Watson และ Crick กำหนดการจับคู่พื้นฐานอย่างไร?

ในปี 1953 นักวิทยาศาสตร์สองคนชื่อ James Watson และ Francis Crick ได้ไขปริศนาชิ้นใหญ่ พวกเขาค้นพบโครงสร้างของโมเลกุลที่เรียกว่ากรดนิวคลีอิกดีออกซีไรโบส หรืออย่างที่คนส่วนใหญ่รู้กันดีว่าดีเอ็นเอ สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมด รวมทั้งมนุษย์ อาศัย DNA ในการบรรจุและคัดลอกยีน ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์สงสัยสิ่งนี้ก่อนปี 1953 พวกเขายังไม่รู้ว่า DNA คัดลอกตัวเองหรือบรรจุข้อมูลพันธุกรรมอย่างไร กุญแจสู่ความสามารถในการแบ่งและคัดลอกตัวเองของ DNA ก็เป็นกุญแจสู่ความก้าวหน้าของวัตสันและคริก นั่นคือ การค้นพบคู่เบส

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

James Watson และ Francis Crick พัฒนาโมเดลโดยใช้กระดาษแข็งพิลึกที่ช่วยให้พวกเขาค้นพบคู่เบสโดยบังเอิญผ่านการลองผิดลองถูก

ลองนึกภาพแบบจำลองเกลียวคู่ของ DNA เป็นบันไดบิดที่มีโครงทำจากสารประกอบที่เรียกว่าน้ำตาลฟอสเฟต ขั้นบันไดประกอบด้วยสารประกอบที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์หรือเบส โมเลกุล DNA มี 4 เบส ได้แก่ อะดีนีน ไซโตซีน กัวนีน และไทมีน ในแต่ละขั้นของบันได นิวคลีโอไทด์ 2 ใน 4 ตัวจะจับกับพันธะไฮโดรเจน เหล่านี้เป็นคู่ฐาน ลำดับเฉพาะของคู่เบสในโมเลกุลดีเอ็นเอคือสิ่งที่อธิบายความแตกต่างในลักษณะทางพันธุกรรม

ขณะที่วัตสันและคริกศึกษาโครงสร้างดีเอ็นเอ นักวิทยาศาสตร์ชื่อโรซาลินด์ แฟรงคลินได้พัฒนาวิธีการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ของดีเอ็นเอที่ประสบความสำเร็จ ภาพของเธอเผยให้เห็นเส้นตั้งฉากสองเส้นที่สร้างรูปทรงกากบาทตรงกลางโมเลกุล เมื่อแฟรงคลินลาออกจากตำแหน่งที่คิงส์คอลเลจ เธอทิ้งรูปถ่ายไว้กับเพื่อนร่วมงานชื่อมอริซ วิลกินส์ ไม่นานหลังจากนั้น วิลกินส์ก็มอบสิ่งของเหล่านี้ให้วัตสันและคริก ทันทีที่วัตสันเห็นรูปถ่ายของแฟรงคลิน เขาเข้าใจว่ารูปทรงกากบาทหมายถึงโมเลกุลดีเอ็นเอต้องเป็นเกลียวคู่ แต่ความก้าวหน้าของพวกเขายังห่างไกลจากความสมบูรณ์

วัตสันและคริกรู้ดีว่าดีเอ็นเอประกอบด้วยเบส 4 เบส และเชื่อมติดกันด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเพื่อสร้างรูปทรงเกลียวคู่ ถึงกระนั้น พวกเขาก็ยังพยายามสร้างแนวคิดเกี่ยวกับแบบจำลองของ DNA ที่ราบรื่นและปราศจากสายพันธุ์ ซึ่งเป็นรูปแบบที่สมเหตุสมผลทางชีวเคมี วัตสันสร้างฐานจากกระดาษแข็งและใช้เวลาในการจัดเรียงใหม่บนโต๊ะเพื่อช่วยให้เขาจินตนาการถึงโครงสร้างที่เป็นไปได้ เช้าวันหนึ่ง เคลื่อนย้ายชิ้นส่วนไปรอบๆ เขาสะดุดกับการจัดวางฐานที่สมเหตุสมผล หลายปีต่อมา คริกอธิบายช่วงเวลาสำคัญนี้ว่าเกิดขึ้น “ไม่ใช่ด้วยเหตุผล แต่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ”

นักวิจัยตระหนักว่าเมื่ออะดีนีนและไทมีนเกาะติดกัน พวกมันจะสร้างบันไดที่มีความยาวเท่ากันกับขั้นที่สร้างจากคู่ไซโตซีน-กัวนีน ถ้าขั้นทั้งหมดประกอบด้วยหนึ่งในสองคู่นั้น พวกเขาทั้งหมดจะมีความยาวเท่ากัน ซึ่งจะ ป้องกันอาการตึงและนูนในเกลียวคู่ที่วัตสันและคริกรู้ว่าไม่มีอยู่จริง โมเลกุล

วัตสันและคริกให้เหตุผลว่าหากแต่ละเบสจากสี่เบสสามารถผูกมัดกับเบสอื่นได้เพียงเบสเดียว โมเลกุลดีเอ็นเอก็สามารถคัดลอกตัวเองได้อย่างรวดเร็วในระหว่างการจำลองแบบ ในสิ่งพิมพ์ของพวกเขาในปี 1953 เกี่ยวกับการค้นพบของพวกเขาในนิตยสาร Nature พวกเขาเขียนว่า “…ถ้าลำดับของฐานบนสายโซ่หนึ่งได้รับ ลำดับบนอีกสายหนึ่งจะเป็นไปโดยอัตโนมัติ ตั้งใจแน่วแน่” แบบจำลองดีเอ็นเอเกลียวคู่ของวัตสันและคริกได้ก่อให้เกิดการปฏิวัติอย่างต่อเนื่องในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต และมีหน้าที่รับผิดชอบความก้าวหน้านับไม่ถ้วนในด้านการศึกษาดังกล่าว เช่น:

• พันธุศาสตร์
  
• ยา
  
• ชีววิทยาวิวัฒนาการ