איך ווטסון וקריק קבעו זיווג בסיס?

בשנת 1953, שני מדענים בשם ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק פתרו חידה מונומנטלית. הם גילו את המבנה של מולקולה הנקראת חומצת גרעין דאוקסיריבוז - או כפי שרוב האנשים מכירים אותה - DNA. כמעט כל האורגניזמים החיים, כולל בני אדם, מסתמכים על DNA כדי לארוז ולהעתיק גנים. בעוד מדענים חשדו בכך לפני שנת 1953, הם טרם ידעו כיצד דנ"א מעתיק את עצמו או אריזת מידע תורשתי. המפתח ליכולת ה- DNA להתחלק ולהעתיק את עצמו היה גם המפתח לפריצת הדרך של ווטסון וקריק: גילוי זוגות בסיס.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק פיתחו דגמים באמצעות חיתוכי קרטון שעזרו להם לגלות זוגות בסיסים בצורה שקטה באמצעות ניסוי וטעייה.

תארו לעצמכם את דגם הסליל הכפול של ה- DNA כסולם מעוות עם מסגרת העשויה מתרכובת הנקראת סוכר-פוספט. שלבי הסולם מורכבים מתרכובות הנקראות נוקלאוטידים, או בסיסים. ישנם ארבעה בסיסים במולקולת ה- DNA: אדנין, ציטוזין, גואנין ותימין. בכל שלב בסולם, שניים מארבעת הנוקלאוטידים נקשרים יחד עם קשר מימן. אלה זוגות הבסיס. הרצף המסוים של צמדי בסיס במולקולת DNA הוא המסביר את ההבדלים בתכונות הגנטיות.

בעוד ווטסון וקריק למדו מבנה DNA, מדען בשם רוזלינד פרנקלין פיתח שיטה מוצלחת לצילומי רנטגן של DNA. תמונותיה חשפו שני קווים בניצב היוצרים צורה חוצה במרכז המולקולה. כשפרנקלין עזבה את תפקידה בקינגס קולג ', היא השאירה את תצלומיה אצל עמית בשם מוריס וילקינס. זמן קצר לאחר מכן נתן וילקינס את הפריטים האלה לווטסון ולקריק. ברגע שווטסון ראה את תצלומיו של פרנקלין, הוא הבין שצורת הצלב המשמעות היא שמולקולת ה- DNA חייבת להיות סליל כפול. אך פריצת הדרך שלהם הייתה רחוקה מלהיות שלמה.

ווטסון וקריק ידעו ש- DNA מכיל ארבעה בסיסים, וכי הם נקשרים זה לזה בצורה כלשהי כדי ליצור את צורת הסליל הכפולה. ובכל זאת, הם נאבקו להמחיש מודל של DNA שהיה חלק וללא זנים - זה הגיוני ביוכימי. ווטסון בנה גזרי קרטון של הבסיסים, ובילה זמן על סידורם מחדש על שולחן כדי לעזור לו לדמיין מבנים אפשריים. בוקר אחד, כשהזיז את החלקים, נקלע לסידור בסיסים שהגיוני. כעבור שנים תיאר קריק את הרגע המרכזי הזה כמתרחש "לא על פי היגיון אלא על ידי סרנדיפיות."

החוקרים הבינו שכאשר אדנין ותימין נקשרים זה לזה, הם יצרו סולם המדרגות באותו אורך בדיוק כמו שלב עשוי צמד ציטוזין-גואנין. אם כל השלבים היו מורכבים מאחד משני הזוגות הללו, כולם יהיו באותו אורך, מה שהיה למנוע את הזנים והבליטות בסליל הכפול שווטסון וקריק ידעו שלא יכולים להתקיים במציאות מולקולה.

ווטסון וקריק נימקו כי אם כל אחד מארבעת הבסיסים יכול לקשר רק עם בסיס אחד אחר, מולקולת ה- DNA יכולה להעתיק את עצמה במהירות במהלך השכפול. בפרסומם בשנת 1953 על ממצאיהם במגזין "טבע" הם כתבו "... אם ניתן רצף הבסיסים בשרשרת אחת, הרי שהרצף בשרשרת השנייה הוא באופן אוטומטי נחוש בדעתו." מודל הסליל הכפול של ווטסון וקריק ל- DNA השיק מהפכה מתמשכת במדעי החיים, ואחראי על אין ספור התקדמות בתחומי לימוד כאלה. כפי ש:

• גנטיקה
  
• רפואה
  
• ביולוגיה אבולוציונית