În 1953, doi oameni de știință numiți James Watson și Francis Crick au rezolvat un puzzle monumental. Au descoperit structura unei molecule numită acid nucleic deoxiriboză - sau așa cum știu majoritatea oamenilor - ADN. Aproape toate organismele vii, inclusiv oamenii, se bazează pe ADN pentru a ambala și copia genele. În timp ce oamenii de știință au suspectat acest lucru înainte de 1953, ei nu știau încă cum ADN-ul s-a copiat sau a împachetat informațiile despre ereditate. Cheia capacității ADN-ului de a se diviza și de a se copia a fost, de asemenea, cheia descoperirii lui Watson și Crick: descoperirea perechilor de baze.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
James Watson și Francis Crick au dezvoltat modele folosind decupaje din carton care le-au ajutat să descopere perechile de baze serendipit prin încercări și erori.
Structura ADN-ului
Imaginați-vă modelul ADN dublu helix ca pe o scară răsucită cu un cadru dintr-un compus numit zahăr-fosfat. Treptele scării sunt formate din compuși numiți nucleotide sau baze. Există patru baze în molecula ADN: adenină, citozină, guanină și timină. În fiecare treaptă a scării, două dintre cele patru nucleotide se leagă împreună cu o legătură de hidrogen. Acestea sunt perechile de baze. Secvența particulară a perechilor de baze dintr-o moleculă de ADN este cea care explică diferențele în trăsăturile genetice.
Rosalind Franklin și Helixul Dublu
În timp ce Watson și Crick au studiat structura ADN-ului, un om de știință pe nume Rosalind Franklin a dezvoltat o metodă de succes pentru realizarea fotografiilor cu raze X ale ADN-ului. Imaginile ei au dezvăluit două linii perpendiculare care creează o formă încrucișată în centrul moleculei. Când Franklin și-a părăsit poziția la King’s College, și-a lăsat fotografiile cu un coleg pe nume Maurice Wilkins. La scurt timp după aceea, Wilkins a dat aceste articole lui Watson și Crick. De îndată ce Watson a văzut fotografiile lui Franklin, a înțeles că forma încrucișată înseamnă că molecula de ADN trebuie să fie o dublă spirală. Dar descoperirea lor a fost departe de a fi completă.
O descoperire serendipită a asocierii bazelor
Watson și Crick știau că ADN-ul conținea patru baze și că s-au legat între ele într-un fel pentru a crea forma dublei spirale. Cu toate acestea, s-au străduit să conceptualizeze un model de ADN care să fie neted și fără tulpini - unul care avea sens biochimic. Watson a construit decupaje din carton ale bazelor și a petrecut timp rearanjându-le pe o masă pentru a-l ajuta să-și imagineze posibile structuri. Într-o dimineață, mișcând piesele, a dat peste un aranjament de baze care avea sens. Câțiva ani mai târziu, Crick a descris acest moment esențial ca fiind „nu prin logică, ci prin serendipitate”.
Cercetătorii și-au dat seama că, atunci când adenina și timina s-au legat între ele, au format un trepte de scară de aceeași lungime exactă ca un trepte format dintr-o pereche de citozină-guanină. Dacă toate treptele ar fi constituite dintr-una din cele două perechi, toate ar avea aceeași lungime, ceea ce ar fi preveni tulpinile și umflăturile din dubla helix pe care Watson și Crick știau că nu pot exista în real moleculă.
Replicarea ADN-ului
Watson și Crick au argumentat că, dacă fiecare dintre cele patru baze ar putea lega doar cu o altă bază, atunci molecula ADN ar putea să se copie singură rapid în timpul replicării. În publicația din 1953 despre descoperirile lor din revista Nature, ei scriau „... dacă se dă secvența bazelor pe un lanț, atunci secvența pe celălalt lanț este automat determinat." Modelul de ADN cu dublă helică a lui Watson și Crick a lansat o revoluție în curs de desfășurare în științele vieții și este responsabil pentru nenumărate progrese în domenii de studiu, cum ar fi la fel de:
- genetică
- medicament
- biologie evolutivă