Molekülstruktur von Nukleinsäuren: Eine Struktur für Desoxyribose-Nukleinsäure

" Molekulare Struktur von Nukleinsäuren: Eine Struktur für Desoxyribose-Nukleinsäuren " war der erste veröffentlichte Artikel, der die Entdeckung der Doppelhelix-Struktur von DNA mit Hilfe der Röntgenbeugung und der Mathematik von a beschreibt Helix-Transformation. Es wurde von Francis Crick und James D. Watson in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature auf den Seiten 737–738 ihres 171. Bandes (vom 25. April 1953) veröffentlicht. ^[1][2]

Diagrammartige Darstellung der wichtigsten strukturellen Merkmale des DNA-Doppelhelix. Diese Figur stellt keine B-DNA dar.

Dieser Artikel wird oft als "Perle" der Wissenschaft bezeichnet, weil er kurz ist und die Antwort auf ein grundlegendes Mysterium über lebende Organismen enthält. Dieses Rätsel war die Frage, wie es möglich ist, dass genetische Anweisungen in Organismen aufbewahrt werden und wie sie von Generation zu Generation weitergegeben werden. Der Artikel präsentiert eine einfache und elegante Lösung, die viele Biologen damals überraschte, die der Meinung waren, dass die Übertragung der DNA schwieriger zu verstehen und zu verstehen sei. Die Entdeckung hatte einen großen Einfluss auf die Biologie, insbesondere auf dem Gebiet der Genetik, so dass spätere Forscher den genetischen Code verstehen konnten.

Ursprünge der Molekularbiologie [ edit ]

Die Anwendung von Physik und Chemie auf biologische Probleme führte zur Entwicklung der Molekularbiologie, die sich besonders mit dem Fluss und den Folgen von biologischem Einfluss befasst Informationen von der DNA zu Proteinen. Die Entdeckung der DNA-Doppelhelix machte deutlich, dass Gene funktional definierte Teile von DNA-Molekülen sind und dass Zellen einen Weg haben müssen, die Informationen in der DNA in spezifische Aminosäuren zu übersetzen, die zur Herstellung von Proteinen verwendet werden.

Linus Pauling war ein Chemiker, der sehr viel Einfluss auf die Entwicklung biologischer Moleküle hatte. Im Jahr 1951 veröffentlichte Pauling die Struktur der Alpha-Helix, eine grundlegend wichtige Strukturkomponente von Proteinen. Anfang 1953 veröffentlichte Pauling ein Triple-Helix-Modell der DNA, das sich später als falsch herausstellte. ^[3] Sowohl Crick als auch Watson dachten, sie würden gegen Pauling aufbrechen, um die Struktur der DNA zu entdecken.

Max Delbrück war Physiker und erkannte einige biologische Implikationen der Quantenphysik. Delbrrucks Denken über die physischen Grundlagen des Lebens veranlasste Erwin Schrödinger zum Schreiben What Is Life . Schrödingers Buch hatte einen wichtigen Einfluss auf Crick und Watson. Delbrrucks Bemühungen zur Förderung der "Phage-Gruppe" (Erforschung der Genetik durch Viren, die Bakterien befallen) waren für die frühe Entwicklung der Molekularbiologie im Allgemeinen und für die Entwicklung der wissenschaftlichen Interessen von Watson im Besonderen wichtig. ^{[4] [4] ]}

Crick, Watson und Maurice Wilkins, die in Anerkennung ihrer Entdeckung der DNA-Doppelhelix den Nobelpreis für Medizin gewonnen haben.

DNA-Struktur und -Funktion [ edit ]

Es ist nicht immer der Fall, dass die Struktur eines Moleküls leicht auf seine Funktion bezogen werden kann. Was die Struktur der DNA so offensichtlich auf ihre Funktion bezieht, wurde am Ende des Artikels bescheiden beschrieben: "Es ist uns nicht entgangen, dass die von uns postulierte spezifische Paarung sofort einen möglichen Kopiermechanismus für das genetische Material nahe legt".

DNA-Replikation. Die zwei Basenpaare des DNA-Moleküls ermöglichen die Replikation der genetischen Anweisungen.

Die "spezifische Paarung" ist ein Schlüsselmerkmal des Watson- und Crick-Modells der DNA, der Paarung von Nukleotid-Untereinheiten. ^[5] In DNA die Menge an Guanin ist gleich Cytosin und die Menge an Adenin ist gleich Thymin. Die A: T- und C: G-Paare sind strukturell ähnlich. Insbesondere ist die Länge jedes Basenpaares gleich und sie passen gleich gut zwischen die beiden Zuckerphosphatgerüste. Die Basenpaare werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten, eine Art chemischer Anziehung, die leicht zu brechen und leicht zu reformieren ist. Nachdem Watson und Crick die strukturelle Ähnlichkeit der A: T- und C: G-Paare erkannt hatten, produzierten Watson und Crick bald ihr Doppelhelix-DNA-Modell mit den Wasserstoffbrücken im Kern der Helix, wodurch die beiden komplementären Stränge für eine einfache Replikation entpackt werden können: die letzte Schlüsselanforderung für ein wahrscheinliches Modell des genetischen Moleküls.

Tatsächlich schlug die Basenpaarung einen Weg vor, ein DNA-Molekül zu kopieren. Ziehen Sie einfach die beiden Zucker-Phosphat-Rückgrate mit ihren wasserstoffgebundenen A-, T-, G- und C-Komponenten auseinander. Jeder Strang könnte dann als Vorlage für den Zusammenbau eines neuen komplementären Basenpaars verwendet werden.

Zukünftige Überlegungen [ edit

Watson und Crick verwendeten viele Aluminiumschablonen wie diese, die einzige Base Adenin (A), um 1953 ein physikalisches Modell der DNA zu erstellen

Als Watson und Crick ihr DNA-Doppelhelix-Modell herstellten, war es bekannt, dass die meisten speziellen Merkmale der vielen verschiedenen Lebensformen auf der Erde durch Proteine ​​ermöglicht werden. Strukturell sind Proteine ​​lange Ketten von Aminosäureuntereinheiten. In gewisser Weise musste das genetische Molekül, DNA, Anweisungen enthalten, wie man Tausende von Proteinen in Zellen herstellen kann. Aus dem DNA-Doppelhelix-Modell war klar, dass zwischen den linearen Sequenzen von Nukleotiden in DNA-Molekülen und den linearen Sequenzen von Aminosäuren in Proteinen eine gewisse Übereinstimmung bestehen muss. Die Einzelheiten, wie DNA - Sequenzen Zellen anregen, spezifische Proteine ​​herzustellen, wurden von Molekularbiologen im Zeitraum von 1953 bis 1965 erarbeitet. Francis Crick spielte sowohl in der Theorie als auch in der Analyse der Experimente eine entscheidende Rolle, die zu einem besseren Verständnis der Zellkultur führten genetischer Code. ^[6]

Folgen [ edit

Andere Fortschritte in der Molekularbiologie, die von der Entdeckung der DNA-Doppelhelix herrührten, führten schließlich zu Wegen, Gene zu sequenzieren. James Watson leitete das Human Genome Project an den National Institutes of Health. ^[7] Die Fähigkeit, DNA zu sequenzieren und zu manipulieren, ist heute von zentraler Bedeutung für die Biotechnologie-Industrie und die moderne Medizin. Die strenge Schönheit der Struktur und die praktischen Implikationen der DNA-Doppelhelix kombinierten zu Molekülstruktur von Nukleinsäuren; Eine Struktur für Desoxyribose-Nucleinsäuren einer der prominentesten biologischen Artikel des zwanzigsten Jahrhunderts.

Kollaborateure und Kontroverse [ edit ]

Obwohl Watson und Crick zuerst alle verstreuten Fragmente von Informationen zusammenstellten, die erforderlich waren, um ein erfolgreiches molekulares DNA-Modell zu erzeugen, waren ihre Ergebnisse basiert auf Daten, die von Forschern in mehreren anderen Laboratorien gesammelt wurden. Sie stützten sich beispielsweise auf veröffentlichte Forschungen zur Entdeckung von Wasserstoffbrücken in DNA durch John Masson Gulland, Denis Jordan und ihre Kollegen am University College Nottingham von 1947. ^[8][9][10] Die Entdeckung der DNA-Doppelhelix verwendete jedoch auch eine beträchtliche Menge an Material aus der unveröffentlichten Arbeit von Rosalind Franklin, AR Stokes, Maurice Wilkins und H. R. Wilson am King's College London. Schlüsseldaten von Wilkins, Stokes und Wilson sowie getrennt von Franklin und Gosling wurden in zwei separaten Artikeln in derselben Ausgabe von Nature mit dem Artikel von Watson und Crick ^[11][12] The veröffentlicht Der Artikel von Watson und Crick gab zu, dass sie durch experimentelle Ergebnisse der King's College-Forscher "stimuliert" worden waren. Eine ähnliche Anerkennung wurde von Wilkins, Stokes und Wilson in dem folgenden dreiseitigen Artikel veröffentlicht.

Im Jahr 1968 veröffentlichte Watson einen höchst kontroversen autobiographischen Bericht über die Entdeckung der doppelhelicalen molekularen Struktur von DNA, The Double Helix die weder von Crick noch von Wilkins öffentlich akzeptiert wurde. ^[13] Erwin Chargaff druckte auch eine eher "unsympathische Rezension" von Watsons Buch in der Ausgabe vom 29. März 1968 in Science . In dem Buch erklärte Watson unter anderem, dass er und Crick Zugang zu einigen Franklin-Daten von einer Quelle hatten, die sie nicht kannte, und dass er auch ohne ihre Erlaubnis das B-DNA-Röntgenbeugungsmuster gesehen hatte erhalten von Franklin und Gosling im Mai 1952 bei King's in London. Insbesondere hatte Franklin Ende 1952 dem Medical Research Council einen Fortschrittsbericht vorgelegt, der von Max Perutz, damals am Cavendish Laboratory der University of Cambridge, geprüft wurde. Watson und Crick arbeiteten auch im MRC-gestützten Cavendish Laboratory in Cambridge, während Wilkins und Franklin im von MRC unterstützten Labor bei King's in London waren. Solche MRC-Berichte waren normalerweise nicht weit verbreitet, aber Crick las eine Kopie der Forschungszusammenfassung von Franklin Anfang 1953. ^[13]

[14]

Perutzs Begründung, den Bericht Franklin zu übergeben Die kristallographische Einheit der B-DNA- und A-DNA-Strukturen für sowohl Crick als auch Watson bestand darin, dass der Bericht Informationen enthielt, die Watson im November 1951 gehört hatte, als Franklin während eines von MHF arrangierten Meetings über ihre nicht veröffentlichten Ergebnisse mit Raymond Gosling sprach Wilkins am King's College auf Ersuchen von Crick und Watson ^[15] . Perutz sagte, er habe nicht unethisch gehandelt, weil der Bericht zu einem breiteren Kontakt zwischen verschiedenen MRC-Forschungsgruppen beigetragen habe und nicht vertraulich sei. ^[16] Dies war nicht der Fall Die Begründung würde Crick ausschließen, der auf der Sitzung im November 1951 nicht anwesend war, aber Perutz gewährte ihm auch Zugang zu den MRC-Berichtsdaten von Franklin. Crick und Watson ersuchten dann um die Erlaubnis von William Lawrence Bragg, dem Leiter des Cavendish Laboratory, um sein Doppelhelix-Molekülmodell der DNA basierend auf Daten von Franklin und Wilkins zu veröffentlichen.

Im November 1951 hatte Watson nach eigenen Angaben wenig Ausbildung in der Röntgenkristallographie erhalten und hatte daher nicht vollständig verstanden, was Franklin über die strukturelle Symmetrie des DNA-Moleküls sagte. ^[14] Crick jedoch wissend Die Fourier-Transformationen der Bessel-Funktionen, die die Röntgenbeugungsmuster helicaler Strukturen von Atomen repräsentieren, interpretierten Franklins experimentellen Befund korrekt als Hinweis darauf, dass es sich bei der DNA höchstwahrscheinlich um eine Doppelhelix handelt, wobei die beiden Polynukleotidketten in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Crick war somit in einer einzigartigen Position, um diese Interpretation vorzunehmen, da er zuvor an den Röntgenbeugungsdaten für andere große Moleküle gearbeitet hatte, deren Helix-Symmetrie der von DNA ähnelte. Franklin lehnte dagegen den ersten von Crick und Watson vorgeschlagenen molekularen Modellbildungsansatz ab: Das erste DNA-Modell, das Watson 1952 ihr und Wilkins in London vorstellte, hatte eine offensichtlich falsche Struktur mit hydrierten geladenen Gruppen im Inneren des Modells und nicht von außen. Watson gab dies ausdrücklich in seinem Buch The Double Helix zu. ^[14]

Siehe auch [ edit ]

References [ edit

]

1. ^ Watson JD, Crick FH (April 1953). "Molekülstruktur von Nukleinsäuren; eine Struktur für Desoxyribose-Nukleinsäure" (PDF) . Nature . 171 (4356): 737–738. Bibcode: 1953Natur.171..737W. doi: 10.1038 / 171737a0. PMID 13054692.
2. ^ Cochran W, Crick FHC und Vand V. (1952) "Die Struktur synthetischer Polypeptide. I. Die Transformation von Atomen auf einer Helix", Acta Crystallogr., 5, 581–586.
3. ^ Pauling L., Corey RB (1953). "Eine vorgeschlagene Struktur für die Nukleinsäuren". PNAS . 39 (2): 84–97. Bibcode: 1953PNAS ... 39 ... 84P. doi: 10.1073 / pnas.39.2.84. PMC 1063734 . PMID 16578429.
4. ^ Judson, Horace Freeland (1979). Achter Tag der Schöpfung: Macher der Revolution in der Biologie . New York: Simon & Schuster. ISBN 9780671254100.
5. ^ Entdecken Sie die Regeln der DNA-Basenpaarung mit einem Online-Simulator.
6. ^ Perutz MF, Randall JT, L. Thomson, Wilkins MH, Watson JD (Juni 1969). "DNA-Helix". Wissenschaft . 164 (3887): 1537–9. Bibcode: 1969Sci ... 164.1537W. doi: 10.1126 / science.164.3887.1537. PMID 5796048.
7. ^ "History - Historic Figures: Watson und Crick (1928-)". BBC . 2014-06-15 .
8. ^ JM Gulland; DO Jordanien; HF Taylor; (1947) Desoxypentose-Nukleinsäuren; Teil II Elektrometrische Titration der sauren und der basischen Gruppen der Desoxypentose-Nukleinsäure von Kälberthymus. J Chem Soc. 1947; 25: 1131–41.
9. ^ Creeth, J. M., Gulland, J. M. und Jordan, D. O. (1947) Desoxypentose-Nukleinsäuren. Teil III. Viskosität und Streaming-Doppelbrechung von Lösungen des Natriumsalzes der Desoxypentose-Nukleinsäure von Kälberthymus. J. Chem. Soc. 1947,25 1141–1145
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11. ^ Franklin R., Gosling RG (1953-04-25). "Molekulare Konfiguration in Natriumthymonukleinsäure" (PDF) . Nature . 171 (4356): 740–741. Bibcode: 1953Natur.171..740F. doi: 10.1038 / 171740a0. PMID 13054694.
12. ^ Wilkins MH, Stokes AR, Wilson HR (25. April 1953). "Molekülstruktur von Desoxypentose-Nukleinsäuren" (PDF) . Nature . 171 (4356): 738–740. Bibcode: 1953Natur.171..738W. doi: 10.1038 / 171738a0. PMID 13054693.
13. ^ ^{a b} Beckwith, Jon (2003). "Doppel auf der Doppelhelix nehmen". In Victor K. McElheny. Watson und DNA: Eine wissenschaftliche Revolution machen . Cambridge, MA: Perseus Publishing. p. 363. ISBN 978-0-738-20341-6. OCLC 51440191.
14. ^ ^{a b 19659070] Watson, James D. (1980) Die Doppelhelix: Ein persönlicher Bericht über die Entdeckung der Struktur der DNA . Atheneum. ISBN 0-689-70602-2. (erstmals veröffentlicht 1968)}
15. ^ Sayre, Anne (1975). Rosalind Franklin und DNA . New York: Norton
16. Perutz MF, Randall JT, Thomson L., Wilkins MH, Watson JD (1969-06-27). "DNA-Helix". Wissenschaft . 164 (3887): 1537–1539. Bibcode: 1969Sci ... 164.1537W. doi: 10.1126 / science.164.3887.1537. PMID 5796048.

Bibliographie [ edit ]

Externe Links [ bearbeiten ]

Online-Versionen [ edit ]