O Embrião do Projeto Enciclopédia

Em abril de 1953, James Watson e Francis Crick publicaram “Estrutura Molecular dos Ácidos Nucléicos: Estrutura de Desoxirribose Ácido Nucleico” ou “Uma Estrutura para a Desoxirribose Ácido Nucleico,” na revista Nature. No artigo, Watson e Crick propõem uma nova estrutura para ácido desoxirribonucleico ou DNA. Em 1944, Oswald T. Avery e seu grupo na Universidade Rockefeller em Nova York, Nova York, publicaram evidências experimentais de que o DNA continha os fatores biológicos chamados genes que ditam como os organismos crescem e se desenvolvem. Os cientistas não sabiam como a função DNAás levou à passagem da informação genética de célula para célula, ou organismo para organismo. O modelo que Watson e Crick apresentaram conectou o conceito de genes à hereditariedade, crescimento e desenvolvimento. A partir de 2018, a maioria dos cientistas aceita o modelo Watson e Cricks de DNA apresentado no artigo. Por seu trabalho no DNA, Watson e Crick compartilharam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962 com Maurice Wilkins.

a colaboração que levou Watson e Crick a escrever “a Structure of Deoxyribose Nucleic Acid” começou em outubro de 1951 logo após Watson chegar ao Laboratório Cavendish na Universidade de Cambridge, em Cambridge, Inglaterra. Na época, Watson era um pesquisador pós-doutorado de 23 anos de idade dos Estados Unidos e Crick, com a idade de 35 anos, era um estudante de doutorado na Universidade de Cambridge. Watson e Crick começaram a estudar a estrutura do DNA juntos logo após Watson chegar ao Laboratório Cavendish. Com frequência almoçavam juntos e discutiam o seu trabalho e o trabalho de outros no laboratório. Eventualmente, membros seniores do laboratório deram a Watson e Crick um espaço de escritório para compartilhar.

In 1944, Averys group at Rockefeller University Hospital published an article that provided experimental evidence that DNA contained genes. Decades before the publication of Watson and Cricks article, scientists found evidence of the building blocks of DNA called nucleotides. Os nucleótidos são compostos por três partes. A parte média do nucleótido é um açúcar desoxirribose ligado a um lado da desoxirribose é um grupo de fosfato carregado negativamente composto de fósforo e oxigênio e no lado oposto da desoxirribose é uma das quatro bases nitrogenadas, que varia entre nucleótidos. Cientistas tinham publicado sobre a estrutura das quatro bases no DNA: adenina, timina, guanina e citosina. A adenina e a guanina são feitas de dois anéis fundidos e chamadas purinas. Citosina e timina são estruturas de anéis únicos chamadas pirimidinas.

quando Watson e Crick escreveram seu artigo, eles se basearam nos resultados de experimentos de cristalografia de raios-X. Para realizar cristalografia de raios-x, os cientistas disparam um feixe de raios-x, que são ondas eletromagnéticas de alta energia em um cristal. Uma vez que o feixe atinge o cristal, os raios-x se dispersam de uma forma que depende dos arranjos tridimensionais dos átomos naquele cristal. O experimento resulta em uma imagem, chamada de padrão de difração, que os cientistas usam para determinar a estrutura tridimensional do cristal que observam. Durante os anos que antecederam a publicação do artigo, os cientistas utilizaram cristalografia de raios-x para aprender sobre a estrutura tridimensional do DNA. Enquanto Watson e Crick nunca realizaram experimentos de cristalografia de raios x, eles usaram dados de experimentos conduzidos por outros cientistas para desenvolver seu modelo de DNA.Watson e Crick propuseram um novo modelo para a estrutura tridimensional do DNA. O artigo consistia em menos de duas páginas e tinha uma ilustração. Para começar o trabalho, Watson e Crick respondem a outro modelo de DNA proposto por Linus Pauling e Robert Corey, dois cientistas do California Institute of Technology em Pasadena, Califórnia. Pauling e Corey propuseram um modelo alternativo apenas alguns meses antes de Watson e Crick escreverem seu artigo.Watson e Crick começam seu artigo discutindo o modelo alternativo proposto por Pauling e Corey. Embora não descrito em detalhes por Watson e Crick, o modelo de DNA de Pauling-Corey foi uma tripla hélice, onde cada uma das três cadeias helicoidais continha nucleótidos juntos. No modelo Pauling-Corey, os grupos de fosfato carregados negativamente se enfrentaram dentro da tripla hélice, e as bases se enfrentaram fora da tripla hélice. Em seu artigo, Watson e Crick criticam o modelo Pauling-Corey. Em primeiro lugar, argumentam que as bases de DNA não podem encarar para fora com os grupos de fosfato voltados para dentro. Watson e Crick afirmam que as cadeias de ADN se ligam através das bases, então se as bases se voltassem para fora, não haveria nada que ligasse as cadeias de ADN. Os autores também argumentaram que se as backbones de fosfato carregadas negativamente das cadeias de DNA se voltassem para dentro elas se repeliriam mutuamente. Além disso, o arranjo de átomos na estrutura Pauling-Corey iria repelir um ao outro. Isso conclui Watson e Cricks criticando o modelo Pauling-Corey em seu artigo.Watson e Crick continuam com uma descrição de sua estrutura de DNA proposta e um diagrama para ir junto com sua proposta. Eles definem sua estrutura como uma dupla hélice, com duas cadeias helicoidais enroladas em torno de um eixo teórico. De acordo com Watson e Crick, as cadeias de ADN são antiparalel umas às outras. Isso significa que os fios correm em direções opostas. Os nucleótidos não são moléculas perfeitamente simétricas. Têm um de cima e um de baixo. Então, quando as cadeias de DNA funcionam antiparalel como Watson e Crick descrevem, uma cadeia tem os nucleotídeos voltados para o lado direito para cima e a outra cadeia tem os nucleotídeos virados de cabeça para baixo.Watson and Crick further the description of their structure by comparing it to a model of a chain of nucleic acids proposed by Sven Furberg, a crystallographer at Birbeck College, in London, United Kingdom, in 1952. Watson e Crick dizem que, como o modelo Furbergs, seu modelo de DNA tem as bases voltadas para dentro da dupla hélice e as espinhas de fosfato voltadas para fora da dupla hélice. Também similar à estrutura de Furbergs, Watson e Crick explicam que as bases são perpendiculares aos anéis de desoxirribose e grupos de fosfato dos nucleótidos. Em outras palavras, as bases são como degraus de uma escada e os grupos de açúcar e fosfato de desoxirribose são como os trilhos da escada. Após descrever alguns detalhes remanescentes sobre sua estrutura, Watson e Crick terminam sua descrição geral de seu modelo de DNA.Watson e Crick discutem então as novas características pertencentes ao seu modelo de DNA. A primeira característica que os autores discutem é como as duas cadeias de DNA estão conectadas. Os autores afirmam que uma única base de uma cadeia de DNA liga-se a uma única base da cadeia de DNA oposta através de ligações de hidrogênio. No DNA, as ligações de hidrogênio ocorrem entre átomos de hidrogênio e átomos de oxigênio ou nitrogênio. Enquanto as ligações de hidrogênio são mais fracas do que as ligações de fosfato ligando nucleótidos juntos em cada cadeia de DNA, eles são fortes o suficiente para manter as duas cadeias helicoidais juntas. Watson e Crick explicam que para uma ligação adequada de hidrogênio ocorrer, dentro de cada par de bases conectadas, uma base deve ser uma purina, um anel duplo, e uma base deve ser uma pirimidina, um único anel.

a seguir, Watson e Crick descrevem a identidade específica de cada base em um par base. Os autores assumem que cada uma das quatro bases só pode parar com um outro tipo de base. A adenina, uma purina, só pode fazer par com a timina, uma pirimidina. Guanina, uma purina, só pode fazer par com citosina, uma pirimidina. Baseado nessa lógica, Watson e Crick explicam que a sequência de bases ao longo de uma cadeia de DNA determina automaticamente a sequência da outra cadeia. Cada base, ao longo de uma cadeia de ADN, combina com a sua única contraparte viável na cadeia oposta. Para apoiar sua afirmação sobre a base de comparação específica, Watson e Crick citam evidências experimentais. Erwin Chargaff, da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, obteve essa evidência. Os autores explicam que Chargaff determinou que no DNA a razão de adenina para timina e guanina para citosina é sempre aproximadamente de um para um. Isso significa que a quantidade de adenina no DNA é aproximadamente igual à quantidade de timina, e a quantidade de guanina é aproximadamente igual à quantidade de citosina, o que é o caso provável se o emparelhamento base no DNA é específico.

After the discussion of base pairing, Watson and Crick conclude with x-ray crystallography evidence that they used to generate their model of DNA. Watson e Crick reconhecem que as evidências cristalográficas de raios x de DNA publicadas antes de escreverem seu artigo não poderiam confirmar seu modelo por si só e há necessidade de mais evidências experimentais para provar seu modelo. Watson e Crick então postulam que o mecanismo de emparelhamento de base que propuseram implicava um possível mecanismo de replicação de DNA, embora não descrevam esse mecanismo. Os autores então terminam seu artigo com agradecimentos.

ao desenvolver seu modelo de DNA, Watson e Crick confiaram em dados experimentais de cristalografia de raios x não publicados. Cientistas do Kings College London em Londres, Reino Unido, coletaram esses dados. Rosalind Franklin, uma química, e seu aluno de graduação, Raymond Gosling, coletaram os dados. Watson e Crick reconheceram esses indivíduos em seu jornal. De 1951 a 1953, Franklin e Gosling coletaram imagens de padrão de difração de raios-x do DNA, que eles obtiveram a partir dos raios-x de cristais de DNA. Quando Watson e Crick escreveram “uma estrutura para ácido nucleico de desoxirribose”, Franklin e Gosling não publicaram suas imagens mais claras de difração de DNA, apesar dessas imagens terem melhorias sobre os dados publicados na época. No início de 1953, sem o conhecimento de Franklins, Maurice Wilkins, um colega de trabalho no Kings College, mostrou a Watson um dos padrões claros de difração de DNA de Franklins. Mais tarde, Watson e Crick receberam um relatório que Franklin escreveu sobre suas descobertas experimentais. Esse relatório continha dados que Franklin apresentou em um colóquio no Kings College em 1951. Ao desenvolver seu próprio modelo de DNA, Watson e Crick tiraram conclusões de dados contidos na imagem de difração de Franklins e seu relatório.

em 1962, Watson e Crick compartilharam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina com Wilkins por suas descobertas relacionadas à estrutura do DNA e seu papel na genética, muitas das quais apareceram em “A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid”. Franklin morreu em 1958 antes da atribuição do Prêmio Nobel de 1962 e não recebeu o Prêmio Nobel, o Prêmio Nobel nunca é postumamente. Algumas pessoas especulam que, se ela estivesse viva, a receberia pela sua contribuição para resolver a estrutura do ADN. Outros não acharam que ela fez contribuições cruciais para a solução da estrutura do DNA. The roll Franklin participou da descoberta da estrutura realizada apenas após a publicação do Livro de Watsons “The Double Helix: a Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA” em 1968. Aaron Klug, Franklins last graduate student and colleague at Birkbeck College, in London, inherited her notebooks and papers when she died and published, “Rosalind Franklin and the Discovery of the Structure of DNA” a review of her notebooks and papers after publication of Watsons book. Franklin e Gosling publicaram cinco artigos sobre a estrutura do DNA que os dois primeiros foram enviados para a imprensa antes que Franklin soubesse do modelo Watson-Crick. Estes trabalhos eram trabalhos muito técnicos que lidavam com cristalografia de raios x, o que pode por isso não receber mais atenção.

Watson and Cricks structure of DNA has remains largely accepted among scientists through the twenty-first century. A estrutura tridimensional do DNA Watson e Crick proposto chamado de DNA B-form, terminologia que Franklin cunhou quando ela coletou pela primeira vez padrões de difração dessa forma de DNA. O ADN da forma B é a conformação mais estável do ADN em condições fisiológicas, embora o ADN possa adoptar outras confirmações tridimensionais, dependendo da sua sequência de base e do seu ambiente circundante. Para os próximos sete anos após a publicação de 1953 de “A Structure of Deoxyribonucleic Acid”, Wilkins e sua equipe de pesquisa obtiveram imagens de difração de raios x de alta resolução de B formam DNA a partir de uma variedade de espécies. A partir das imagens de maior qualidade, Wilkins fez pequenos ajustes nas dimensões de Watson e Cricks estrutura de DNA.

“”a Structure of Deoxyribose Nucleic Acid” had immediate impacts on both the study of DNA as genetic material and the field of molecular biology. Watson and Cricks article shifted scientists away from the question of how DNA was structured and toward the question of how DNA functioned. Mais tarde, em 1953, Watson e Crick escreveram um segundo artigo, “Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid”, que abordava como o DNA poderia auto-replicar-se para passar a informação genética codificada dentro dele.