Nel 1953, due scienziati di nome James Watson e Francis Crick risolsero un enigma monumentale. Hanno scoperto la struttura di una molecola chiamata acido desossiribosio nucleico - o come la maggior parte delle persone lo conosce - DNA. Quasi tutti gli organismi viventi, compreso l'uomo, si affidano al DNA per impacchettare e copiare i geni. Sebbene gli scienziati lo sospettassero prima del 1953, non sapevano ancora come il DNA si copiasse o impacchettasse le informazioni sull'ereditarietà. La chiave della capacità del DNA di dividersi e copiare se stesso è stata anche la chiave della svolta di Watson e Crick: la scoperta delle coppie di basi.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
James Watson e Francis Crick hanno sviluppato modelli utilizzando ritagli di cartone che li hanno aiutati a scoprire coppie di basi casualmente attraverso tentativi ed errori.
La struttura del DNA
Immagina il modello a doppia elica del DNA come una scala attorcigliata con un telaio costituito da un composto chiamato zucchero-fosfato. I pioli della scala sono costituiti da composti chiamati nucleotidi o basi. Ci sono quattro basi nella molecola del DNA: adenina, citosina, guanina e timina. In ogni piolo della scala, due dei quattro nucleotidi si legano insieme con un legame idrogeno. Queste sono le coppie di basi. La particolare sequenza di coppie di basi in una molecola di DNA è ciò che spiega le differenze nei tratti genetici.
Rosalind Franklin e la doppia elica
Mentre Watson e Crick studiavano la struttura del DNA, una scienziata di nome Rosalind Franklin sviluppò un metodo di successo per scattare fotografie a raggi X del DNA. Le sue immagini hanno rivelato due linee perpendicolari che creano una forma incrociata al centro della molecola. Quando Franklin lasciò la sua posizione al King's College, lasciò le sue fotografie a un collega di nome Maurice Wilkins. Poco dopo, Wilkins diede questi oggetti a Watson e Crick. Non appena Watson vide le fotografie di Franklin, capì che la forma incrociata significava che la molecola del DNA doveva essere una doppia elica. Ma la loro svolta era tutt'altro che completa.
Una scoperta fortuita dell'abbinamento di basi
Watson e Crick sapevano che il DNA conteneva quattro basi e che si legavano tra loro in qualche modo per creare la forma della doppia elica. Tuttavia, hanno lottato per concettualizzare un modello di DNA che fosse liscio e senza ceppi, uno che avesse un senso biochimico. Watson ha costruito ritagli di cartone delle basi e ha trascorso del tempo a riorganizzarli su un tavolo per aiutarlo a immaginare possibili strutture. Una mattina, spostando i pezzi, si imbatté in una disposizione di basi che aveva un senso. Anni dopo, Crick descrisse questo momento cruciale come accaduto "non per logica ma per serendipità".
I ricercatori si sono resi conto che quando l'adenina e la timina si legavano tra loro, formavano un piolo della scala della stessa lunghezza esatta di un piolo costituito da una coppia di citosina-guanina. Se tutti i pioli fossero costituiti da una di queste due coppie, sarebbero tutti della stessa lunghezza, il che sarebbe... prevenire le deformazioni e i rigonfiamenti nella doppia elica che Watson e Crick sapevano non potevano esistere nella realtà molecola.
Replicazione del DNA
Watson e Crick hanno pensato che se ciascuna delle quattro basi potesse legarsi solo con un'altra base, allora la molecola del DNA potrebbe copiarsi rapidamente durante la replicazione. Nella loro pubblicazione del 1953 sulle loro scoperte nella rivista Nature, scrissero "... se viene data la sequenza delle basi su una catena, allora la sequenza sull'altra catena è automaticamente determinato." Il modello a doppia elica del DNA di Watson e Crick ha lanciato una rivoluzione in corso nelle scienze della vita ed è responsabile di innumerevoli progressi in campi di studio come come:
- genetica
- medicinale
- biologia evolutiva