enciclopedia proiectului embrion

în aprilie 1953, James Watson și Francis Crick au publicat „structura moleculară a acizilor nucleici: o structură a acidului Nucleic deoxiriboză” sau „o structură pentru acidul Nucleic deoxiriboză”, în revista Nature. În articol, Watson și Crick propun o structură nouă pentru acidul dezoxiribonucleic sau ADN. În 1944, Oswald T. Avery și grupul său de la Universitatea Rockefeller din New York, New York, au publicat dovezi experimentale că ADN-ul conținea factorii biologici numiți gene care dictează modul în care organismele cresc și se dezvoltă. Oamenii de știință nu știau cum funcția dna a condus la trecerea informațiilor genetice de la celulă la celulă sau de la organism la organism. Modelul prezentat de Watson și Crick a legat conceptul de gene de ereditate, creștere și dezvoltare. Începând cu 2018, majoritatea oamenilor de știință acceptă modelul Watson și Cricks de ADN prezentat în articol. Pentru munca lor asupra ADN-ului, Watson și Crick au împărțit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină din 1962 cu Maurice Wilkins.

colaborarea care i-a determinat pe Watson și Crick să scrie „o structură de acid Nucleic deoxiriboză” a început în octombrie 1951 la scurt timp după ce Watson a ajuns la laboratorul Cavendish de la Universitatea Cambridge din Cambridge, Anglia. La acea vreme, Watson era un cercetător postdoctoral în vârstă de douăzeci și trei de ani din Statele Unite, iar Crick, la vârsta de treizeci și cinci de ani, era doctorand la Universitatea din Cambridge. Watson și Crick au început să studieze structura ADN-ului împreună la scurt timp după ce Watson a ajuns la laboratorul Cavendish. Ei mâncau frecvent prânzul împreună și discutau despre munca lor și despre munca altora în laborator. În cele din urmă, membrii superiori ai laboratorului le-au oferit lui Watson și Crick un spațiu de birou pentru a-l împărți.

în 1944, grupul Averys de la Spitalul Universitar Rockefeller a publicat un articol care furniza dovezi experimentale că ADN-ul conținea gene. Cu zeci de ani înainte de publicarea articolului Watson și Cricks, oamenii de știință au găsit dovezi ale blocurilor de ADN numite nucleotide. Nucleotidele sunt compuse din trei părți. Partea de mijloc a nucleotidei este un zahăr deoxiriboză atașat la o parte a dezoxiribozei este o grupare fosfat încărcată negativ compusă din fosfor și oxigen, iar la partea opusă a dezoxiribozei este una dintre cele patru baze azotate, care variază între nucleotide. Oamenii de știință au publicat structura celor patru baze din ADN: adenină, timină, guanină și citozină. Adenina și guanina sunt formate din două inele topite și numite purine. Citozina și timina sunt structuri cu inele unice numite pirimidine.

când Watson și Crick și-au scris articolul, s-au bazat pe rezultatele experimentelor de cristalografie cu raze X. Pentru a efectua cristalografia cu raze X, oamenii de știință trag un fascicul de raze X, care sunt unde electromagnetice de mare energie la un cristal. Odată ce fasciculul lovește cristalul, razele X se împrăștie într-un mod care depinde de aranjamentele tridimensionale ale atomilor din acel cristal. Experimentul are ca rezultat o imagine, numită model de difracție, pe care oamenii de știință o folosesc pentru a determina structura tridimensională a cristalului pe care îl observă. În anii care au precedat publicarea articolului, oamenii de știință au folosit cristalografia cu raze X pentru a afla despre structura tridimensională a ADN-ului. În timp ce Watson și Crick nu au efectuat niciodată experimente de cristalografie cu raze X, au folosit date din experimente efectuate de alți oameni de știință pentru a-și dezvolta modelul de ADN.

Watson și Crick au propus un nou model pentru structura tridimensională a ADN-ului. Articolul a constat din mai puțin de două pagini și a avut o ilustrație. Pentru a începe lucrarea, Watson și Crick răspund la un alt model de ADN propus de Linus Pauling și Robert Corey, doi oameni de știință de la Institutul de Tehnologie din California din Pasadena, California. Pauling și Corey au propus un model alternativ cu doar câteva luni înainte ca Watson și Crick să-și scrie articolul.

Watson și Crick își încep articolul discutând modelul alternativ propus de Pauling și Corey. Deși nu a fost descris în detaliu de Watson și Crick, Modelul ADN Pauling-Corey a fost un triplu helix, unde fiecare dintre cele trei fire elicoidale conținea nucleotide strânse împreună. În modelul Pauling-Corey, grupurile de fosfat încărcate negativ s-au confruntat în interiorul Triplei spirale, iar bazele s-au confruntat în afara Triplei spirale. În articolul lor, Watson și Crick critică Modelul Pauling-Corey. În primul rând, ei susțin că bazele ADN nu pot fi orientate spre exterior, cu grupările fosfat orientate spre interior. Watson și Crick susțin că firele ADN se leagă între ele prin baze, așa că, dacă bazele ar fi orientate spre exterior, nu ar exista nimic care să conecteze firele ADN. Autorii au susținut, de asemenea, că, dacă coloana vertebrală de fosfat încărcată negativ a catenelor ADN cu care se confruntă în interior, s-ar respinge reciproc. În plus, aranjamentul atomilor din structura Pauling-Corey s-ar respinge reciproc. Aceasta încheie criticile lui Watson și Cricks asupra modelului Pauling-Corey în lucrarea lor.

Watson și Crick continuă cu o descriere a structurii ADN propuse și o diagramă pentru a merge împreună cu propunerea lor. Ei își definesc structura ca o dublă helix, cu două lanțuri elicoidale înfășurate în jurul unei axe teoretice. Potrivit lui Watson și Crick, firele ADN se desfășoară antiparalel unul cu celălalt. Asta înseamnă că firele rulează în direcții opuse. Nucleotidele nu sunt molecule perfect simetrice. Au un vârf și un fund. Deci, când firele ADN rulează antiparalel așa cum descriu Watson și Crick, o catenă are nucleotidele orientate cu partea dreaptă în sus, iar cealaltă catenă are nucleotidele orientate cu susul în jos.

Watson și Crick continuă descrierea structurii lor comparând-o cu un model al unui lanț de acizi nucleici propus de Sven Furberg, cristalograf la Colegiul Birbeck, în Londra, Regatul Unit, în 1952. Watson și Crick spun că, la fel ca modelul Furbergs, modelul lor de ADN are bazele orientate în interiorul spiralei duble și coloana vertebrală a fosfatului orientată în afara spiralei duble. De asemenea, similar cu structura Furbergs, Watson și Crick explică faptul că bazele sunt perpendiculare pe inelele deoxiriboză și grupările fosfat ale nucleotidelor. Cu alte cuvinte, bazele sunt ca treptele unei scări, iar grupurile de zahăr dezoxiriboză și fosfat sunt ca șinele scării. După ce au descris câteva detalii rămase despre structura lor, Watson și Crick își termină descrierea generală a modelului lor de ADN.

Watson și Crick discută apoi caracteristicile noi referitoare la modelul lor ADN. Prima caracteristică pe care autorii o discută este modul în care sunt conectate cele două fire ale ADN-ului. Autorii afirmă că o singură bază dintr-o catenă ADN se atașează la o singură bază din catena ADN opusă prin legături de hidrogen. În ADN, legăturile de hidrogen apar între atomii de hidrogen și atomii de oxigen sau azot. În timp ce legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile fosfat care leagă nucleotidele împreună în fiecare catenă de ADN, ele sunt suficient de puternice pentru a ține cele două catene elicoidale împreună. Watson și Crick explică faptul că, pentru a avea loc o legătură adecvată cu hidrogenul, în cadrul fiecărei perechi de baze conectate, o bază trebuie să fie o purină, un inel dublu și o bază trebuie să fie o pirimidină, un singur inel.

în continuare, Watson și Crick descriu este identitatea specifică a fiecărei baze într-o pereche de baze. Autorii presupun că fiecare dintre cele patru baze se poate asocia doar cu un alt tip de bază. Adenina, o purină, se poate împerechea doar cu timina, o pirimidină. Guanina, o purină, se poate împerechea doar cu citozina, o pirimidină. Pe baza acestei logici, Watson și Crick explică faptul că secvența bazelor de-a lungul unei catene ADN determină automat secvența celeilalte catene. Fiecare bază de-a lungul unei catene ADN se împerechează cu singura sa contrapartidă viabilă pe catena opusă. Pentru a-și susține afirmația despre paring-ul de bază specific, Watson și Crick citează dovezi experimentale. Erwin Chargaff de la Universitatea Columbia din New York, New York a obținut aceste dovezi. Autorii explică faptul că Chargaff a stabilit că în ADN raportul dintre adenină și timină și guanină și citozină este întotdeauna aproximativ unu la unu. Asta înseamnă că cantitatea de adenină din ADN este aproximativ egală cu cantitatea de timină, iar cantitatea de guanină este aproximativ egală cu cantitatea de citozină, ceea ce este cazul probabil dacă împerecherea bazelor în ADN este specifică.

după discuția despre împerecherea bazelor, Watson și Crick încheie cu dovezi de cristalografie cu raze X pe care le-au folosit pentru a-și genera modelul de ADN. Watson și Crick recunosc că dovezile cristalografice cu raze X ale ADN-ului publicate înainte de a-și scrie articolul nu au putut confirma modelul lor singur și au nevoie de mai multe dovezi experimentale pentru a-și dovedi modelul. Watson și Crick postulează apoi că mecanismul de asociere a bazelor pe care l-au propus implica un posibil mecanism de replicare a ADN-ului, deși nu descriu acest mecanism. Autorii își încheie apoi articolul cu mulțumiri.

când și-au dezvoltat modelul de ADN, Watson și Crick s-au bazat pe date experimentale de cristalografie cu raze X nepublicate. Oamenii de știință de la Kings College London din Londra, Marea Britanie, au colectat aceste date. Rosalind Franklin, chimist, și studentul ei absolvent, Raymond Gosling, au colectat datele. Watson și Crick i-au recunoscut pe acei indivizi în ziarul lor. Din 1951 până în 1953, Franklin și Gosling au adunat imagini cu model de difracție cu raze X ale ADN-ului, pe care le-au obținut din razele X ale cristalelor ADN. Când Watson și Crick au scris” o structură pentru acidul Nucleic deoxiriboză”, Franklin și Gosling nu și-au publicat cele mai clare imagini de difracție a ADN-ului, în ciuda faptului că aceste imagini au avut îmbunătățiri față de datele publicate la acea vreme. La începutul anului 1953, fără știrea lui Franklins, Maurice Wilkins, coleg de muncă la Kings College, i-a arătat lui Watson unul dintre Franklins modele clare de difracție a ADN-ului. Mai târziu, Watson și Crick au primit un raport pe care Franklin l-a scris despre descoperirile sale experimentale. Acest raport conținea date pe care Franklin le-a prezentat la un colocviu la Kings College în 1951. Când și-au dezvoltat propriul model de ADN, Watson și Crick au tras concluzii din datele conținute atât în imaginea de difracție Franklins, cât și în raportul ei.

în 1962, Watson și Crick au împărțit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină cu Wilkins pentru descoperirile lor referitoare la structura ADN-ului și rolul său în genetică, dintre care multe au apărut în „o structură pentru acidul Nucleic deoxiriboză.”Franklin a murit în 1958 înainte de acordarea Premiului Nobel din 1962 și nu a primit Premiul Nobel, acordarea Premiului Nobel nu este niciodată postum. Unii oameni speculează că, dacă ar fi în viață, ar primi-o pentru contribuția ei la rezolvarea structurii ADN-ului. Alții nu au crezut că a adus contribuții cruciale la soluția structurii ADN-ului. Rola pe care Franklin a jucat-o în descoperirea structurii realizată numai după publicarea cărții Watsons The Double Helix: a Personal Account of the Discovery of the Structure of ADN în 1968. Aaron Klug, ultimul student absolvent al lui Franklins și coleg la Colegiul Birkbeck, din Londra, și-a moștenit caietele și hârtiile când a murit și a publicat „Rosalind Franklin și descoperirea structurii ADN-ului” o recenzie a caietelor și lucrărilor sale după publicarea cărții Watsons. Franklin și Gosling au publicat cinci lucrări despre structura ADN-ului, primele două trimise presei înainte ca Franklin să știe de modelul Watson-Crick. Aceste lucrări au fost lucrări foarte tehnice care se ocupă de cristalografia cu raze X, motiv pentru care nu au primit mai multă atenție.

structura Watson și Cricks a ADN-ului a rămas în mare parte acceptată în rândul oamenilor de știință prin secolul XXI. Structura tridimensională a ADN-ului pe care Watson și Crick au propus-o numită ADN de formă b, terminologie pe care Franklin a inventat-o când a colectat pentru prima dată modele de difracție ale acelei forme de ADN. ADN-ul de formă B este cea mai stabilă Conformație a ADN-ului în condiții fiziologice, deși ADN-ul poate adopta alte confirmări tridimensionale în funcție de secvența sa de bază și de mediul înconjurător. În următorii șapte ani după publicarea în 1953 a „o structură a acidului dezoxiribonucleic”, Wilkins și echipa sa de cercetare au obținut imagini de difracție cu raze X cu rezoluție mai mare a ADN-ului din forma B dintr-o varietate de specii. Din imaginile de calitate superioară, Wilkins a făcut mici ajustări la dimensiunile structurii ADN-ului Watson și Cricks.

„”o structură a acidului Nucleic deoxiriboză” a avut un impact imediat atât asupra studiului ADN-ului ca material genetic, cât și asupra domeniului biologiei moleculare. Articolul Watson și Cricks i-a îndepărtat pe oamenii de știință de la întrebarea cum a fost structurat ADN-ul și spre întrebarea cum a funcționat ADN-ul. Mai târziu, în 1953, Watson și Crick au scris o a doua lucrare, „implicațiile genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”, care a abordat modul în care ADN-ul s-ar putea auto-Replica pentru a transmite informațiile genetice codificate în el.