این مارپیچ حیاتی
اکتشاف ساختار ملکول DNA در سال 1953، نتیجه تحقیقات جیمز واتسون به همراه فرانسیس کریک درلابراتوار کاوندیش دانشگاه کمبریج و موریس ویلکینس به همراه خانم روزالیند فرنکلین در دانشگاه کینگ لندن انگلیس بود.
در دهه 1860 میلادی ، نظریه های داروین توسط علم جدید ژنتیک که مندل بنیانگذار کاشف قوانین اساسی آن بود، تایید شدند.
مندل به این حقیقت پی برده بود که ژنها عامل تعیین خصوصیات یک موجود زنده هستند. ژنها به نسلهای بعدی منتقل می شوند و اولاد آنها را از والدین دریافت می کنند.
معما این بود که چنین اطلاعات ژنتیکی در کدام قسمت از موجود زنده و چگونه ذخیره شده اند؛ در سال 1943، یک امریکایی به نام آزوالدای وری با ارائه شواهدی ، موفق به اثبات این نظریه شد که ملکولهای DNA حامل اطلاعات ژنتیکی هستند.
او در تحقیقات خود متوجه شده بود که DNA در رشته سمی یک باکتری می تواند شکل غیرسمی همان ارگانیسم را به یک رشته سمی منتقل کند.در سال 1951 ساختار ملکول DNA همچنان ناشناخته بود.
واتسون طرحهایی را که توسط اشعه ایکس پدید آمده بودند، بخوبی درک نمی کرد به همین خاطر برای آموختن مفهوم این طرحها، به دانشگاه کمبریج رفت.
آن زمان در دانشگاه کمبریج ماکس پروتز و جان کندرو در حال مطالعه ملکول های بزرگ بودند. واتسون ، اواخر سال 1951 به لابراتوار کاوندیش در دانشگاه کمبریج رفت.
آن زمان ، رئیس این لابراتوار شخصی به نام لورنس براگ بود. در سال 1912 لورنس براگ فرمولی برای کریستالهایی که توسط اشعه ایکس دیده بود طراحی کرد با اندازه گیری اشعه هایی که از سطوح اتمهای داخل کریستال منعکس می شدند، فاصله میان این سطوح به دست می آمد.
این اولین شیوه قابل استفاده برای تعیین مکان اتمها در یک ساختار شیمیایی بود. در سال 1947 پروفسور براگ از شورای تحقیقات پزشکی دانشگاه درخواست کرد، تا نیازهای مالی فعالیت های پژوهشی پیرامون ساختار ملکول های بیولوژیکی را تامین کند.
این کار، توجه واتسون را به لابراتوار کاوندیش بیش از پیش جلب کرد. پس از ورود به کمبریج ، واتسون با فرانسیس کریک آشنا شد.
کریک 35 ساله ، در لابراتوار کاوندیش دانشگاه برای دکترای خود فعالیت می کرد. کریک هم علاقه داشت دریابد، چگونه اطلاعات ژنتیکی از نسلی به نسل دیگر منتقل می شوند.
فکر می کرد که ملکول DNA جوابگوی این معماست . ملکول DNA به صورت 2 رشته مارپیچی ، مانند یک نردبان پیچ خورده است.
پیش از سال 1953، شیمیدانان توان مشاهده فقط قطعه هایی از به اصطلاح پله این نردبان را داشتند، آنها اطلاع داشتند که در این بخش از ملکول DNA ، یک گروه شیمیایی قند فسفات به یک قلیا وصل شده بود.
زاویه بین آنها نیز 90 درجه بود. گروههای قند فسفات در پله هایی می توانند به یکدیگر وصل هستند و یک زنجیره طولانی پدید آورند که به آن ستون قند فسفات یک ملکول DNA گفته می شود، اما هر پله می تواند هر یک از 4 باز متفاوت موجود را داشته باشد.
ترتیبی که این بازها در طول زنجیر DNA تشکیل می دهند، یک کد ژنتیکی ویژه متشکل از 4 حرف را می سازد.
موریس ویلکینز موفق شده بود تصاویری از کریستال های DNA را توسط اشعه ایکس تهیه کند. او کنار خانم رزالیند فرانکلین که متخصص فناوری نوین کریستالوگرافی بود، قصد داشت به تصاویر بهتری دست یابد، تا اطلاعات بیشتری درباره ساختار DNA جمع آوری کند.
طرح اول کریک و واتسون یک مارپیچ 3 رشته ای بود. ستون قند فسفات از وسط می گذشت ، در حالی که ملکول های فسفات در هر رشته توسط یونهای منیزیوم به یکدیگر متصل می شدند.
کریک و واتسون امیدوار بودند مقدار کم آب در ملکول ، به معنی وفور یونهای منیزیوم است. روش مدل سازی واتسون و کریک ، تکنیکی بود که لینس پالینگ قبلا از آن برای کشف رشته آلفا استفاده کرده بود.
واتسون ، (شیمیدان معروف) لینس پالینگ را بزرگترین رقیب خود برای کشف ساختار DNA می دانست. آغاز سال 1953، پالینگ اعلام کرد که ساختار DNA را کشف کرده است.
طرح او، طرح 3 رشته ای بود که ستون قند - فسفات از وسط آن می گذشت کریک و واتسون نیز، ستون قند فسفات را وسط مدل خود قرار داده بودند، کریک و واتسون می دانستند به محض انتشار نوشته های پالینگ ، اشتباه بودن آن اعلام خواهد شد و پالینگ تلاشهای خود را برای یافتن ساختار صحیح DNA مجددا آغاز خواهد کرد آنها می دانستند که باید عجله می کردند.
واتسون تصمیم گرفت فعالیت های خود را برروی یک ساختار 2رشته ای متمرکز کند. او قطار در مسیر برگشت به شهر کمبریج بود که با اتکا به حافظه خود، طرحی را که از تصاویر اشعه ایکس ملکول جدید به یاد داشت ، روی کاغذ آورد.
پس از مشاهده تصاویر ملکول جدید واتسون پی برد که ساختار این ملکول باید به صورت مارپیچی باشد که به فاصله هر 4/3 نانومتر تکرار می کند.
او نظریات خود را به اطلاع پروفسور براگ (رئیس لابراتوار) رساند و از او برای ادامه طرح مدل سازی اجازه گرفت.
پس از موافقت براگ ، کارروی ساختن مدل مصنوعی این ملکول در لابراتوار کاوندیش آغاز شد. در ساختار رشته های همجنس واتسون ، جفت بازها توسط پیوند شیمیایی هیدروژنی به یکدیگر وصل شده اند.
هنگامی که هیدروژن با ملکول دیگری پیوند کووالانسی برقرار می کند، ملکولی شکل می گیرد که ثبات بیشتری از اتمهای آزاد دارد. الکترون هیدروژن بین خود هیدروژن و اتم متصل به آن مشترک است.
الکترون اتم متصل نیز بین این دو تقسیم می شود، اما اگر هیدروژن به یک اکسیژن یا نیتروژن پیوند ایجاد کند، تقسیم الکترون ها مساوی نیست.
اتم هیدروژن اندکی بار مثبت و اتم اکسیژن یا نیتروژن اندکی بار منفی دارند. اگر 2 ملکول مغناطیسی که درباره آن گفتیم که به یکدیگر نزدیک شوند، یک پیوند هیدروژنی شکل می دهند.
به این ترتیب که هیدروژن مثبت ملکول اول به سمت اکسیژن یا نیتروژن ملکول دوم جذب می شود. و بعکس این پیوند از یک پیوند کووالانسی ضعیف تر است ، اما جاذبه ای است که شکل ویژه ملکول DNA را می سازد.
ساختار رشته های همجنس نشان می دهد که 4 باز می توانند به هر نسبتی ظاهر شوند، بدون این که وابسته به یکدیگر باشند. واتسون و کریک پیرامون ساختار DNA مقاله ای را نگاشته و ویلکینس و فرانکلین نیز طی 2 مقاله تصاویر اشعه ایکس خود را شرح دادند.
این 3 مقاله روز 25 آوریل 1953 در مجله نیچر (طبیعت) انتشار یافتند. در سال 1962 واتسون ، کریک و ویلکینس به خاطر اکتشافات خود در ارتباط با ساختار ملکولی DNA و اهمیت آن برای انتقال اطلاعات در موجودات زنده ، جایزه نوبل در رشته فیزیولوژی را دریافت کردند.
متاسفانه خانم رزالیند فرانکلین سال 1958 بعد از ابتلا به سرطان درگذشت و برای دریافت جایزه نوبل حضور نداشت ، اما نقش اساسی او در زمینه کشف ساختار ملکول DNA انکارناپذیر است.
گفت و گو
