V roce 1953 dva vědci jménem James Watson a Francis Crick vyřešili monumentální hádanku. Objevili strukturu molekuly zvané deoxyribosová nukleová kyselina - nebo jak ji většina lidí ví - DNA. Téměř všechny živé organismy, včetně lidí, spoléhají na DNA při balení a kopírování genů. Zatímco to vědci tušili před rokem 1953, ještě nevěděli, jak se DNA kopírovala nebo zabalila informace o dědičnosti. Klíčem ke schopnosti DNA dělit se a kopírovat se byl také klíč k průlomu Watsona a Cricka: objev párů bází.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
James Watson a Francis Crick vyvinuli modely pomocí lepenkových výřezů, které jim pomohly náhodně objevit páry bází pomocí pokusů a omylů.
Struktura DNA
Představte si model DNA s dvojitou šroubovicí jako zkroucený žebřík s rámem vyrobeným ze sloučeniny zvané cukr-fosfát. Příčky žebříku se skládají ze sloučenin nazývaných nukleotidy nebo báze. V molekule DNA jsou čtyři báze: adenin, cytosin, guanin a thymin. V každé příčce žebříku se dva ze čtyř nukleotidů spojují spolu s vodíkovou vazbou. Jedná se o základní páry. Konkrétní sekvence párů bází v molekule DNA odpovídá za rozdíly v genetických vlastnostech.
Rosalind Franklin a Double Helix
Zatímco Watson a Crick studovali strukturu DNA, vědec jménem Rosalind Franklin vyvinul úspěšnou metodu pořizování rentgenových fotografií DNA. Její obrazy odhalily dvě kolmé čáry vytvářející křižovatkový tvar ve středu molekuly. Když Franklin opustil svou pozici na King’s College, zanechala své fotografie s kolegou jménem Maurice Wilkins. Krátce poté dal Wilkins tyto položky Watsonovi a Crickovi. Jakmile Watson viděl Franklinovy fotografie, pochopil, že křížový tvar znamená, že molekula DNA musí být dvojitá šroubovice. Jejich průlom však zdaleka nebyl úplný.
Náhodný objev párování základen
Watson a Crick věděli, že DNA obsahuje čtyři báze a že se nějakým způsobem spojují, aby vytvořili tvar dvojité šroubovice. Přesto se snažili konceptualizovat model DNA, který byl hladký a bez kmenů - takový, který dával biochemický smysl. Watson postavil lepenkové výřezy základen a strávil čas jejich přeuspořádáním na stůl, aby mu pomohl představit možné struktury. Jednoho rána, když kousky pohyboval, narazil na uspořádání základen, které dávalo smysl. O několik let později Crick popsal tento stěžejní okamžik jako „ne logickým, ale náhodným“.
Vědci si uvědomili, že když se adenin a thymin navzájem spojily, vytvořily žebříkovou příčku stejné přesné délky jako příčka vyrobená z páru cytosin-guanin. Pokud by všechny příčky sestávaly z jednoho z těchto dvou párů, byly by všechny stejně dlouhé, což by bylo zabránit napětím a boulím ve dvojité šroubovici, o kterých Watson a Crick věděli, že ve skutečnosti nemohou existovat molekula.
Replikace DNA
Watson a Crick usoudili, že pokud by se každá ze čtyř bází mohla spojit pouze s jednou další bází, pak by se molekula DNA mohla během replikace rychle kopírovat. Ve své publikaci z roku 1953 o svých zjištěních v časopise Nature napsali: „… pokud je uvedena sekvence bází na jednom řetězci, pak je sekvence na druhém řetězci automaticky odhodlaný." Watsonův a Crickův model dvojité šroubovice DNA zahájil probíhající revoluci v biologických vědách a je zodpovědný za nesčetný pokrok ve studijních oborech tak jako:
- genetika
- lék
- evoluční biologie