedig a kettős hélixen kívül helyezkednek el. A Furbergek szerkezetéhez hasonlóan Watson és Crick kifejti, hogy a bázisok merőlegesek a nukleotidok dezoxiribóz gyűrűire és foszfátcsoportjaira. Más szavakkal, a bázisok olyanok, mint a létra fokai, a dezoxiribóz-cukor-és foszfátcsoportok pedig olyanok, mint a létra sínjei. Miután leírtak néhány további részletet a szerkezetükről, Watson és Crick befejezték a DNS-modelljük általános leírását.

Watson és Crick ezután megvitatják a DNS-modelljükkel kapcsolatos új jellemzőket. Az első jellemző, amelyet a szerzők megvitatnak, az, hogy a DNS két szála hogyan kapcsolódik egymáshoz. A szerzők kijelentik, hogy az egyik DNS-szál egyetlen bázisa hidrogénkötéseken keresztül kapcsolódik az ellenkező DNS-szál egyetlen bázisához. A DNS-ben hidrogénkötések lépnek fel a hidrogénatomok, valamint az oxigén-vagy nitrogénatomok között. Míg a hidrogénkötések gyengébbek, mint az egyes DNS-szálakban a nukleotidokat összekötő foszfátkötések, elég erősek ahhoz, hogy a két spirális szálat együtt tartsák. Watson és Crick kifejtik, hogy a megfelelő hidrogénkötéshez minden összekapcsolt bázispáron belül egy bázisnak purinnak, kettős gyűrűnek, egy bázisnak pedig pirimidinnek, egyetlen gyűrűnek kell lennie.

ezután Watson és Crick leírják az egyes bázisok egyedi azonosságát egy bázispárban. A szerzők feltételezik, hogy mind a négy bázis csak egy másik típusú bázissal párosítható. Az adenin, egy purin, csak timinnel, pirimidinnel párosítható. A guanin, egy purin, csak citozinnal, egy pirimidinnel párosítható. Ezen logika alapján Watson és Crick elmagyarázza, hogy az egyik DNS-szál mentén lévő bázisok szekvenciája automatikusan meghatározza a másik szál szekvenciáját. A DNS-szál mentén minden bázis párosul az egyetlen életképes párjával a szemközti szálon. Watson és Crick kísérleti bizonyítékokra hivatkoznak, hogy alátámasszák állításukat a konkrét bázismegosztással kapcsolatban. Erwin Chargaff A New York-i Columbia Egyetemen szerezte meg ezt a bizonyítékot. A szerzők elmagyarázzák, hogy Chargaff megállapította, hogy a DNS-ben az adenin és a timin, a guanin és a citozin aránya mindig nagyjából egy az egyhez. Ez azt jelenti, hogy az adenin mennyisége a DNS-ben nagyjából megegyezik a timin mennyiségével, a guanin mennyisége pedig nagyjából megegyezik a citozin mennyiségével, ami valószínű, ha a BÁZISPÁROSÍTÁS a DNS-ben specifikus.

az alappárosítás megvitatása után Watson és Crick röntgen-kristálytani bizonyítékokkal zárul, amelyeket a DNS-modell előállításához használtak. Watson és Crick elismerik, hogy a DNS röntgenkristályos bizonyítéka, amelyet a cikk megírása előtt publikáltak, önmagában nem tudta megerősíteni a modelljüket, és több kísérleti bizonyítékra van szükség a modell bizonyításához. Watson és Crick ezután feltételezik, hogy az általuk javasolt alap párosítási mechanizmus egy lehetséges DNS-replikációs mechanizmust feltételez, bár nem írják le ezt a mechanizmust. A szerzők ezután elismeréssel zárják cikküket.

a DNS-modell kidolgozásakor Watson és Crick nem publikált röntgenkristályográfiás kísérleti adatokra támaszkodott. A londoni Kings College London tudósai, Egyesült Királyság, összegyűjtötte ezeket az adatokat. Rosalind Franklin vegyész és végzős hallgatója, Raymond Gosling gyűjtötte az adatokat. Watson és Crick elismerte ezeket a személyeket a tanulmányukban. 1951 és 1953 között Franklin és Gosling röntgendiffrakciós képeket gyűjtött a DNS-ről, amelyeket a DNS-kristályok röntgensugaraiból nyertek. Amikor Watson és Crick megírta az” a Structure for Deoxyribose Nucleic Acid ” című művet, Franklin és Gosling nem publikálták a legtisztább DNS-diffrakciós képeiket, annak ellenére, hogy ezek a képek javultak az akkoriban közzétett adatokhoz képest. 1953 elején, Franklins ismerete nélkül, Maurice Wilkins a Kings College munkatársa megmutatta Watsonnak Franklins egyik tiszta diffrakciós mintáját DNS. Később Watson és Crick kapott egy jelentést, amit Franklin írt a kísérleti eredményeiről. Ez a jelentés olyan adatokat tartalmazott, amelyeket Franklin 1951-ben a Kings College kollokviumán mutatott be. Amikor saját DNS-modelljüket fejlesztették ki, Watson és Crick következtetéseket vontak le a Franklins diffrakciós képében és jelentésében szereplő adatokból.

1962-ben Watson és Crick megosztották a fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjat Wilkins-szel a DNS szerkezetével és a genetikában betöltött szerepével kapcsolatos eredményeikért, amelyek közül sok az “a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete” című könyvben jelent meg.”Franklin 1958-ban halt meg az 1962-es Nobel-díj odaítélése előtt, és nem kapta meg a Nobel-díjat, a Nobel-díj odaítélése soha nem posztumusz. Néhányan azt gondolják, hogy ha életben lenne, megkapja a DNS-szerkezet megoldásához való hozzájárulásáért. Mások nem gondolták, hogy döntő mértékben hozzájárult a DNS-szerkezet megoldásához. A tekercs Franklin játszott a felfedezés a szerkezet csak akkor valósult megjelenése után Watsons könyv the Double Helix: A személyes véve a felfedezés a DNS szerkezetét 1968-ban. Aaron Klug, Franklins utolsó végzős hallgatója és kollégája a Birkbeck College-ban, Londonban, örökölte jegyzetfüzeteit és papírjait, amikor meghalt, és kiadta a “Rosalind Franklin and the Discovery of the Structure of DNA” című füzetét és papírjait a Watsons könyv megjelenése után. Franklin és Gosling öt tanulmányt publikált a DNS szerkezetéről, az első kettőt elküldték a sajtónak, mielőtt Franklin tudomást szerzett volna a Watson-Crick modellről. Ezek a dokumentumok nagyon technikai papírok voltak, amelyek a röntgenkristályográfiával foglalkoztak, ezért nem kaptak nagyobb figyelmet.

Watson és Cricks DNS-szerkezete a tudósok körében a huszonegyedik században nagyrészt elfogadott maradt. A DNS háromdimenziós szerkezetét Watson és Crick B-alakú DNS-nek nevezte el, amelyet Franklin akkor alkotott meg, amikor először gyűjtötte a DNS-forma diffrakciós mintáit. A B-formájú DNS a legstabilabb konformációja a DNS-nek fiziológiai körülmények között, bár a DNS más háromdimenziós megerősítést is felvehet a bázisszekvenciájától és a környező környezettől függően. Az “a dezoxiribonukleinsav szerkezete” 1953-as publikációját követő hét évben Wilkins és kutatócsoportja nagyobb felbontású röntgendiffrakciós képeket kapott a B-forma DNS-ről különböző fajokból. A jobb minőségű képek alapján Wilkins apró módosításokat hajtott végre a Watson és a Cricks DNS szerkezetének méretein.

” a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete ” azonnali hatással volt mind a DNS mint genetikai anyag, mind a molekuláris biológia területére. Watson és Cricks cikke elmozdította a tudósokat a DNS felépítésének kérdésétől és a DNS működésének kérdése felé. Később, 1953-ban Watson és Crick írt egy második tanulmányt “a dezoxiribonukleinsav szerkezetének genetikai következményei” címmel, amely azzal foglalkozott, hogy a DNS hogyan képes önmagát replikálni, hogy továbbadja a benne kódolt genetikai információt.