In 1953 losten twee wetenschappers, James Watson en Francis Crick, een monumentale puzzel op. Ze ontdekten de structuur van een molecuul genaamd deoxyribose-nucleïnezuur - of zoals de meeste mensen het weten - DNA. Bijna alle levende organismen, inclusief de mens, vertrouwen op DNA om genen te verpakken en te kopiëren. Terwijl wetenschappers dit voor 1953 vermoedden, wisten ze nog niet hoe DNA zichzelf kopieerde of erfelijkheidsinformatie verpakte. De sleutel tot het vermogen van DNA om zichzelf te delen en te kopiëren, was ook de sleutel tot de doorbraak van Watson en Crick: de ontdekking van basenparen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
James Watson en Francis Crick ontwikkelden modellen met behulp van kartonnen uitsnijdingen die hen hielpen bij het op een toevallige manier ontdekken van basenparen door middel van vallen en opstaan.
De structuur van DNA
Stel je het DNA-model met dubbele helix voor als een gedraaide ladder met een frame gemaakt van een verbinding die suiker-fosfaat wordt genoemd. De sporten van de ladder bestaan uit verbindingen die nucleotiden of basen worden genoemd. Er zijn vier basen in het DNA-molecuul: adenine, cytosine, guanine en thymine. In elke sport van de ladder binden twee van de vier nucleotiden zich aan elkaar met een waterstofbinding. Dit zijn de basenparen. De specifieke volgorde van basenparen in een DNA-molecuul is de oorzaak van verschillen in genetische eigenschappen.
Rosalind Franklin en de dubbele helix
Terwijl Watson en Crick de DNA-structuur bestudeerden, ontwikkelde een wetenschapper genaamd Rosalind Franklin een succesvolle methode voor het maken van röntgenfoto's van DNA. Haar afbeeldingen onthulden twee loodrechte lijnen die een kriskrasvorm in het midden van het molecuul creëerden. Toen Franklin haar functie bij King's College verliet, liet ze haar foto's achter bij een collega genaamd Maurice Wilkins. Kort daarna gaf Wilkins deze items aan Watson en Crick. Zodra Watson de foto's van Franklin zag, begreep hij dat de kriskrasvorm betekende dat het DNA-molecuul een dubbele helix moest zijn. Maar hun doorbraak was verre van compleet.
Een toevallige ontdekking van basenparen
Watson en Crick wisten dat DNA vier basen bevatte en dat ze op de een of andere manier met elkaar verbonden waren om de dubbele helixvorm te creëren. Toch worstelden ze om een model van DNA te conceptualiseren dat soepel en zonder spanningen was - een model dat biochemisch logisch was. Watson maakte kartonnen uitsnijdingen van de bases en besteedde tijd aan het herschikken ervan op een tafel om hem te helpen mogelijke structuren voor te stellen. Op een ochtend, terwijl hij de stukken bewoog, stuitte hij op een opstelling van basen die wel logisch was. Jaren later beschreef Crick dit cruciale moment als 'niet door logica, maar door serendipiteit'.
De onderzoekers realiseerden zich dat wanneer adenine en thymine zich met elkaar verbonden, ze een laddersport vormden die exact dezelfde lengte had als een sport gemaakt van een cytosine-guaninepaar. Als alle sporten uit een van die twee paren zouden bestaan, zouden ze allemaal even lang zijn, wat zou betekenen dat de spanningen en uitstulpingen in de dubbele helix te voorkomen waarvan Watson en Crick wisten dat ze niet in het echt konden bestaan molecuul.
DNA-replicatie
Watson en Crick redeneerden dat als elk van de vier basen zich maar met één andere base zou kunnen binden, het DNA-molecuul zichzelf tijdens replicatie snel zou kunnen kopiëren. In hun publicatie uit 1953 over hun bevindingen in het tijdschrift Nature schreven ze: "... als de volgorde van basen op de ene keten wordt gegeven, dan wordt de volgorde op de andere keten automatisch vastbesloten." Het dubbele helix-model van DNA van Watson en Crick heeft een voortdurende revolutie in de levenswetenschappen teweeggebracht en is verantwoordelijk voor ontelbare vorderingen op onderzoeksgebieden zoals net zo:
- genetica
- geneesmiddel
- evolutionaire biologie