Kto odkrył podwójną helisę DNA? Jamesa Deweya Watsona i Francisa Cricka. Biografia

Kto odkrył podwójną helisę DNA?  Jamesa Deweya Watsona i Francisa Cricka.  Biografia
Kto odkrył podwójną helisę DNA? Jamesa Deweya Watsona i Francisa Cricka. Biografia

Odkrycie podwójnej helisy DNA było jednym z kluczowych kamieni milowych w historii światowej biologii; To odkrycie zawdzięczamy duetowi Jamesa Watsona i Francisa Cricka. Pomimo tego, że Watson zyskał rozgłos dzięki pewnym wypowiedziom, po prostu nie da się przecenić wagi jego odkrycia.


James Dewey Watson – amerykański biolog molekularny, genetyk i zoolog; Najbardziej znany jest z udziału w odkryciu struktury DNA w 1953 roku. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Po pomyślnym ukończeniu uniwersytetów w Chicago i Indiana Watson spędził trochę czasu na badaniach chemicznych pod okiem biochemika Hermana Kalckara w Kopenhadze. Później przeniósł się do Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge, gdzie po raz pierwszy spotkał swojego przyszłego kolegę i towarzysza Francisa Cricka.



Watson i Crick wpadli na pomysł podwójnej helisy DNA w połowie marca 1953 roku, studiując dane zebrane przez Rosalind Franklin i Maurice'a Wilkinsa. dane eksperymentalne. Odkrycie ogłosił Sir Lawrence Bragg, dyrektor Laboratorium Cavendish; Stało się to na belgijskiej konferencji naukowej 8 kwietnia 1953 r. Prasa nie zauważyła jednak tego ważnego oświadczenia. 25 kwietnia 1953 roku w czasopiśmie naukowym Nature ukazał się artykuł o odkryciu. Inni naukowcy zajmujący się biologią i cała linia Laureaci Nagrody Nobla szybko docenili monumentalność odkrycia; niektórzy nazywali go nawet największym odkrycie naukowe XX wiek.


W 1962 roku Watson, Crick i Wilkins otrzymali za swoje odkrycie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Czwarta uczestniczka projektu, Rosalind Franklin, zmarła w 1958 roku i w rezultacie nie mogła już kwalifikować się do nagrody. Za swoje odkrycie Watson otrzymał także pomnik w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku; ponieważ takie pomniki wznoszone są wyłącznie na cześć amerykańskich naukowców, Crick i Wilkins pozostali bez pomników.

Watson nadal uważany jest za jednego z najwybitniejszych naukowców w historii; jednak wiele osób otwarcie nie lubiło go jako osoby. James Watson był kilkakrotnie zamieszany w dość głośne skandale; jedno z nich było bezpośrednio związane z jego pracą – faktem jest, że pracując nad modelem DNA Watson i Crick wykorzystali dane uzyskane przez Rosalind Franklin bez jej zgody. Naukowcy dość aktywnie współpracowali z partnerem Franklina, Wilkinsem; Całkiem możliwe, że sama Rosalind do końca życia nie zdawała sobie sprawy, jak ważne są jej eksperymenty w zrozumieniu struktury DNA.


Od 1956 do 1976 Watson pracował na wydziale biologii Harvardu; W tym okresie interesował się głównie biologią molekularną.

W 1968 Watson otrzymał stanowisko dyrektora Cold Spring Harbor Laboratory na Long Island w stanie Nowy Jork; Dzięki jego wysiłkom jakość pracy badawczej w laboratorium znacznie wzrosła, a finansowanie uległo zauważalnej poprawie. Sam Watson był w tym okresie głównie zaangażowany w badania nad rakiem; Po drodze uczynił kontrolowane przez siebie laboratorium jednym z najlepszych ośrodków biologii molekularnej na świecie.

Watson został prezydentem w 1994 r Centrum Badań, w 2004 r. – rektor; w 2007 r. odszedł ze stanowiska po wygłoszeniu dość niepopularnych stwierdzeń o istnieniu związku pomiędzy poziomem inteligencji a pochodzeniem.

W latach 1988–1992 Watson aktywnie współpracował z Narodowymi Instytutami Zdrowia, pomagając w opracowaniu projektu poznania ludzkiego genomu.

Watson był również znany z jawnie prowokacyjnych i często obraźliwych komentarzy na temat swoich kolegów; w swoich przemówieniach (po jej śmierci) mówił m.in. o Franklin. Szereg jego wypowiedzi można odebrać jako ataki na homoseksualistów i osoby otyłe.

Krzycz Frances Harry Compton Krzycz Frances Harry Compton

(Crick) (ur. 1916), angielski biofizyk i genetyk. W 1953 roku wraz z J. Watsonem stworzył model budowy DNA (podwójna helisa), który pozwolił wyjaśnić wiele jego właściwości i funkcji biologicznych oraz położył podwaliny pod genetykę molekularną. Pracuje nad rozszyfrowaniem kodu genetycznego. Nagroda Nobla (1962, wspólnie z J. Watsonem i M. Wilkinsem).

PŁACZ Francis Harry Compton

CRICK (Crick) Francis Harry Compton (8 czerwca 1916, Northampton, Wielka Brytania - 30 lipca 2004, San Diego, USA), angielski biofizyk i genetyk. Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny (1962, wspólnie z J. Watsonem i M. Wilkinsem (cm. WILKINS Maurice)).
Urodzony w rodzinie odnoszącego sukcesy producenta obuwia. Po przeprowadzce rodziny do Londynu studiował w Mill Hill School, gdzie zademonstrowano jego zdolności z fizyki, chemii i matematyki. W 1937 roku, po ukończeniu Oxford University College, uzyskał tytuł licencjata. nauki przyrodnicze, po obronie pracy magisterskiej na temat lepkości wody w wysokich temperaturach.
Już w czasie II wojny światowej w 1939 roku rozpoczął pracę w laboratorium badawczym Departamentu Marynarki Wojennej, zajmując się minami głębinowymi. Pod koniec wojny, kontynuując pracę na tym wydziale, zapoznałem się z książką wybitnego austriackiego naukowca E. Schrödingera (cm. SCHRÖDINGERA Erwina)"Czym jest życie? Fizyczne aspekty żywej komórki” (1944), w którym z perspektywy fizyki i chemii wyjaśniono zdarzenia czasoprzestrzenne zachodzące w żywym organizmie. Idee przedstawione w książce wywarły tak duży wpływ na Cricka, że ​​zamierzając studiować fizykę cząstek elementarnych, przeszedł na biologię. Otrzymawszy stypendium Medical Research Council Fellowship, Crick rozpoczął pracę w Strangeway Laboratory w Cambridge w 1947 roku, gdzie studiował biologię, chemię organiczną i techniki dyfrakcji promieni rentgenowskich stosowane do określania struktury przestrzennej cząsteczek. Jego wiedza z biologii znacznie się poszerzyła po przeprowadzce w 1949 roku do słynnego Cavendish Laboratory w Cambridge – jednego ze światowych ośrodków biologii molekularnej, gdzie pod kierunkiem wybitnego biochemika M. Perutza (cm. PERUTZ Maks Ferdynand) Crick badał strukturę molekularną białek. Próbował znaleźć chemiczne podstawy genetyki, które jego zdaniem mogą być zawarte w kwasie dezoksyrybonukleinowym (cm. KWASY DEOKSYRYBONUKLEINOWE)(DNA).
W tym samym okresie inni naukowcy pracowali w tej samej dziedzinie w tym samym czasie co Crick. W 1950 r. amerykański biolog E. Chargaff (cm. CHARGAFF Erwin) z Columbia University doszedł do wniosku, że DNA zawiera równe ilości czterech zasad azotowych – adeniny (cm. ADENINA), Timina (cm. CZAS), guanina (cm. GUANINA) i cytozyna (cm. Cytozyna). Angielscy koledzy Cricka M. Wilkinsa (cm. WILKINS Maurice) i R. Franklin z King's College na Uniwersytecie Londyńskim przeprowadzili badania dyfrakcji rentgenowskiej cząsteczek DNA.
W 1951 roku Crick rozpoczął wspólne badania z młodym amerykańskim biologiem J. Watsonem (cm. WATSON James Dewey) w laboratorium Cavendisha. Opierając się na wczesnych pracach Chargaffa, Wilkinsa i Franklina, Crick i Watson spędzili dwa lata na opracowywaniu struktury przestrzennej cząsteczki DNA i skonstruowali jej model z koralików, kawałków drutu i tektury. Według ich modelu DNA jest podwójną helisą, składającą się z dwóch łańcuchów monosacharydu i fosforanu połączonych parami zasad w helisie, z adeniną połączoną z tyminą i guaniną z cytozyną oraz zasadami ze sobą wiązaniami wodorowymi. Model Watsona-Cricka pozwolił innym badaczom wyraźnie zwizualizować proces syntezy DNA. Dwie nici cząsteczki zostają rozdzielone w miejscach wiązań wodorowych, na przykład podczas otwierania zamka błyskawicznego, po czym na każdej połówce starej cząsteczki DNA syntetyzowana jest nowa. Sekwencja zasad działa jako szablon lub szablon dla nowej cząsteczki.
W 1953 roku ukończyli tworzenie modelu DNA, a Crick uzyskał stopień doktora w Cambridge po obronie pracy magisterskiej na temat analizy dyfrakcji rentgenowskiej struktury białek. W 1954 roku zajął się rozszyfrowaniem kodu genetycznego. Początkowo teoretyk, Crick zaczął wraz z S. Brennerem badać mutacje genetyczne w bakteriofagach – wirusach infekujących komórki bakteryjne.
Do 1961 roku odkryto trzy rodzaje rybo Kwas nukleinowy (cm. KWASY RYBONUKULEINOWE)(RNA): przekaźnikowy, rybosomalny i transportowy. Crick i jego współpracownicy zaproponowali sposób odczytania kodu genetycznego. Według teorii Cricka informacyjny RNA otrzymuje informację genetyczną z DNA w jądrze komórkowym i przekazuje ją do rybosomów, miejsc syntezy białek w cytoplazmie komórki. Transfer RNA przenosi aminokwasy do rybosomów. Komunikator i rybosomalny RNA, oddziałując ze sobą, zapewniają połączenie aminokwasów w celu utworzenia cząsteczek białka prawidłowa kolejność. Kod genetyczny składa się z trójek zasad azotowych w DNA i RNA dla każdego z 20 aminokwasów. Geny składają się z wielu podstawowych trójek, które Crick nazwał kodonami. (cm. KODON), są takie same u różnych gatunków.
W 1962 roku Crick, Wilkins i Watson otrzymali Nagrodę Nobla „za odkrycia dotyczące struktury molekularnej kwasów nukleinowych i ich znaczenia dla przekazywania informacji w układach żywych”. W roku otrzymania Nagrody Nobla Crick został kierownikiem laboratorium biologicznego na Uniwersytecie w Cambridge i zagranicznym członkiem Rady Instytutu Salk w San Diego (Kalifornia). W 1977 roku, po przeprowadzce do San Diego, Crick zajął się badaniami z zakresu neurobiologii, w szczególności nad mechanizmami widzenia i snów.
W swojej książce „Życie takie, jakie jest: jego pochodzenie i natura” (1981) naukowiec zauważył zadziwiające podobieństwo wszystkich form życia. Powołując się na odkrycia z zakresu biologii molekularnej, paleontologii i kosmologii, zasugerował, że życie na Ziemi mogło powstać z mikroorganizmów rozproszonych w przestrzeni kosmicznej z innej planety. On i jego kolega L. Orgel nazwali tę teorię „bezpośrednią panspermią”.
Crick żył długo i zmarł w wieku 88 lat. W ciągu swojego życia Crick otrzymał wiele nagród i wyróżnień (Nagroda S. L. Mayera Francuskiej Akademii Nauk, 1961; nagroda naukowa Amerykańskie Towarzystwo Poszukiwawcze, 1962; Medal Królewski, 1972; Medale J. Copleya (cm. COPLEY Johna Singletona) Towarzystwo Królewskie, 1976).


słownik encyklopedyczny . 2009 .

Zobacz, co „Krzyk Frances Harry Compton” znajduje się w innych słownikach:

    Crick (Crick) Francis Harry Compton (ur. 8.6.1916, Northampton), angielski fizyk, specjalista w dziedzinie biologii molekularnej, członek Royal Society of London (1959), członek honorowy Amerykańskiej Akademii Nauk i Sztuk ( 1962). Od 1937 roku, po ukończeniu... ...

    - (Crick, Francis Harry Compton) (ur. 1916), angielski biofizyk, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1962 r. (wraz z J. Watsonem i M. Wilkinsem) za odkrycie struktury molekularnej DNA. Urodzony 8 czerwca 1916 w Northampton.... ... Encyklopedia Colliera

    - (ur. 1916) Angielski biofizyk i genetyk. W 1953 roku wraz z J. Watsonem stworzył model budowy DNA (podwójna helisa), który pozwolił wyjaśnić wiele jego właściwości i funkcji biologicznych oraz położył podwaliny pod genetykę molekularną. Działa na... ... Wielki słownik encyklopedyczny

    - (crick) Francis Harry Compton (ur. 1916), angielski biofizyk i genetyk. Stworzył (1953 wraz z J. Watsonem) przestrzenny model struktury DNA (podwójna helisa), który wyjaśnił, w jaki sposób można zapisać informację genetyczną... ... Biologiczny słownik encyklopedyczny

    Creek F.H.K.- CRICK (Crick) Francis Harry Compton (ur. 1916), angielski. biofizyk i genetyk. W 1953 wspólnie wraz z J. Watsonem stworzyli model budowy DNA (podwójna helisa), który pozwolił wyjaśnić wiele jego właściwości i biologii. funkcjonował i położył podwaliny pod molo. genetyka. Tr. Przez… … Słownik biograficzny

    I (Crick) Francis Harry Compton (ur. 08.06.1916 w Northampton), angielski fizyk, specjalista w dziedzinie biologii molekularnej, członek Royal Society of London (1959), członek honorowy Amerykańskiej Akademii Nauk i Sztuka (1962). Od 1937 do... ... Wielka encyklopedia radziecka

    W Wielkiej Brytanii założony w 1209 roku. Jeden z najstarszych uniwersytetów w Europie, ważny ośrodek naukowy. W 1996 r. studiowało tam ponad 14,5 tys. studentów. * * * UNIWERSYTET W CAMBRIDGE UNIWERSYTET W CAMBRIDGE, Wielka Brytania, założony w 1209 roku; jeden z najstarszych... ... słownik encyklopedyczny

    - (ur. 1916), angielski biofizyk. Po raz pierwszy uzyskał wysokiej jakości zdjęcia rentgenowskie cząsteczki DNA, co przyczyniło się do ustalenia jej struktury (podwójna helisa). Nagroda Nobla (1962, wspólnie z F. Crickiem i J. Watsonem). * * * WILKINS Maurice... ... słownik encyklopedyczny

    - (Watson) (ur. 1928), amerykański biochemik, zagraniczny członek Rosyjskiej Akademii Nauk (1988). W 1953 roku wraz z F. Crickiem zaproponował model struktury przestrzennej DNA (podwójna helisa), który pozwolił wyjaśnić wiele jego właściwości i funkcji biologicznych.… … słownik encyklopedyczny

    GEN (z greckiego rodzaju genos, pochodzenie), odcinek genomowej cząsteczki kwasu nukleinowego, charakteryzujący się specyficzną dla niego sekwencją nukleotydów, reprezentujący jednostkę funkcji odmienną od funkcji innych genów i zdolną... ... słownik encyklopedyczny

Odkrycie istnienia zduplikowanej helisy DNA okazało się punktem zwrotnym w biologii. Stworzyli go Anglik Francis Crick i Amerykanin James Watson. W 1962 roku naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla.

Są uważane za jedne z najbardziej mądrzy ludzie na planecie. Crick dokonał wielu odkryć w różne obszary, nie ograniczając się do genetyki. Watson zyskał rozgłos wieloma wypowiedziami, ale to charakteryzuje go bardziej jako osobę niezwykłą.

Dzieciństwo

Francis Crick urodził się w 1916 roku w Northampton w Anglii. Jego ojciec był odnoszącym sukcesy biznesmenem i właścicielem fabryki obuwia. Poszedł do zwykłego Liceum. Po wojnie dochody rodziny znacznie spadły, głowa rodziny zdecydowała się przenieść do Londynu. Francis jest absolwentem Mill Hill School, gdzie interesował się matematyką, fizyką i chemią. Później studiował na University College London i uzyskał tytuł licencjata w dziedzinie nauk ścisłych.

Wtedy na innym kontynencie urodził się jego przyszły kolega, James Watson. Od dzieciństwa różnił się od zwykłych dzieci; już wtedy przewidywano, że James będzie miał świetlaną przyszłość. Urodził się w Chicago w 1928 r. Rodzice otoczyli go miłością i radością.

Nauczycielka w pierwszej klasie zauważyła, że ​​jego inteligencja jest nieadekwatna do wieku. Po 3 klasie wziął udział w quiz intelektualny dla dzieci w radiu. Watson pokazał niesamowite zdolności. Później został zaproszony na czteroletni Uniwersytet w Chicago, gdzie zainteresował się ornitologią. Mając tytuł licencjata, młody człowiek postanawia kontynuować naukę na Uniwersytecie Bloomington w stanie Indiana.

Zainteresowanie nauką

Na Uniwersytecie Indiana Watson studiuje genetykę i zwraca na siebie uwagę biologa Salvadora Laurii i genialnego genetyka J. Moellera. Współpraca zaowocowała rozprawą doktorską na temat wpływu promieni rentgenowskich na bakterie i wirusy. Po znakomitej obronie James Watson został doktorem nauk ścisłych.

Dalsze badania nad bakteriofagami będą prowadzone w odległej Danii – na Uniwersytecie w Kopenhadze. Naukowiec aktywnie pracuje nad stworzeniem modelu DNA i badaniem jego właściwości. Jego współpracownikiem jest utalentowany biochemik Herman Kalkar. Jednak fatalne spotkanie z Francisem Crickiem odbędzie się na Uniwersytecie w Cambridge. Początkujący naukowiec Watson, który ma zaledwie 23 lata, zaprasza Francisa do swojego laboratorium pracować razem.


Przed II wojną światową Crick badał lepkość wody w różnych stanach. Później musiał pracować w Departamencie Marynarki Wojennej - rozwijając kopalnie. Punktem zwrotnym będzie lektura książki E. Schrödingera. Pomysły autora popchnęły Francisa do studiowania biologii. Od 1947 roku pracował w laboratorium w Cambridge, zajmując się dyfrakcją promieni rentgenowskich, chemią organiczną i biologią. Jej liderem był Max Perutz, który bada strukturę białek. Crick zaczyna interesować się definiowaniem podstawa chemiczna kod genetyczny.

Dekodowanie DNA

Wiosną 1951 roku odbyło się sympozjum w Neapolu, gdzie James spotkał się z angielskim naukowcem Maurice'em Wilkinsem i badaczką Rosalyn Franklin, którzy również prowadzili analizę DNA. Ustalili, że budowa celi przypomina spiralne schody – ma kształt podwójnej spirali. Dane eksperymentalne skłoniły Watsona i Cricka do przeprowadzenia dalszych badań. Postanawiają określić skład kwasów nukleinowych i ubiegają się o niezbędne fundusze – grant od Krajowego Towarzystwa Badań nad Paraliżem Dziecięcym.


Jamesa Watsona

W 1953 roku poinformowali świat o budowie DNA i zaprezentowali gotowy model cząsteczki.

Już za 8 miesięcy dwóch genialnych naukowców podsumuje wyniki swoich eksperymentów z dostępnymi danymi. Za miesiąc z kulek i kartonu powstanie trójwymiarowy model DNA.

Odkrycie zostało ogłoszone 8 kwietnia przez Lawrence'a Bragga, dyrektora Cavendish Laboratory, na belgijskiej konferencji. Jednak znaczenie odkrycia nie zostało od razu docenione. Dopiero 25 kwietnia, po opublikowaniu artykułu w czasopiśmie naukowym Nature, biolodzy i inni laureaci naprawdę docenili wartość nowej wiedzy. Wydarzenie to zostało przypisane największe odkrycie wiek.

W 1962 roku Anglicy Wilkins i Crick oraz Amerykanin Watson zostali nominowani do Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny. Niestety Rosalind Franklin zmarła 4 lata temu i nie znalazła się wśród pretendentek. Wybuchł z tego powodu ogromny skandal, gdyż modelka wykorzystała dane z eksperymentów Franklina, choć nie wyraziła na to oficjalnego pozwolenia. Crick i Watson blisko współpracowali ze swoim partnerem Wilkinsem, a sama Rosalind do końca życia przekonała się o znaczeniu swoich eksperymentów dla medycyny.

W Nowym Jorku wzniesiono pomnik Watsona za jego odkrycie. Wilkins i Crick nie dostąpili tego zaszczytu, ponieważ nie mieli obywatelstwa amerykańskiego.

Kariera

Po odkryciu struktury DNA Watson i Crick rozeszli się. James został starszym członkiem wydziału biologii Uniwersytetu Kalifornijskiego, a później profesorem. W 1969 roku zaproponowano mu kierowanie Laboratorium Biologii Molekularnej na Long Island. Naukowiec odmawia pracy na Harvardzie, gdzie pracuje od 1956 roku. Resztę życia poświęci neurobiologii, badając wpływ wirusów i DNA na nowotwory. Pod kierownictwem naukowca laboratorium osiągnęło nowy poziom jakości badań, a jego finansowanie znacznie wzrosło. Gold Spring Harbor stało się wiodącym na świecie ośrodkiem badań biologii molekularnej. W latach 1988–1992 Watson był aktywnie zaangażowany w szereg projektów mających na celu badanie ludzkiego genomu.

Po międzynarodowym uznaniu Crick został kierownikiem laboratorium biologicznego w Cambridge. W 1977 przeniósł się do San Diego w Kalifornii, aby badać mechanizmy snów i widzenia.

Franciszka Creka

W 1983 roku wraz z matematykiem Gr. Mitchison, zasugerował: sny to zdolność mózgu do uwolnienia się od bezużytecznych i nadmiernych skojarzeń, które narosły w ciągu dnia. Naukowcy nazwali sny sposobem zapobiegania przeciążeniu układu nerwowego.

W 1981 roku ukazała się książka Francisa Cricka „Życie takie, jakie jest: jego pochodzenie i natura”, w której autor spekuluje na temat pochodzenia życia na Ziemi. Według jego wersji pierwszymi mieszkańcami planety były mikroorganizmy z innych obiektów kosmicznych. To wyjaśnia podobieństwo kodu genetycznego wszystkich żywych obiektów. Naukowiec zmarł w 2004 roku na onkologię. Został poddany kremacji, a jego prochy rozsypano Pacyfik.


Franciszka Creka

W 2004 roku Watson został rektorem, jednak w 2007 roku musiał zrezygnować z tego stanowiska ze względu na wypowiadanie się na temat genetycznego związku pomiędzy pochodzeniem (rasą) a poziomem inteligencji. Naukowcy uwielbiają prowokacyjnie i obraźliwie komentować pracę swoich kolegów, a Franklin nie był wyjątkiem. Niektóre wypowiedzi zostały odebrane jako ataki na osoby otyłe i homoseksualistów.

W 2007 roku Watson wydał swoją autobiografię „Unikaj nudy”. W 2008 roku wygłosił wykład publiczny na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym. Watson nazywany jest pierwszą osobą z całkowicie rozszyfrowanym genomem. Naukowiec pracuje obecnie nad znalezieniem genów odpowiedzialnych za choroby psychiczne.

Crick i Watson otworzyli nowe możliwości rozwoju medycyny. Przeceniaj ich znaczenie działalność naukowa niemożliwe.

Przydatność i rzetelność informacji jest dla nas ważna. Jeśli znajdziesz błąd lub nieścisłość, daj nam znać. Zaznacz błąd i naciśnij skrót klawiaturowy Ctrl+Enter .

Crick Frances Harry Compton był jednym z dwóch biologów molekularnych, którzy rozwiązali zagadkę struktury nośnika Informacja genetyczna(DNA), kładąc w ten sposób podwaliny pod współczesną biologię molekularną. Od czasu tego fundamentalnego odkrycia wniósł znaczący wkład w zrozumienie kodu genetycznego i funkcji genów, a także w neurobiologię. Podzielił się Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny w 1962 r. z Jamesem Watsonem i Maurice'em Wilkinsem za wyjaśnienie struktury DNA.

Francis Crick: biografia

Starszy z dwóch synów, Francis, urodził się 8 czerwca 1916 roku w Northampton w Anglii jako syn Harry'ego Cricka i Elizabeth Ann Wilkins. Uczył się w miejscowym gimnazjum i już w młodym wieku zainteresował się eksperymentami, którym często towarzyszyły eksplozje chemiczne. W szkole zdobył nagrodę za zrywanie polnych kwiatów. Ponadto miał obsesję na punkcie tenisa, ale nie interesował się zbytnio innymi grami i sportami. W wieku 14 lat Francis otrzymał stypendium w Mill Hill School w północnym Londynie. Cztery lata później, w wieku 18 lat, wstąpił do University College. Zanim osiągnął pełnoletność, jego rodzice przenieśli się z Northampton do Mill Hill, pozwalając Francisowi mieszkać w domu podczas studiów. Studia z fizyki ukończył z wyróżnieniem.

Po studiach licencjackich Francis Crick pod kierunkiem da Costa Andrade w University College badał lepkość wody pod ciśnieniem i w wysokich temperaturach. W 1940 roku Franciszek otrzymał stanowisko cywilne w Admiralicji, gdzie pracował nad projektowaniem min przeciwokrętowych. Na początku tego roku Crick poślubił Ruth Doreen Dodd. Ich syn Michael urodził się podczas nalotu na Londyn 25 listopada 1940 r. Pod koniec wojny Francis został przydzielony do wywiadu naukowego w siedzibie Admiralicji Brytyjskiej w Whitehall, gdzie pracował nad rozwojem broni.

Na granicy żywych i nieożywionych

Zrozumienie, czego będzie potrzebował dodatkowa edukacja aby zaspokoić Twoją chęć zaangażowania badania podstawowe, Crick postanowił popracować Stopień naukowy. Według niego fascynowały go dwa obszary biologii – granica między żywymi i nieożywionymi oraz aktywność mózgu. Crick wybrał pierwszą opcję, mimo że niewiele wiedział na ten temat. Po wstępnych badaniach w University College w 1947 roku zdecydował się na program w laboratorium w Cambridge pod kierunkiem Arthura Hughesa, aby pracować nad właściwości fizyczne cytoplazma hodowli fibroblastów kurczaka.

Dwa lata później Crick dołączył do grupy Medical Research Council w Cavendish Laboratory. Byli wśród nich brytyjscy naukowcy Max Perutz i John Kendrew (future Laureaci Nobla). Francis rozpoczął z nimi współpracę, rzekomo w celu zbadania struktury białek, ale w rzeczywistości współpracował z Watsonem nad rozwikłaniem struktury DNA.

Podwójna helisa

Francis Crick rozwiódł się z Doreen w 1947 r., a w 1949 r. poślubił Odile Speed, studentkę kierunków artystycznych, którą poznał, gdy służyła w marynarce wojennej, podczas jego służby w Admiralicji. Ich małżeństwo zbiegło się z początkiem jego pracy doktorskiej na temat dyfrakcji rentgenowskiej białek. Jest to metoda badania struktury krystalicznej cząsteczek, pozwalająca na określenie elementów ich trójwymiarowej struktury.

W 1941 roku Laboratorium Cavendish było kierowane przez Sir Williama Lawrence'a Bragga, który czterdzieści lat wcześniej był pionierem dyfrakcji promieni rentgenowskich. W 1951 roku do Cricka dołączył James Watson, odwiedzający go Amerykanin, który studiował pod okiem włoskiego lekarza Salvadora Edwarda Lurii i był częścią grupy fizyków badających wirusy bakteryjne zwane bakteriofagami.

Podobnie jak jego koledzy, Watson był zainteresowany odkrywaniem składu genów i uważał, że odkrycie struktury DNA jest najbardziej obiecującym rozwiązaniem. Nieformalne partnerstwo Cricka i Watsona rozwinęło się dzięki podobnym ambicjom i podobnym procesom myślowym. Ich doświadczenia uzupełniały się. Zanim się spotkali, Crick wiedział dużo o dyfrakcji promieni rentgenowskich i strukturze białek, a Watson był dobrze zaznajomiony z bakteriofagami i genetyką bakterii.

Dane Franklina

Francisa Cricka i byli świadomi prac biochemików Maurice'a Wilkinsa i King's College London, którzy wykorzystali dyfrakcję promieni rentgenowskich do badania struktury DNA. W szczególności Crick zachęcał grupę londyńską do budowania modeli podobnych do tych wykonanych w Stanach Zjednoczonych w celu rozwiązania problemu helisy alfa białka. Pauling, ojciec koncepcji wiązań chemicznych, wykazał, że białka mają strukturę trójwymiarową i nie są po prostu liniowymi łańcuchami aminokwasów.

Wilkins i Franklin, działając niezależnie, woleli bardziej przemyślane podejście eksperymentalne od teoretycznej metody modelowania Paulinga, której przestrzegał Francis. Ponieważ grupa w King's College nie odpowiedziała na ich propozycje, Crick i Watson poświęcili część dwuletniego okresu na dyskusje i spekulacje. Na początku 1953 roku rozpoczęli budowę modeli DNA.

Struktura DNA

Korzystając z danych dyfrakcji promieni rentgenowskich Franklina oraz metodą wielu prób i błędów, stworzyli model cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego, który był zgodny z odkryciami grupy londyńskiej i danymi biochemika Erwina Chargaffa. W 1950 roku ten ostatni wykazał, że względne ilości czterech nukleotydów tworzących DNA podlegają pewnym zasadom, z których jedną jest zgodność ilości adeniny (A) z ilością tyminy (T) i ilością guaniny ( G) do ilości cytozyny (C). Ta zależność sugeruje połączenie A i T oraz G i C, obalając pogląd, że DNA to nic innego jak tetranukleotyd, czyli prosta cząsteczka składająca się ze wszystkich czterech zasad.

Wiosną i latem 1953 roku Watson i Crick napisali cztery artykuły na temat struktury i domniemanych funkcji kwasu dezoksyrybonukleinowego, z których pierwsza ukazała się 25 kwietnia w czasopiśmie Nature. Publikacjom towarzyszyły prace Wilkinsa, Franklina i ich współpracowników, którzy przedstawili dowody eksperymentalne modelu. Watson wygrał los i na pierwszym miejscu postawił swoje nazwisko, łącząc w ten sposób na zawsze fundamentalne osiągnięcie naukowe z parą Watson Creek.

Kod genetyczny

W ciągu następnych kilku lat Francis Crick badał związek między DNA, a jego współpraca z Vernonem Ingramem doprowadziła do wykazania w 1956 r., że skład hemoglobiny sierpowatokrwinkowej różni się o jeden aminokwas od normalnej hemoglobiny. Badanie dostarczyło dowodów na to, że choroby genetyczne mogą być powiązane ze stosunkiem DNA do białka.

Mniej więcej w tym czasie południowoafrykański genetyk i biolog molekularny Sydney Brenner dołączył do Cricka w Cavendish Laboratory. Zaczęli zajmować się „problemem kodowania” – określeniem, w jaki sposób sekwencja zasad DNA tworzy sekwencję aminokwasów w białku. Praca została po raz pierwszy zaprezentowana w 1957 roku pod tytułem „O syntezie białek”. Crick sformułował w nim podstawowy postulat biologii molekularnej, zgodnie z którym informacja przekazana białku nie może zostać zwrócona. Przewidział mechanizm syntezy białek poprzez przenoszenie informacji z DNA na RNA i z RNA na białko.

Instytut Salka

W 1976 roku, będąc na urlopie, Crickowi zaproponowano stałą pracę w Instytucie Studiów Biologicznych Salka w La Jolla w Kalifornii. Zgodził się i do końca życia pracował w Instytucie Salka, w tym także na stanowisku dyrektora. Tutaj Crick zaczął badać funkcjonowanie mózgu, co interesowało go od początku jego kariery naukowej. Zajmował się głównie świadomością i próbował podejść do tego problemu poprzez badanie wzroku. Crick opublikował kilka prac spekulatywnych na temat mechanizmów snów i uwagi, ale – jak napisał w swojej autobiografii – nie stworzył jeszcze żadnej teorii, która byłaby zarówno nowa, jak i przekonująco wyjaśniająca wiele faktów eksperymentalnych.

Ciekawym epizodem działalności w Instytucie Salka było rozwinięcie jego idei „ukierunkowanej panspermii”. Wspólnie z Leslie Orgelem opublikował książkę, w której sugerował, że w powietrzu unoszą się drobnoustroje przestrzeń kosmiczna aby w końcu dotrzeć na Ziemię i ją zasiać, oraz że stało się to w wyniku działań "kogoś". W ten sposób Francis Crick obalił teorię kreacjonizmu, pokazując, w jaki sposób można prezentować idee spekulatywne.

Nagrody Naukowca

W trakcie swojej kariery energicznego teoretyka współczesnej biologii Francis Crick zbierał, udoskonalał i syntetyzował prace eksperymentalne innych i wyciągnął swoje niezwykłe wnioski do rozwiązania podstawowych problemów nauki. Jego niezwykłe wysiłki przyniosły mu wiele nagród oprócz Nagrody Nobla. Należą do nich Nagroda Laskera, Nagroda Charlesa Mayera Francuskiej Akademii Nauk i Medal Copleya Towarzystwa Królewskiego. W 1991 roku został odznaczony Orderem Zasługi.

Crick zmarł 28 lipca 2004 roku w San Diego w wieku 88 lat. W 2016 roku w północnym Londynie powstał Instytut Francisa Cricka. Budynek o wartości 660 milionów funtów stał się... największy ośrodek badań biomedycznych w Europie.

Podwójna helisa DNA ma 50 lat!

W sobotę 28 lutego 1953 roku dwóch młodych naukowców, J. Watson i F. Crick, w małej restauracji Orzeł w Cambridge ogłosili zgromadzonym przy obiedzie, że odkryli tajemnicę życia. Wiele lat później Odile, żona F. Cricka, powiedziała, że ​​ona oczywiście mu nie wierzyła: kiedy wracał do domu, często stwierdzał coś takiego, ale potem okazało się, że to pomyłka. Tym razem nie było pomyłki i od tego stwierdzenia rozpoczęła się rewolucja w biologii, która trwa do dziś.

25 kwietnia 1953 w czasopiśmie Natura ukazały się trzy artykuły na temat struktury kwasów nukleinowych. W jednej z nich, napisanej przez J. Watsona i F. Cricka, zaproponowano strukturę cząsteczki DNA w postaci podwójnej helisy. Dwie pozostałe, napisane przez M. Wilkinsa, A. Stokesa, G. Wilsona, R. Franklina i R. Goslinga, przedstawiły dane eksperymentalne potwierdzające helikalną strukturę cząsteczek DNA. Historia odkrycia podwójnej helisy DNA przypomina powieść przygodową i zasługuje na choć krótkie streszczenie.

Najważniejsze idee dotyczące chemicznej natury genów i matrycowej zasady ich reprodukcji zostały po raz pierwszy jasno sformułowane w 1927 r. przez N.K. Kołcow (1872–1940). Jego uczeń N.V. Timofeev-Resovsky (1900–1981) przyjął te idee i rozwinął je jako zasadę konwariantnej reduplikacji materiału genetycznego. Niemiecki fizyk Max Delbrück (1906–1981; Nagroda Nobla 1969), działający w połowie lat trzydziestych XX wieku. w Instytucie Chemii Cesarza Wilhelma w Berlinie pod wpływem Timofiejewa-Resowskiego tak zainteresował się biologią, że porzucił fizykę i został biologiem.

Biolodzy przez długi czas, w pełnej zgodzie z definicją życia Engelsa, wierzyli, że substancją dziedziczną są jakieś specjalne białka. Nikt nie przypuszczał, że kwasy nukleinowe mogą mieć cokolwiek wspólnego z genami – wydawały się one zbyt proste. Trwało to do 1944 roku, kiedy dokonano odkrycia, które radykalnie zmieniło cały dalszy rozwój biologii.

W tym roku ukazał się artykuł Oswalda Avery'ego, Colina McLeoda i McLeana McCarthy'ego pokazujący, że u pneumokoków właściwości dziedziczne są przenoszone z jednej bakterii na drugą za pomocą czystego DNA, tj. DNA jest istotą dziedziczności. Następnie McCarthy i Avery wykazali, że traktowanie DNA enzymem trawiącym DNA (DNazą) powoduje utratę jego właściwości genowych. Nadal nie jest jasne, dlaczego odkrycie to nie zostało nagrodzone Nagrodą Nobla.

Krótko wcześniej, w 1940 r., L. Pauling (1901–1994; nagrody Nobla 1954 i 1962) oraz M. Delbrück opracowali koncepcję komplementarności molekularnej w reakcjach antygen-przeciwciało. W tych samych latach Pauling i R. Corey wykazali, że łańcuchy polipeptydowe mogą tworzyć struktury helikalne, a nieco później, w 1951 r., Pauling opracował teorię, która umożliwiła przewidzenie typów wzorów rentgenowskich dla różnych struktur helikalnych.

Po odkryciu Avery'ego i wsp., choć nie przekonało to zwolenników teorii genu białka, stało się jasne, że konieczne jest określenie struktury DNA. Wśród tych, którzy zrozumieli znaczenie DNA dla biologii, rozpoczął się wyścig o wyniki, któremu towarzyszyła zacięta rywalizacja.

Aparat rentgenowski używany w latach 40. XX wieku. do badania struktury krystalicznej aminokwasów i peptydów

W latach 1947–1950 Na podstawie licznych eksperymentów E. Chargaff ustalił zasadę zgodności nukleotydów w DNA: liczba zasad purynowych i pirymidynowych jest taka sama, a liczba zasad adeninowych jest równa liczbie zasad tyminowych i liczby zasad guaninowych jest równa liczbie zasad cytozyny.

Pierwsze prace strukturalne (S. Ferberg, 1949, 1952) wykazały, że DNA ma strukturę helikalną. Mając duże doświadczenie w określaniu struktury białek na podstawie dyfrakcji rentgenowskiej, Pauling niewątpliwie mógłby szybko rozwiązać problem struktury DNA, gdyby dysponował jakimikolwiek przyzwoitymi wzorami dyfrakcji rentgenowskiej. Takich jednak nie było, a spośród tych, które udało mu się pozyskać, nie potrafił dokonać jednoznacznego wyboru na korzyść którejś z możliwych konstrukcji. W rezultacie Pauling, śpiesząc się z publikacją wyników, wybrał niewłaściwą opcję: w artykule opublikowanym na początku 1953 roku zaproponował strukturę w postaci trójniciowej helisy, w której reszty fosforanowe tworzą sztywny rdzeń, a zasady azotowe znajdują się na obrzeżach.

Wiele lat później, przypominając historię odkrycia struktury DNA, Watson zauważył, że „Linus [Pauling] nie zasługiwał na odgadnięcie prawidłowe rozwiązanie. Nie czytał artykułów i z nikim nie rozmawiał. Co więcej, nawet zapomniał własny artykuł z Delbrückiem, który mówi o komplementarności replikacji genów. Myślał, że uda mu się rozgryźć tę strukturę tylko dlatego, że jest taki mądry.

Kiedy Watson i Crick rozpoczęli prace nad strukturą DNA, wiele było już wiadome. Pozostało pozyskać wiarygodne rentgenowskie dane strukturalne i zinterpretować je w oparciu o dostępne już wówczas informacje. Jak to wszystko się wydarzyło, dobrze opisuje słynna książka „Podwójna helisa” J. Watsona, choć wiele zawartych w niej faktów przedstawionych jest bardzo subiektywnie.

J. Watson i F. Crick o krok od wielkiego odkrycia

Oczywiście, aby zbudować model podwójnej helisy, potrzebna była rozległa wiedza i intuicja. Jednak gdyby nie splot kilku zbiegów okoliczności, model mógłby pojawić się kilka miesięcy później, a jego autorami mogliby być inni naukowcy. Oto kilka przykładów.

Rosalind Franklin (1920–1958), która współpracowała z M. Wilkinsem (Nagroda Nobla 1962) w King's College (Londyn), uzyskała najwyższej jakości obrazy dyfrakcji rentgenowskiej DNA. Ale ta praca mało ją interesowała; uważała ją za rutynową i nie spieszyła się z wyciąganiem wniosków. To jej ułatwiło zły związek z Wilkinsem.

Już na początku 1953 roku Wilkins bez wiedzy R. Franklina pokazała Watsonowi jej zdjęcia rentgenowskie. Ponadto w lutym tego samego roku Max Perutz pokazał Watsonowi i Crickowi roczny raport Medical Research Council, zawierający przegląd pracy wszystkich czołowych pracowników, w tym R. Franklina. To wystarczyło, aby F. Crick i J. Watson zrozumieli, jak powinna być zbudowana cząsteczka DNA.

Rentgen DNA uzyskany przez R. Franklina

W artykule Wilkinsa i in., opublikowanym w tym samym numerze Natura Podobnie jak w pracy Watsona i Cricka wykazano, że sądząc po dyfraktogramach rentgenowskich, struktura DNA pochodzącego z różnych źródeł jest w przybliżeniu taka sama i ma kształt helisy, w której zasady azotowe znajdują się od wewnątrz, a od strony pozostałości fosforanów na zewnątrz.

Artykuł R. Franklin (wraz ze swoim uczniem R. Goslingiem) powstał w lutym 1953 roku. Już w pierwotnej wersji artykułu opisała ona strukturę DNA w postaci dwóch współosiowych helis przesuniętych względem siebie wzdłuż osi z zasadami azotowymi wewnątrz i fosforanami na zewnątrz. Według jej danych skok helisy DNA w formie B (tj wilgotność względna>70%) wynosiła 3,4 nm, a na obrót przypadało 10 nukleotydów. W przeciwieństwie do Watsona i Cricka Franklin nie budował modeli. Dla niej DNA nie było bardziej interesującym przedmiotem badań niż węgiel i węgiel, które studiowała we Francji przed przybyciem do King's College.

Dowiedziawszy się o modelu Watsona-Cricka, dodała odręcznie w ostatecznej wersji artykułu: „Zatem nasze ogólne pomysły nie są sprzeczne z modelem Watsona-Cricka podanym w poprzednim artykule”. Co nie jest zaskakujące, ponieważ... model ten oparto na jej danych eksperymentalnych. Jednak ani Watson, ani Crick, pomimo najbardziej przyjaznych stosunków z R. Franklinem, nigdy nie powiedzieli jej tego, co powtarzali publicznie wiele lat po jej śmierci – że bez jej danych nigdy nie byliby w stanie zbudować swojego modelu.

R. Franklin (z lewej) na spotkaniu z kolegami w Paryżu

R. Franklin zmarła na raka w 1958 r. Wielu uważa, że ​​gdyby żyła do 1962 r., Komitet Noblowski musiałby złamać swoje surowe zasady i przyznać nagrodę nie trzem, ale czterem naukowcom. W uznaniu osiągnięć jej i Wilkinsa jeden z budynków King's College został nazwany Franklin-Wilkins, na zawsze łącząc nazwiska ludzi, którzy prawie ze sobą nie rozmawiali.

Czytając artykuł Watsona i Cricka (pokazany poniżej) zaskakuje jego niewielka objętość i lapidarny styl. Autorzy doskonale zdawali sobie sprawę ze znaczenia swojego odkrycia, mimo to ograniczyli się jedynie do opisu modelu i krótkiej wskazówki, że „z postulowanego… specyficznego tworzenia par wynika bezpośrednio możliwy mechanizm kopiowania materiału genetycznego .” Sam model wzięto „jak z powietrza” – nie ma żadnej wskazówki, w jaki sposób został uzyskany. Nie podano jego cech strukturalnych, z wyjątkiem skoku i liczby nukleotydów przypadających na podziałkę helisy. Tworzenie par również nie jest jasno opisane, ponieważ W tamtym czasie stosowano dwa systemy numeracji atomów w pirymidynach. Artykuł ilustruje tylko jeden rysunek wykonany przez żonę F. Cricka. Jednak dla zwykłych biologów prace Wilkinsa i Franklina, przeładowane danymi krystalograficznymi, były trudne do zrozumienia, ale prace Watsona i Cricka były zrozumiałe dla wszystkich.

Później zarówno Watson, jak i Crick przyznali, że po prostu bali się przedstawić wszystkie szczegóły w pierwszym artykule. Dokonano tego w drugim artykule zatytułowanym „Genetyczne konsekwencje ze struktury DNA” i opublikowanym w Natura 30 maja tego samego roku. Podaje uzasadnienie modelu, wszystkie wymiary i szczegóły struktury DNA, wzorce tworzenia łańcuchów i parowania zasad, a także omawia różne implikacje dla genetyki. Charakter i ton prezentacji wskazują, że autorzy są dość pewni swojej poprawności i wagi swojego odkrycia. Co prawda połączyli parę G–C tylko dwoma wiązaniami wodorowymi, ale rok później w artykule metodologicznym wskazali, że możliwe są trzy wiązania. Wkrótce Pauling potwierdził to obliczeniami.

Odkrycie Watsona i Cricka pokazało, że informacja genetyczna jest zapisana w DNA w czteroliterowym alfabecie. Ale nauczenie się go czytać zajęło kolejne 20 lat. Od razu pojawiło się pytanie, co powinno być kod genetyczny. Odpowiedź na to pytanie zaproponował w 1954 roku fizyk teoretyczny G.A. Gamow*: informacja w DNA jest kodowana przez triplety nukleotydów – kodony. Zostało to potwierdzone eksperymentalnie w 1961 roku przez F. Cricka i S. Brennera. Następnie w ciągu 3–4 lat w pracach M. Nirenberga (Nagroda Nobla 1965), S. Ochoa (Nagroda Nobla 1959), H. Korany (Nagroda Nobla 1965) i innych, zgodność kodonów z aminokwasami.

W połowie lat 70. F. Sanger (ur. 1918; Nagrody Nobla 1958 i 1980), również pracujący w Cambridge, opracował metodę oznaczania sekwencji nukleotydów w DNA. Sanger użył go do określenia sekwencji 5386 zasad tworzących genom bakteriofaga jX174. Jednakże genom tego faga jest rzadkim wyjątkiem: jest to jednoniciowy DNA.
Obecna era genomów rozpoczęła się w maju 1995 r., kiedy J.K. Venter ogłosił odszyfrowanie pierwszego genomu organizmu jednokomórkowego – bakterii. Haemophilus influenzae. Obecnie odszyfrowano genomy około 100 różnych organizmów.

Do niedawna naukowcy uważali, że o wszystkim w komórce decyduje kolejność zasad w DNA, jednak życie jest najwyraźniej znacznie bardziej złożone.
Obecnie dobrze wiadomo, że DNA często ma kształt inny niż podwójna helisa Watsona-Cricka. Ponad 20 lat temu w eksperymentach laboratoryjnych odkryto tzw. strukturę Z-helikalną DNA. Jest to również podwójna helisa, ale skręcona w przeciwnym kierunku w porównaniu do konstrukcji klasycznej. Do niedawna uważano, że Z-DNA nie ma nic wspólnego z organizmami żywymi, jednak ostatnio grupa badaczy z Narodowego Instytutu Serca, Płuc i Krwi (USA) odkryła, że ​​jeden z genów układu odpornościowego jest aktywowany dopiero kiedy część jego sekwencji regulacyjnej przyjmuje kształt Z. Obecnie przyjmuje się, że tymczasowe utworzenie formy Z może być niezbędnym ogniwem w regulacji ekspresji wielu genów. W niektórych przypadkach stwierdzono, że białka wirusowe wiążą się z Z-DNA i prowadzą do uszkodzenia komórek.

Oprócz struktur helikalnych DNA może tworzyć dobrze znane skręcone pierścienie u prokariotów i niektórych wirusów.

W ubiegłym roku S. Nidle z Instytutu Badań nad Rakiem (Londyn) odkryła, że ​​nieregularne końce chromosomów – telomery, które są pojedynczymi niciami DNA – mogą składać się w bardzo regularne struktury, przypominające śmigło). Podobne struktury znaleziono w innych regionach chromosomów i nazwano je kwadrupleksami G, ponieważ tworzą je regiony DNA bogate w guaninę.

Najwyraźniej takie struktury pomagają stabilizować odcinki DNA, w których powstają. Bezpośrednio obok genu znaleziono jeden z kwadrupleksów G c-MYC, którego aktywacja powoduje raka. W tym przypadku może zapobiegać wiązaniu się białek aktywatorów genów z DNA, a badacze rozpoczęli już poszukiwania leków stabilizujących strukturę kwadrupleksów G, mając nadzieję, że pomogą one w walce z nowotworem.

W ostatnie lata odkryto nie tylko zdolność cząsteczek DNA do tworzenia struktur innych niż klasyczna podwójna helisa. Ku zaskoczeniu naukowców cząsteczki DNA w jądrze komórkowym są w ciągłym ruchu, jakby „tańczą”.

Od dawna wiadomo, że DNA tworzy kompleksy z białkami histonowymi w jądrze z protaminą w plemniku. Jednak kompleksy te uznano za mocne i statyczne. Wykorzystując nowoczesną technologię wideo, możliwe było filmowanie dynamiki tych zespołów w czasie rzeczywistym. Okazuje się, że cząsteczki DNA nieustannie tworzą ulotne połączenia między sobą oraz z różnymi białkami, które krążą wokół DNA jak muchy. Niektóre białka poruszają się tak szybko, że przemieszczają się z jednej strony jądra na drugą w ciągu 5 sekund. Nawet histon H1, który jest najściślej związany z cząsteczką DNA, co minutę dysocjuje i łączy się z nią ponownie. Ta niespójność połączeń pomaga komórce regulować aktywność jej genów - DNA stale sprawdza obecność czynników transkrypcyjnych i innych białek regulatorowych w swoim otoczeniu.

Jądro, które uważano za formację raczej statyczną – repozytorium informacji genetycznej – w rzeczywistości żyje tętniącym życiem, a dobro komórki w dużej mierze zależy od choreografii jej składników. Niektóre choroby człowieka mogą być spowodowane zakłóceniami w koordynacji tych tańców molekularnych.

Oczywiście przy takiej organizacji życia jego rdzeń różne obszary nierówne - najbardziej aktywni „tancerze” powinni znajdować się bliżej środka, a najmniej aktywni bliżej ścian. I tak się okazało. Na przykład u człowieka chromosom 18, który ma tylko kilka aktywnych genów, jest zawsze zlokalizowany w pobliżu granicy jądra, a chromosom 19, pełen aktywnych genów, zawsze znajduje się w pobliżu jego środka. Co więcej, ruch chromatyny i chromosomów, a nawet po prostu wzajemne porozumienie wydaje się, że chromosomy wpływają na aktywność ich genów. Zatem bliskie położenie chromosomów 12, 14 i 15 w jądrach mysich komórek chłoniaka uważa się za czynnik przyczyniający się do przekształcenia komórki w komórkę nowotworową.

Minione półwiecze w biologii stało się erą DNA – w latach 60. XX wieku. kod genetyczny został odszyfrowany w latach 70. XX wieku. W latach 80. uzyskano rekombinowany DNA i opracowano metody sekwencjonowania. Opracowano reakcję łańcuchową polimerazy (PCR), a w 1990 r. rozpoczęto projekt poznania ludzkiego genomu. Jeden z przyjaciół i współpracowników Watsona, W. Gilbert, uważa, że ​​tradycyjna biologia molekularna umarła – teraz wszystkiego można się dowiedzieć, badając genomy.

F. Crick wśród pracowników Laboratorium Biologii Molekularnej w Cambridge

Teraz, przeglądając artykuły Watsona i Cricka 50 lat temu, można się dziwić, jak wiele założeń okazało się prawdziwych lub bliskich prawdy - w końcu nie mieli prawie żadnych danych eksperymentalnych. Jeśli chodzi o samych autorów, obaj naukowcy świętują pięćdziesiątą rocznicę odkrycia struktury DNA, obecnie aktywnie pracując w różnych obszarach biologii. J. Watson był jednym z inicjatorów Human Genome Project i kontynuuje prace w dziedzinie biologii molekularnej, a F. Crick opublikował na początku 2003 roku artykuł na temat natury świadomości.

J.D. Watsonie,
F.G.K. Krzyk
Jednostka ds. Struktury Molekularnej Rady ds. Badań Medycznych, Cavendish Laboratory, Cambridge. 25 kwietnia 1953

Struktura molekularna kwasy nukleinowe

Chcemy zaproponować model struktury soli kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Struktura ta ma nowe właściwości, które są interesujące dla biologii.
Strukturę kwasu nukleinowego zaproponowali już Pauling i Corey. Uprzejmie pozwolili nam zapoznać się z rękopisem ich artykułu przed publikacją. Ich model składa się z trzech splecionych ze sobą łańcuchów z fosforanami umieszczonymi w pobliżu osi helisy i zasadami azotowymi na obwodzie. Naszym zdaniem struktura ta jest niezadowalająca z dwóch powodów. Po pierwsze, uważamy, że badany materiał, który wytwarza odbicia promieni rentgenowskich, jest solą, a nie wolnym kwasem. Bez kwaśnych atomów wodoru nie jest jasne, jakie siły mogłyby utrzymać integralność takiej struktury, zwłaszcza że ujemnie naładowane grupy fosforanowe w pobliżu jej osi odpychałyby się. Po drugie, niektóre odległości van der Waalsa okazują się zbyt małe.
Inną trójniciową strukturę zaproponował Fraser (w druku). W jego modelu fosforany znajdują się na zewnątrz, a zasady azotowe, połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi, znajdują się wewnątrz helisy. Struktura ta jest w artykule bardzo słabo zdefiniowana i dlatego nie będziemy jej komentować.
Chcemy zaproponować radykalnie odmienną strukturę soli kwasu dezoksyrybonukleinowego. Struktura ta składa się z dwóch spiralnych łańcuchów skręconych wokół wspólna oś. Wyszliśmy ze zwykłych założeń, a mianowicie, że każdy łańcuch jest utworzony z reszt b-D-deoksyrybofuranozy połączonych wiązaniami 3", 5". Łańcuchy te (ale nie ich podstawy) są połączone wiązaniami (diadami) prostopadłymi do osi spirali. Oba łańcuchy tworzą prawoskrętną spiralę, ale dzięki diadom mają przeciwne kierunki. Każda nić przypomina nieco Model nr 1 Ferberga, w tym sensie, że zasady znajdują się po wewnętrznej stronie helisy, a fosforany na zewnątrz. Konfiguracja cukru i otaczających go atomów jest zbliżona do „standardowej konfiguracji” Ferberga, w której cukier jest umieszczony w przybliżeniu prostopadle do powiązanej z nim zasady. Reszty w każdym łańcuchu są rozmieszczone w odstępach co 3,4 A w kierunku z. Założyliśmy, że kąt pomiędzy sąsiednimi resztami wynosi 36°, zatem struktura ta powtarza się co 10 reszt, tj. do 34 A. Odległość od osi do atomu fosforu wynosi 10 A. Ponieważ fosforany znajdują się na zewnątrz, są łatwo dostępne dla kationów.
Cała konstrukcja jest otwarta i zawiera dość dużo wody. W miarę zmniejszania się zawartości wody można spodziewać się, że podstawy nieco się przechylą, a cała konstrukcja stanie się bardziej zwarta.
Nową cechą tej struktury jest sposób, w jaki łańcuchy są utrzymywane razem przez zasady purynowe i pirymidynowe. Płaszczyzny podstaw są prostopadłe do osi spirali. Są one połączone parami, przy czym jedna zasada pierwszego łańcucha jest związana wodorem z jedną zasadą drugiego łańcucha w taki sposób, że zasady te znajdują się obok siebie i mają to samo z-koordynować. Aby powstało wiązanie, jedna zasada musi być puryną, a druga pirymidyną. Wiązania wodorowe powstają pomiędzy pozycją 1 puryn i pozycją 1 pirymidyny oraz pomiędzy pozycją 6 puryny i pozycją 6 pirymidyny.
Zakłada się, że zasady wchodzą do tej struktury tylko w najbardziej prawdopodobnej postaci tautomerycznej (tj. w formie ketonowej, a nie enolowej). Odkryto, że tylko określone pary zasad mogą tworzyć ze sobą wiązania. Pary te to: adenina (puryna) – tymina (pirymidyna) i guanina (puryna) – cytozyna (pirymidyna).
Innymi słowy, jeśli adenina jest jednym z członków pary w dowolnym łańcuchu, to zgodnie z tym założeniem drugim członkiem pary musi być tymina. To samo dotyczy guaniny i cytozyny. Sekwencja zasad w jednym łańcuchu wydaje się być nieograniczona. Ponieważ jednak można utworzyć tylko określone pary zasad, biorąc pod uwagę sekwencję zasad jednego łańcucha, sekwencja zasad drugiego łańcucha jest określana automatycznie.
Eksperymentalnie odkryto, że w DNA stosunek liczby adenin do liczby tymin oraz liczby guanin do liczby cytozyn jest zawsze bliski jedności.
Prawdopodobnie nie da się zbudować takiej struktury z rybozy zamiast z dezoksyrybozy, ponieważ dodatkowy atom tlenu powoduje, że odległość van der Waalsa jest zbyt mała.
Opublikowane dotychczas dane dotyczące dyfrakcji rentgenowskiej kwasu deoksyrybonukleinowego są niewystarczające, aby rygorystycznie przetestować nasz model. O ile możemy ocenić, odpowiada to w przybliżeniu danym eksperymentalnym, ale nie można go uznać za udowodniony, dopóki nie zostanie porównany z dokładniejszymi danymi eksperymentalnymi. Niektóre z nich zostały podane w poniższym artykule. Nie byliśmy świadomi szczegółów przedstawionych w nim wyników, kiedy wymyślaliśmy naszą strukturę, na której się opiera głównie, choć nie wyłącznie, na opublikowanych danych eksperymentalnych i rozważaniach stereochemicznych.
Należy zauważyć, że z postulowanego przez nas konkretnego tworzenia par bezpośrednio wynika możliwy mechanizm kopiowania materiału genetycznego.
Wszystkie szczegóły konstrukcji, w tym warunki niezbędne do jej zbudowania i układy współrzędnych atomowych, zostaną podane w kolejnych publikacjach.
Jesteśmy bardzo wdzięczni dr Jerry'emu Donahue za jego ciągłe rady i krytykę, zwłaszcza dotyczącą odległości międzyatomowych. Nas też zachęcono główny pomysł o niepublikowanych danych eksperymentalnych i pomysłach dr M.G.F. Wilkins i dr RE. Franklin i ich pracownicy w King’s College London. Jedno z nas (J.D.W.) otrzymało stypendium Krajowej Fundacji na rzecz Paraliżu Dziecięcego.

* Georgy Antonovich Gamov (1904–1968, w 1933 wyemigrował do USA) – jeden z najwybitniejszych naukowców XX wieku. Jest autorem teorii rozpadu theta i efektu tunelowego w mechanika kwantowa; model kropli cieczy jądro atomowe– podstawowe teorie rozszczepienia jądrowego i reakcje termojądrowe; teoria budowy wewnętrznej gwiazd, która wykazała, że ​​źródłem energii słonecznej są reakcje termojądrowe; teorie wielki wybuch„w ewolucji Wszechświata; teorie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła w kosmologii. Powszechnie znane są jego książki popularnonaukowe, takie jak serie książek o panu Tompkinsie (Pan Tompkins w Krainie Czarów, Pan Tompkins w środku itp.), Raz, dwa, trzy… Nieskończoność, Planeta zwana Ziemią” oraz itp.