the Embryo Project Encyclopedia

i April 1953 offentliggjorde James Crick og Francis Crick “molekylær struktur af nukleinsyrer: en struktur af Deoksyribosenukleinsyre” eller “en struktur for Deoksyribosenukleinsyre” i tidsskriftet Nature. I artiklen foreslår Crick en ny struktur for deoksyribonukleinsyre eller DNA. I 1944 Blev Osvald T. Avery og hans gruppe på Rockefeller University offentliggjorde eksperimentelle beviser for, at DNA indeholdt de biologiske faktorer kaldet gener, der dikterer, hvordan organismer vokser og udvikler sig. Forskere vidste ikke, hvordan DNA-Krists funktion førte til passage af genetisk information fra celle til celle eller organisme til organisme. Den model, som Crick præsenterede, forbandt begrebet gener med arvelighed, vækst og udvikling. Fra 2018 accepterer de fleste forskere en DNA-model, der præsenteres i artiklen. For deres arbejde med DNA delte Crick Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1962 med Maurice.

samarbejdet, der fik Crick til at skrive “en struktur af nukleinsyre” begyndte i oktober 1951 kort efter, at han ankom til Cavendish Laboratory ved University of Cambridge i Cambridge, England. På det tidspunkt var han en treogtyve år gammel postdoktorforsker fra USA og Crick, i en alder af femogtredive, var ph.d.-studerende ved University of Cambridge. Han begyndte at studere DNA-strukturen sammen kort efter, at han ankom til Cavendish-Laboratoriet. De spiste ofte frokost sammen og diskuterede deres arbejde og andres arbejde i laboratoriet. Til sidst gav seniormedlemmer af laboratoriet et kontorlokale til at dele.

i 1944 offentliggjorde Averys group på Rockefeller University Hospital en artikel, der leverede eksperimentelle beviser for, at DNA indeholdt gener. Årtier før offentliggørelsen af artiklen fandt forskere beviser for byggestenene i DNA kaldet nukleotider. Nukleotider er sammensat af tre dele. Den midterste del af nukleotidet er en deoksyribosesukker fastgjort til den ene side af deoksyribosen er en negativt ladet fosfatgruppe sammensat af fosfor og ilt, og på den modsatte side af deoksyribosen er en af fire nitrogenbaser, der varierer mellem nukleotider. Forskere havde offentliggjort om strukturen af de fire baser i DNA: adenin, thymin, guanin og cytosin. Adenin og guanin er lavet af to smeltede ringe og kaldes puriner. Cytosin og thymin er enkelt ringe strukturer kaldet pyrimidiner.

da de skrev deres artikel, var de afhængige af resultaterne af røntgenkrystallografieksperimenter. For at udføre røntgenkrystallografi skyder forskere en stråle af røntgenstråler, som er højenergi elektromagnetiske bølger ved en krystal. Når strålen rammer krystallen, spredes røntgenstrålerne på en måde, der afhænger af de tredimensionelle arrangementer af atomerne i den krystal. Eksperimentet resulterer i et billede, kaldet et diffraktionsmønster, som forskere bruger til at bestemme den tredimensionelle struktur af krystallen, de observerer. I årene op til offentliggørelsen af artiklen brugte forskere røntgenkrystallografi til at lære om den tredimensionelle struktur af DNA. Mens Crick aldrig selv udførte røntgenkrystallografieksperimenter, brugte de data fra eksperimenter udført af andre forskere til at udvikle deres DNA-model.

Crick foreslog en ny model for den tredimensionelle struktur af DNA. Artiklen bestod af mindre end to sider og havde en illustration. For at starte papiret reagerer Crick på en anden DNA-model foreslået af Linus Pauling og Robert Corey, to forskere ved California Institute of Technology i Pasadena, Californien. Pauling og Corey foreslog en alternativ model kun få måneder, før de skrev deres artikel.

Crick begynder deres artikel med at diskutere den alternative model foreslået af Pauling og Corey. Pauling-Corey-modellen af DNA var en tredobbelt spiral, hvor hver af de tre spiralformede tråde indeholdt nukleotider spændt sammen. I Pauling-Corey-modellen stod de negativt ladede fosfatgrupper inde i den tredobbelte spiral, og baserne stod uden for den tredobbelte spiral. I deres artikel kritiserer Crick Pauling-Corey-modellen. For det første hævder de, at DNA-baserne ikke kan vende udad med fosfatgrupperne vendt indad. Crick hævder, at DNA-strengene binder sammen gennem baserne, så hvis baserne vender udad, ville der ikke være noget, der forbinder DNA-strengene. Forfatterne hævdede også, at hvis de negativt ladede fosfatrygben i DNA-strengene stod indad, ville de afvise hinanden. Derudover ville arrangementet af atomer i Pauling-Corey-strukturen afvise hinanden. Det konkluderer han og kritiserer Pauling-Corey-modellen i deres papir.

Crick fortsætter med en beskrivelse af deres foreslåede DNA-struktur og et diagram, der følger med deres forslag. De definerer deres struktur som en dobbelt spiral med to spiralformede kæder viklet omkring en teoretisk akse. Ifølge Crick løber DNA-strengene antiparallelt til hinanden. Det betyder, at trådene løber i modsatte retninger. Nukleotider er ikke perfekt symmetriske molekyler. De har en top og en bund. Så når DNA-strengene løber antiparallelt, som Crick og Crick beskriver, har den ene streng nukleotiderne vendt højre side opad, og den anden streng har nukleotiderne vendt på hovedet.

yderligere beskrivelsen af deres struktur ved at sammenligne den med en model af en kæde af nukleinsyrer foreslået af Sven Furberg, en krystallograf ved Birbeck College, i London, Det Forenede Kongerige, i 1952. Ligesom Furbergs-modellen har deres DNA-model baserne vendt inde i dobbeltspiralen og fosfatryggene vendt uden for dobbeltspiralen. I modsætning til de fleste andre typer af nukleotider, der findes i hjernen, er der en række forskellige typer af nukleotider, der findes i hjernen. Med andre ord er baserne som trin på en stige, og de iltmangel sukker-og fosfatgrupper er som skinnerne på stigen. Efter at have beskrevet nogle resterende detaljer om deres struktur, afslutter Crick deres generelle beskrivelse af deres DNA-model.

Crick diskuterer derefter de nye funktioner, der vedrører deres DNA-model. Det første træk, som forfatterne diskuterer, er, hvordan de to DNA-tråde er forbundet. Forfatterne anfører, at en enkelt base fra en DNA-streng fastgøres til en enkelt base fra den modsatte DNA-streng via hydrogenbindinger. I DNA forekommer hydrogenbindinger mellem hydrogenatomer og ilt-eller nitrogenatomer. Mens hydrogenbindinger er svagere end fosfatbindingerne, der forbinder nukleotider sammen i hver DNA-streng, er de stærke nok til at holde de to spiralformede tråde sammen. For at der kan forekomme tilstrækkelig hydrogenbinding inden for hvert par forbundne baser, skal en base være en purin, en dobbeltring, og en base skal være en pyrimidin, en enkelt ring.

dernæst beskriver Crick den specifikke identitet for hver base i et basepar. Forfatterne antager, at hver af de fire baser kun kan parres med en anden type base. Adenin, en purin, kan kun parres med thymin, en pyrimidin. Guanin, en purin, kan kun parres med cytosin, en pyrimidin. Baseret på denne logik forklarer Crick, at sekvensen af baser langs en DNA-streng automatisk bestemmer sekvensen af den anden streng. Hver base langs en DNA-streng parres med sin eneste levedygtige modstykke på den modsatte streng. For at støtte deres påstand om specifik baseparing, citerer Crick og Crick eksperimentelle beviser. Ved Columbia University opnåede han beviserne. Forfatterne forklarer, at Chargaff fastslog, at forholdet mellem adenin og thymin og guanin til cytosin i DNA altid er omtrent en-til-en. Det betyder, at mængden af adenin i DNA stort set svarer til mængden af thymin, og mængden af guanin stort set svarer til mængden af cytosin, hvilket er det sandsynlige tilfælde, hvis baseparring i DNA er specifik.

efter diskussionen om baseparring konkluderer Crick med røntgenkrystallografi bevis for, at de plejede at generere deres model af DNA. Det røntgenkrystallografiske bevis for DNA, der blev offentliggjort, før de skrev deres artikel, kunne ikke bekræfte deres model alene, og der er brug for mere eksperimentelle beviser for at bevise deres model. Crick postulerer derefter, at basisparringsmekanismen, de foreslog, indebar en mulig DNA-replikationsmekanisme, skønt de ikke beskriver den mekanisme. Forfatterne afslutter derefter deres artikel med anerkendelser.

da de udviklede deres DNA-model, var de afhængige af upublicerede røntgenkrystallografiske eksperimentelle data. Forskere ved Kings College London i London, Storbritannien, indsamlede disse data. Rosalind Franklin, en kemiker, og hendes kandidatstuderende, Raymond Gosling, indsamlede dataene. Kristian og Kristian anerkendte disse personer i deres avis. Fra 1951 til 1953 samlede Franklin og Gosling røntgendiffraktionsmønsterbilleder af DNA, som de opnåede fra røntgenstrålerne af DNA-krystaller. Franklin og Gosling havde ikke offentliggjort deres mest klare DNA-diffraktionsbilleder, på trods af at disse billeder havde forbedringer i forhold til de offentliggjorte data på det tidspunkt. I begyndelsen af 1953, uden Franklins viden, Maurice Vilkins en kollega på Kings College viste han en af Franklins klare diffraktionsmønstre af DNA. Senere modtog Crick en rapport, som Franklin skrev om sine eksperimentelle fund. Denne rapport indeholdt data Franklin præsenteret på et kollokvium på Kings College i 1951. Da de udviklede deres egen DNA-model, drog Crick konklusioner ud fra data indeholdt i både Franklins diffraktionsbillede og hendes rapport.

i 1962 delte Crick Nobelprisen i fysiologi eller medicin for deres resultater vedrørende strukturen af DNA og dets rolle i genetik, hvoraf mange dukkede op i “en struktur for nukleinsyre.”Franklin døde i 1958 før tildelingen af Nobelprisen i 1962 og modtog ikke Nobelprisen, tildelingen af Nobelprisen er aldrig posthumt. Nogle mennesker spekulerer i, at hvis hun levede, ville hun modtage det for sit bidrag til at løse DNA-strukturen. Andre troede ikke, at hun gav afgørende bidrag til løsningen af DNA-strukturen. Rollen Franklin spillede i opdagelsen af strukturen, der først blev realiseret efter udgivelsen af bogen dobbelt spiral: en personlig beretning om opdagelsen af DNA-strukturen i 1968. Aaron Klug, Franklins sidste kandidatstuderende og kollega ved Birkbeck College, i London, arvede sine notesbøger og papirer, da hun døde og offentliggjorde, “Rosalind Franklin and the Discovery of the Structure of DNA” en gennemgang af hendes notesbøger og papirer efter offentliggørelsen af bogen. Franklin og Gosling offentliggjorde fem papirer om DNA-struktur, de to første blev sendt til pressen, før Franklin vidste om modellen. Disse papirer var meget tekniske papirer, der beskæftiger sig med røntgenkrystallografi, hvilket kan hvorfor de ikke fik mere opmærksomhed.

struktur af DNA er fortsat stort set accepteret blandt forskere gennem det enogtyvende århundrede. Den tredimensionelle struktur af DNA foreslået kaldet B-form DNA, terminologi Franklin opfandt, da hun først indsamlede diffraktionsmønstre af den form for DNA. B-form DNA er den mest stabile konformation af DNA under fysiologiske forhold, selvom DNA kan vedtage andre tredimensionelle bekræftelser afhængigt af dets basesekvens og dets omgivende miljø. I de næste syv år efter offentliggørelsen i 1953 af “a Structure of Deoksyribonukleinsyre” opnåede han og hans forskergruppe røntgendiffraktionsbilleder med højere opløsning af B-form DNA fra en række arter. På baggrund af de højere kvalitetsbilleder foretog han små justeringer af dimensionerne af DNA-strukturen.

“”en struktur af Deoksyribosenukleinsyre” havde øjeblikkelig indflydelse på både studiet af DNA som genetisk materiale og området molekylærbiologi. Artiklen flyttede forskere væk fra spørgsmålet om, hvordan DNA var struktureret og mod spørgsmålet om, hvordan DNA fungerede. Senere i 1953 skrev Crick et andet papir,” genetiske implikationer af strukturen af Deoksyribonukleinsyre”, der behandlede, hvordan DNA kunne replikere sig selv for at videregive den genetiske information kodet i den.