كيف حدد واتسون وكريك الاقتران الأساسي؟

في عام 1953 ، قام عالمان يدعى جيمس واتسون وفرانسيس كريك بحل لغز ضخم. اكتشفوا بنية جزيء يسمى الحمض النووي deoxyribose - أو كما يعرفه معظم الناس - DNA. تعتمد جميع الكائنات الحية تقريبًا ، بما في ذلك البشر ، على الحمض النووي لتعبئة الجينات ونسخها. بينما اشتبه العلماء في ذلك قبل عام 1953 ، لم يعرفوا بعد كيف نسخ الحمض النووي نفسه أو رزم معلومات الوراثة. كان مفتاح قدرة الحمض النووي على الانقسام والنسخ هو أيضًا المفتاح لاختراق Watson و Crick: اكتشاف أزواج القواعد.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

طور جيمس واتسون وفرانسيس كريك نماذج باستخدام قواطع من الورق المقوى ساعدتهم على اكتشاف أزواج القاعدة بالصدفة من خلال التجربة والخطأ.

تخيل نموذج الحلزون المزدوج للحمض النووي كسلم ملتوي بإطار مصنوع من مركب يسمى فوسفات السكر. تتكون درجات السلم من مركبات تسمى النيوكليوتيدات ، أو القواعد. هناك أربع قواعد في جزيء الحمض النووي: الأدينين والسيتوزين والجوانين والثيمين. في كل درجة من درجات السلم ، يرتبط اثنان من النيوكليوتيدات الأربعة معًا برابطة هيدروجينية. هذه هي أزواج القاعدة. التسلسل المعين لأزواج القواعد في جزيء الحمض النووي هو ما يفسر الاختلافات في الصفات الجينية.

بينما درس واتسون وكريك بنية الحمض النووي ، طورت عالمة تدعى روزاليند فرانكلين طريقة ناجحة لالتقاط صور بالأشعة السينية للحمض النووي. كشفت صورها عن خطين متعامدين يخلقان شكلاً متقاطعًا في وسط الجزيء. عندما تركت فرانكلين منصبها في King’s College ، تركت صورها مع زميل يدعى موريس ويلكينز. بعد فترة وجيزة ، أعطى ويلكينز هذه العناصر إلى واتسون وكريك. بمجرد أن رأى واتسون صور فرانكلين ، أدرك أن الشكل المتقاطع يعني أن جزيء الحمض النووي يجب أن يكون حلزونًا مزدوجًا. لكن اختراقهم لم يكتمل بعد.

عرف واطسون وكريك أن الحمض النووي يحتوي على أربع قواعد ، وأنهم مرتبطون ببعضهم البعض بطريقة ما لإنشاء شكل اللولب المزدوج. ومع ذلك ، فقد كافحوا من أجل تصور نموذج للحمض النووي كان سلسًا وخاليًا من السلالات - نموذج له معنى كيميائي حيوي. بنى واطسون قواطع من الورق المقوى للقواعد ، وأمضى وقتًا في إعادة ترتيبها على طاولة لمساعدته على تخيل الهياكل الممكنة. ذات صباح ، أثناء تحريك القطع ، عثر على ترتيب من القواعد كان منطقيًا. بعد سنوات ، وصف كريك هذه اللحظة المحورية بأنها تحدث "ليس بالمنطق بل بالصدفة".

أدرك الباحثون أنه عندما يترابط الأدينين والثايمين مع بعضهما البعض ، فقد شكلوا درجة سلم بنفس الطول الدقيق لدرج مصنوع من زوج من السيتوزين والجوانين. إذا كانت جميع الدرجات تتكون من أحد هذين الزوجين ، فستكون جميعها بنفس الطول ، وهو ما سيكون منع التوترات والانتفاخات في الحلزون المزدوج الذي كان واطسون وكريك يعلمان أنه لا يمكن أن يوجد في الواقع مركب.

استنتج واتسون وكريك أنه إذا كان كل من القواعد الأربعة يمكن أن يرتبط بقاعدة أخرى فقط ، فيمكن لجزيء الحمض النووي أن ينسخ نفسه بسرعة أثناء النسخ المتماثل. في نشرهم عام 1953 حول النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature ، كتبوا "... إذا تم تقديم تسلسل القواعد في سلسلة واحدة ، فسيتم تلقائيًا التسلسل في السلسلة الأخرى عازم." أطلق نموذج الحلزون المزدوج لواتسون وكريك للحمض النووي ثورة مستمرة في علوم الحياة ، وهو مسؤول عن تطورات لا حصر لها في مجالات الدراسة مثل مثل:

• علم الوراثة
  
• دواء
  
• علم الأحياء التطوري