Το 1953, δύο επιστήμονες με την ονομασία James Watson και Francis Crick έλυσαν ένα μνημειακό παζλ. Ανακάλυψαν τη δομή ενός μορίου που ονομάζεται νουκλεϊκό οξύ δεοξυριβόζης - ή όπως το γνωρίζουν οι περισσότεροι άνθρωποι - DNA. Σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, βασίζονται στο DNA για τη συσκευασία και την αντιγραφή γονιδίων. Ενώ οι επιστήμονες το υποπτεύονταν πριν από το 1953, δεν ήξεραν ακόμη πώς αντιγράφηκε το DNA ή πακετάρισαν πληροφορίες σχετικά με την κληρονομικότητα. Το κλειδί για την ικανότητα του DNA να διαχωριστεί και να αντιγραφεί ήταν επίσης το κλειδί για την ανακάλυψη του Watson και του Crick: η ανακάλυψη ζευγών βάσεων.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Ο James Watson και ο Francis Crick ανέπτυξαν μοντέλα χρησιμοποιώντας αποκόμματα χαρτονιού που τους βοήθησαν να ανακαλύψουν ζεύγη βάσεων με δόλο μέσω δοκιμής και σφάλματος.
Η δομή του DNA
Φανταστείτε το μοντέλο διπλής έλικας DNA ως μια στριμμένη σκάλα με ένα πλαίσιο κατασκευασμένο από μια ένωση που ονομάζεται φωσφορικό σάκχαρο. Τα σκαλοπάτια της σκάλας αποτελούνται από ενώσεις που ονομάζονται νουκλεοτίδια ή βάσεις. Υπάρχουν τέσσερις βάσεις στο μόριο DNA: αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη. Σε κάθε σκαλοπάτι της σκάλας, δύο από τα τέσσερα νουκλεοτίδια συνδέονται μαζί με έναν δεσμό υδρογόνου. Αυτά είναι τα ζεύγη βάσεων. Η συγκεκριμένη ακολουθία ζευγών βάσεων σε ένα μόριο DNA είναι αυτό που εξηγεί τις διαφορές στα γενετικά χαρακτηριστικά.
Rosalind Franklin και η διπλή έλικα
Ενώ οι Watson και Crick μελέτησαν τη δομή του DNA, ένας επιστήμονας με το όνομα Rosalind Franklin ανέπτυξε μια επιτυχημένη μέθοδο για τη λήψη φωτογραφιών με ακτίνες Χ του DNA. Οι εικόνες της αποκάλυψαν δύο κάθετες γραμμές δημιουργώντας ένα σταυρωτό σχήμα στο κέντρο του μορίου. Όταν ο Φράνκλιν άφησε τη θέση της στο King's College, άφησε τις φωτογραφίες της με μια συνάδελφο που ονομάζεται Maurice Wilkins. Λίγο μετά, ο Wilkins έδωσε αυτά τα αντικείμενα στους Watson και Crick. Μόλις ο Watson είδε τις φωτογραφίες του Franklin, κατάλαβε ότι το σταυρωτό σχήμα σήμαινε ότι το μόριο DNA πρέπει να είναι διπλή έλικα. Αλλά η ανακάλυψή τους δεν ήταν καθόλου ολοκληρωμένη.
Μια τυχαία ανακάλυψη ζευγαρώματος βάσης
Ο Watson και ο Crick γνώριζαν ότι το DNA περιείχε τέσσερις βάσεις και ότι συνδέθηκαν μεταξύ τους με κάποιο τρόπο για να δημιουργήσουν το σχήμα της διπλής έλικας. Ακόμα, αγωνίστηκαν να αντιληφθούν ένα μοντέλο DNA που ήταν ομαλό και χωρίς στελέχη - αυτό που έκανε βιοχημικό νόημα. Ο Watson δημιούργησε αποκοπές από χαρτόνι των βάσεων και πέρασε χρόνο για να τα αναδιατάξει σε ένα τραπέζι για να τον βοηθήσει να φανταστεί πιθανές κατασκευές. Ένα πρωί, μετακινώντας τα κομμάτια, σκόνταψε σε μια διάταξη βάσεων που είχε νόημα. Χρόνια αργότερα, ο Crick περιέγραψε αυτήν την κεντρική στιγμή ως «όχι από τη λογική αλλά από την ελευθερία».
Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι όταν η αδενίνη και η θυμίνη συνδέθηκαν μεταξύ τους, σχημάτισαν ένα κλιμακοστάσιο με το ίδιο ακριβώς μήκος με ένα σκαλοπάτι από ζεύγος κυτοσίνης-γουανίνης. Εάν όλα τα σκαλοπάτια αποτελούσαν ένα από αυτά τα δύο ζεύγη, όλα θα είχαν το ίδιο μήκος, κάτι που θα συνέβαινε αποτρέψτε τις πιέσεις και τα εξογκώματα στη διπλή έλικα που γνώριζαν οι Watson και Crick δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν στην πραγματικότητα μόριο.
Αναπαραγωγή DNA
Ο Watson και ο Crick υποστήριξαν ότι εάν καθεμία από τις τέσσερις βάσεις μπορούσε να συνδεθεί μόνο με μια άλλη βάση, τότε το μόριο DNA θα μπορούσε να αντιγραφεί γρήγορα κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Στη δημοσίευση του 1953 σχετικά με τα ευρήματά τους στο περιοδικό Nature, έγραψαν «… αν δοθεί η ακολουθία των βάσεων σε μια αλυσίδα, τότε η ακολουθία στην άλλη αλυσίδα είναι αυτόματα προσδιορίζεται." Το μοντέλο DNA της Watson και του Crick με διπλή έλικα ξεκίνησε μια συνεχή επανάσταση στις βιοεπιστήμες και είναι υπεύθυνο για τις αμέτρητες εξελίξεις σε τομείς σπουδών όπως όπως και:
- γενεσιολογία
- φάρμακο
- εξελικτική βιολογία