The Embryo Project Encyclopedia

in april 1953 publiceerden James Watson en Francis Crick “Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure of Deoxyribose Nucleic Acid” or “A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid,” in het tijdschrift Nature. In het artikel stellen Watson en Crick een nieuwe structuur voor voor deoxyribonucleïnezuur of DNA. In 1944, Oswald T. Avery en zijn groep aan de Rockefeller University in New York publiceerden experimenteel bewijs dat DNA de biologische factoren bevatte die genen worden genoemd die bepalen hoe organismen groeien en zich ontwikkelen. Wetenschappers wisten niet hoe DNAás functie leidde tot de passage van genetische informatie van cel naar cel, of organisme naar organisme. Het model dat Watson en Crick presenteerden verbond het concept van genen aan erfelijkheid, groei, en ontwikkeling. Vanaf 2018, de meeste wetenschappers accepteren Watson en Cricks model van DNA gepresenteerd in het artikel. Voor hun werk aan DNA deelden Watson en Crick de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde in 1962 met Maurice Wilkins.De samenwerking die Watson en Crick ertoe bracht om “a Structure of DeOxyRibose Nucleic Acid” te schrijven begon in oktober 1951 kort nadat Watson arriveerde in het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge in Cambridge, Engeland. Op dat moment, Watson was een drieëntwintig-jarige postdoctorale onderzoeker uit de Verenigde Staten en Crick, op de leeftijd van vijfendertig, was een PhD-student aan de Universiteit van Cambridge. Watson en Crick begonnen de structuur van DNA samen te bestuderen kort nadat Watson in het Cavendish Laboratorium aankwam. Ze lunchten vaak samen en bespraken hun werk en het werk van anderen in het laboratorium. Uiteindelijk gaven senior leden van het laboratorium Watson en Crick een kantoorruimte om te delen.In 1944 publiceerde Averys group in het Rockefeller University Hospital een artikel dat experimenteel bewijs leverde dat DNA genen bevatte. Decennia vóór de publicatie van Watson en Cricks artikel, vonden wetenschappers bewijs van de bouwstenen van DNA genoemd nucleotiden. Nucleotiden zijn samengesteld uit drie delen. Het middelste deel van nucleotide is een deoxyribosesuiker in bijlage aan één kant van de deoxyribose is een negatief geladen fosfaatgroep samengesteld uit fosfor en zuurstof en aan de overkant van de deoxyribose is één van vier stikstofbasen, die tussen nucleotiden varieert. De wetenschappers hadden op de structuur van de vier basissen in DNA gepubliceerd: adenine, thymine, guanine, en cytosine. Adenine en guanine zijn gemaakt van twee gesmolten ringen en worden purines genoemd. Cytosine en thymine zijn enkele ringen structuren genoemd pyrimidines. Toen Watson en Crick hun artikel schreven, vertrouwden ze op de resultaten van röntgenkristallografie-experimenten. Om röntgenkristallografie uit te voeren, schieten wetenschappers een straal van röntgenstralen, die hoge-energetische elektromagnetische golven op een kristal zijn. Zodra de straal het kristal raakt, verspreiden de röntgenstralen zich op een manier die afhangt van de driedimensionale arrangementen van de atomen in dat kristal. Het experiment resulteert in een beeld, een diffractiepatroon genoemd, dat wetenschappers gebruiken om de driedimensionale structuur van het kristal te bepalen dat ze waarnemen. In de jaren voorafgaand aan de publicatie van het artikel gebruikten wetenschappers röntgenkristallografie om meer te leren over de driedimensionale structuur van DNA. Terwijl Watson en Crick nooit zelf röntgenkristallografie-experimenten uitvoerden, gebruikten zij gegevens van experimenten die door andere wetenschappers worden uitgevoerd om hun model van DNA te ontwikkelen.Watson en Crick stelden een nieuw model voor voor de driedimensionale structuur van DNA. Het artikel bestond uit minder dan twee pagina ‘ s en had één illustratie. Om te beginnen reageren Watson en Crick op een ander DNA-model voorgesteld door Linus Pauling en Robert Corey, twee wetenschappers aan het California Institute of Technology in Pasadena, Californië. Pauling en Corey stelden een alternatief model voor slechts een paar maanden voordat Watson en Crick hun artikel schreven.Watson en Crick beginnen hun artikel met een discussie over het alternatieve model dat Pauling en Corey hebben voorgesteld. Hoewel niet in detail beschreven door Watson en Crick, was het Pauling-Corey-model van DNA een drievoudige helix, waar elk van de drie spiraalvormige bundels samen geregen nucleotiden bevatte. In het Pauling-Corey-model worden de negatief geladen fosfaatgroepen binnen de drievoudige helix onder ogen gezien, en de basissen buiten de drievoudige helix onder ogen gezien. In hun artikel bekritiseren Watson en Crick het Pauling-Corey model. Ten eerste stellen zij dat de basissen van DNA niet naar buiten kunnen kijken met de fosfaatgroepen naar binnen gericht. Watson en Crick beweren dat de bundels van DNA samen door de basissen binden, zodat als de basissen naar buiten worden geconfronteerd, zou er niets zijn die de bundels van DNA verbinden. De auteurs betoogden ook dat als de negatief geladen fosfaatbeenderen van de DNA-strengen naar binnen worden geconfronteerd zij elkaar zouden afstoten. Bovendien zou de rangschikking van atomen in de Pauling-Corey structuur elkaar afstoten. Dat concludeert Watson en Cricks kritiek op de Pauling-Corey model in hun paper.

Watson en Crick gaan verder met een beschrijving van hun voorgestelde DNA-structuur en een diagram om samen te gaan met hun voorstel. Ze definiëren hun structuur als een dubbele helix, met twee spiraalvormige kettingen opgerold rond een theoretische as. Volgens Watson en Crick, lopen de DNA-strengen antiparallel aan elkaar. Dat betekent dat de strengen in tegengestelde richtingen lopen. Nucleotiden zijn geen perfect symmetrische moleculen. Ze hebben een boven-en een onderzijde. Dus, wanneer de bundels van DNA antiparallel lopen zoals Watson en Crick beschrijven, heeft één bundel de nucleotiden die rechterzijde naar boven worden gericht en de andere bundel heeft de nucleotiden die ondersteboven worden geconfronteerd.Watson en Crick vergelijken hun structuur verder met een model van een keten van nucleïnezuren, voorgesteld door Sven Furberg, een kristallograaf aan het Birbeck College in Londen, Verenigd Koninkrijk, in 1952. Watson en Crick zeggen dat net als Furbergs model, hun model van DNA heeft de basen gericht in de dubbele helix en de fosfaat backbones gericht buiten de dubbele helix. Ook gelijkaardig aan Furbergs-structuur, verklaren Watson en Crick dat de basissen loodrecht op de deoxyriboseringen en fosfaatgroepen van de nucleotiden zijn. Met andere woorden, de basen zijn als sporten van een ladder en de desoxyribose suiker en fosfaat groepen zijn als de rails van de ladder. Na het beschrijven van enkele resterende details over hun structuur, eindigen Watson en Crick hun algemene beschrijving van hun DNA-model.Vervolgens bespreken Watson en Crick de nieuwe kenmerken van hun DNA-model. Het eerste kenmerk dat de auteurs bespreken is hoe de twee strengen DNA met elkaar verbonden zijn. De auteurs stellen dat één enkele basis van één bundel van DNA aan één enkele basis van de tegenovergestelde bundel van DNA via waterstofbanden hecht. In DNA komen waterstofbindingen voor tussen waterstofatomen en zuurstof-of stikstofatomen. Terwijl de waterstofbanden zwakker zijn dan de fosfaatbanden die nucleotiden in elke bundel van DNA verbinden, zijn zij sterk genoeg om de twee spiraalvormige bundels samen te houden. Watson en Crick leggen uit dat Voor een adequate waterstofbinding, binnen elk paar verbonden basen, één basis een purine moet zijn, een dubbele ring, en één basis een pyrimidine, een enkele ring.

vervolgens beschrijven Watson en Crick de specifieke identiteit van elke base in een basispaar. De auteurs gaan ervan uit dat elk van de vier basen slechts kan koppelen met een ander type base. Adenine, een purine, kan alleen paren met thymine, een pyrimidine. Guanine, een purine, kan alleen koppelen met cytosine, een pyrimidine. Gebaseerd op die logica, verklaren Watson en Crick dat de opeenvolging van basissen langs één bundel van DNA automatisch de opeenvolging van de andere bundel bepaalt. Elke basis langs een bundel van DNA paren met zijn enige levensvatbare tegenhanger op de tegenovergestelde bundel. Om hun bewering over specifieke basis paring te ondersteunen, citeren Watson en Crick experimenteel bewijs. Erwin Chargaff van Columbia University in New York City, New York heeft dat bewijs verkregen. De auteurs verklaren dat Chargaff bepaalde dat in DNA de verhouding van adenine aan thymine en guanine aan cytosine altijd ruwweg één op één is. Dat betekent dat de hoeveelheid adenine in DNA ruwweg gelijk is aan de hoeveelheid thymine, en de hoeveelheid guanine ruwweg gelijk is aan de hoeveelheid cytosine, wat het waarschijnlijke geval is als de basisparen in DNA specifiek zijn.Na de bespreking van basisparen concluderen Watson en Crick met röntgenkristallografie dat zij hun DNA-model hebben gegenereerd. Watson en Crick erkennen dat het kristallografische bewijs van DNA van de Röntgenstraal gepubliceerd voordat zij hun artikel schreven hun model alleen niet kon bevestigen en er meer experimenteel bewijsmateriaal nodig heeft om hun model te bewijzen. Watson en Crick stellen dan dat het basis het in paren rangschikken mechanisme zij een mogelijk mechanisme van de replicatie van DNA voorstelden, hoewel zij dat mechanisme niet beschrijven. De auteurs eindigen hun artikel met dankbetuigingen.Bij de ontwikkeling van hun model van DNA, baseerden Watson en Crick zich op ongepubliceerde röntgenkristallografie experimentele gegevens. Wetenschappers van Kings College London in Londen, Verenigd Koninkrijk, verzamelden die gegevens. Rosalind Franklin, een chemicus, en haar afgestudeerde student, Raymond Gosling, verzamelden de gegevens. Watson en Crick erkenden die individuen in hun krant. Van 1951 tot 1953, verzamelden Franklin en Gosling röntgendiffractie patroonbeelden van DNA, die zij uit de röntgenstralen van DNA-kristallen verkregen. Toen Watson en Crick “een structuur voor Deoxyribose Nucleic zuur schreven,” hadden Franklin en Gosling hun duidelijkste de diffractiebeelden van DNA niet gepubliceerd, ondanks die beelden die verbeteringen over de gepubliceerde gegevens op het moment hebben. Begin 1953, zonder dat Franklins het wist, toonde Maurice Wilkins, een medewerker van Kings College, Watson een van Franklins duidelijke diffractiepatronen van DNA. Later kregen Watson en Crick een rapport dat Franklin schreef over haar experimentele bevindingen. Dat rapport bevatte gegevens die Franklin presenteerde op een colloquium aan het Kings College in 1951. Bij het ontwikkelen van hun eigen model van DNA, Watson en Crick trok conclusies uit gegevens in zowel Franklins diffractie Beeld en haar rapport.In 1962 deelden Watson en Crick de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde met Wilkins voor hun bevindingen met betrekking tot de structuur van DNA en zijn rol in de genetica, waarvan vele verschenen in “a Structure for DeOxyRibose Nucleic Acid.”Franklin stierf in 1958 voor de toekenning van de Nobelprijs 1962 en ontving de Nobelprijs niet, de toekenning van de Nobelprijs is nooit postuum. Sommige mensen speculeren dat als ze nog leefde ze het zou ontvangen voor haar bijdrage aan het oplossen van de DNA-structuur. Anderen vonden niet dat ze cruciale bijdragen leverde aan de oplossing van de DNA-structuur. De rol die Franklin speelde in de ontdekking van de structuur pas gerealiseerd na de publicatie van Watsons boek The Double Helix: a Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA in 1968. Aaron Klug, Franklins laatste afgestudeerde student en collega aan Birkbeck College, in Londen, erfde haar notebooks en papers toen ze stierf en publiceerde, “Rosalind Franklin and the Discovery of the Structure of DNA” een recensie van haar notebooks en papers na publicatie van Watsons boek. Franklin en Gosling publiceerden vijf artikelen over DNA-structuur de eerste twee naar de pers gestuurd voordat Franklin wist van het Watson-Crick Model. Deze papers waren zeer technische papers over röntgenkristallografie, waardoor ze misschien niet meer aandacht kregen.De DNA-structuur van Watson en Cricks is in de eenentwintigste eeuw nog steeds grotendeels geaccepteerd onder wetenschappers. De driedimensionale structuur van DNA Watson en Crick voorgesteld genoemd de B-vorm DNA, terminologie die Franklin bedacht toen zij eerst diffractiepatronen van die vorm van DNA verzamelde. B – vormdna is de stabielste bouw van DNA onder fysiologische voorwaarden, hoewel DNA andere driedimensionale bevestigingen afhankelijk van zijn basisopeenvolging en zijn omringende milieu kan goedkeuren. Voor de volgende zeven jaar na de publicatie in 1953 van “een structuur van Desoxyribonucleic zuur,” verkregen Wilkins en zijn onderzoeksteam hogere resolutie x-ray diffractie beelden van B vorm DNA van een verscheidenheid van species. Van de beelden van hogere kwaliteit, maakte Wilkins kleine aanpassingen aan de afmetingen van Watson en Cricks DNA structuur.

“”a Structure of DeOxyRibose Nucleic Acid” had onmiddellijke gevolgen voor zowel de studie van DNA als genetisch materiaal als het gebied van de moleculaire biologie. Watson en Cricks artikel verschoven wetenschappers weg van de vraag hoe DNA werd gestructureerd en naar de vraag hoe DNA functioneerde. Later in 1953 schreven Watson en Crick een tweede paper, “Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid,” dat ging over hoe DNA zichzelf kan repliceren om de daarin gecodeerde genetische informatie door te geven.