NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Cấu trúc của DNA
- Rosalind Franklin và Double Helix
- Một khám phá ngẫu nhiên về ghép nối cơ sở
- Tái tạo DNA
Năm 1953, hai nhà khoa học tên James Watson và Francis Crick đã giải được một câu đố hoành tráng. Họ đã phát hiện ra cấu trúc của một phân tử gọi là axit nucleic deoxyribose - hoặc như hầu hết mọi người biết đến nó - DNA. Hầu như tất cả các sinh vật sống, bao gồm cả con người, dựa vào DNA để đóng gói và sao chép gen. Trong khi các nhà khoa học nghi ngờ điều này trước năm 1953, họ vẫn chưa biết DNA sao chép chính nó hoặc đóng gói thông tin di truyền. Chìa khóa cho khả năng phân chia và sao chép DNA chính cũng là chìa khóa cho bước đột phá của Watson và Crick: sự khám phá các cặp cơ sở.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
James Watson và Francis Crick đã phát triển các mô hình bằng cách sử dụng các tấm bìa cứng giúp họ khám phá các cặp cơ sở một cách ngẫu nhiên thông qua thử và sai.
Cấu trúc của DNA
Hãy tưởng tượng mô hình xoắn kép DNA như một cái thang xoắn với khung làm bằng hợp chất gọi là đường-phốt-phát. Các nấc thang bao gồm các hợp chất gọi là nucleotide, hoặc bazơ. Có bốn cơ sở trong phân tử DNA: adenine, cytosine, guanine và thymine. Trong mỗi nấc thang, hai trong số bốn nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Đây là những cặp cơ sở. Trình tự đặc biệt của các cặp bazơ trong phân tử DNA là yếu tố tạo nên sự khác biệt về đặc điểm di truyền.
Rosalind Franklin và Double Helix
Trong khi Watson và Crick nghiên cứu cấu trúc DNA, một nhà khoa học tên Rosalind Franklin đã phát triển một phương pháp thành công để chụp ảnh DNA tia X. Hình ảnh của cô tiết lộ hai đường vuông góc tạo ra một hình dạng chéo ở trung tâm của phân tử. Khi Franklin rời vị trí của mình tại Đại học King, cô đã để lại những bức ảnh của mình với một đồng nghiệp tên là Maurice Wilkins. Ngay sau đó, Wilkins đã đưa những món đồ này cho Watson và Crick. Ngay khi Watson nhìn thấy những bức ảnh của Franklin, anh hiểu rằng hình dạng chéo có nghĩa là phân tử DNA phải là một chuỗi xoắn kép. Nhưng bước đột phá của họ còn lâu mới hoàn thành.
Một khám phá ngẫu nhiên về ghép nối cơ sở
Watson và Crick biết rằng DNA chứa bốn cơ sở và chúng liên kết với nhau theo một cách nào đó để tạo ra hình dạng xoắn kép. Tuy nhiên, họ vẫn vật lộn để khái niệm hóa một mô hình DNA trơn tru và không có chủng - một mô hình có ý nghĩa sinh hóa. Watson đã xây dựng các tấm bìa cứng của các căn cứ và dành thời gian sắp xếp lại chúng trên bàn để giúp anh tưởng tượng ra các cấu trúc có thể. Một buổi sáng, di chuyển các mảnh xung quanh, anh tình cờ thấy một sự sắp xếp các căn cứ có ý nghĩa. Nhiều năm sau, Crick đã mô tả khoảnh khắc quan trọng này như đang xảy ra, không phải bởi logic mà là do sự ngẫu nhiên.
Các nhà nghiên cứu nhận ra rằng khi adenine và thymine liên kết với nhau, chúng tạo thành một nấc thang có độ dài chính xác giống như một nấc được làm từ cặp cytosine-guanine. Nếu tất cả các nấc thang bao gồm một trong hai cặp đó, thì tất cả chúng sẽ có cùng chiều dài, điều này sẽ ngăn chặn các chủng và phình trong chuỗi xoắn kép mà Watson và Crick biết không thể tồn tại trong phân tử thực.
Tái tạo DNA
Watson và Crick cũng nhận ra tầm quan trọng của các cặp cơ sở đối với sự sao chép DNA. Chuỗi xoắn kép đôi unzips Hướng thành hai chuỗi riêng biệt trong quá trình sao chép, chia mỗi cặp cơ sở. DNA sau đó có thể xây dựng các chuỗi mới để liên kết với từng chuỗi tách biệt ban đầu, dẫn đến hai phân tử giống hệt với chuỗi xoắn kép ban đầu.
Watson và Crick lý luận rằng nếu mỗi trong bốn cơ sở chỉ có thể liên kết với một cơ sở khác, thì phân tử DNA có thể tự sao chép nhanh chóng trong quá trình sao chép. Trong ấn phẩm năm 1953 về phát hiện của họ trên tạp chí Nature, họ đã viết về Rạn, nếu trình tự các cơ sở trên một chuỗi được đưa ra, thì trình tự trên chuỗi khác được tự động xác định. Mô hình chuỗi xoắn kép của DNA Watson và Crick đã khởi đầu một cuộc cách mạng đang diễn ra trong khoa học đời sống, và chịu trách nhiệm cho vô số tiến bộ trong các lĩnh vực nghiên cứu như di truyền học, y học và sinh học tiến hóa.