70 vjetori i zbulimit të ADN-së

[Albo]

Zbulimi i heliksit të dyfishtë, 1951-1953



Zbulimi në vitin 1953 i spirales së dyfishtë, strukturës me shkallë të përdredhur të acidit deoksiribonukleik (ADN), nga James Watson dhe Francis Crick shënoi një moment historik në historinë e shkencës dhe i dha jetë biologjisë molekulare moderne, e cila kryesisht ka të bëjë me të kuptuarit se si gjenet kontrollojnë proceset kimike brenda qelizave. Me pak fjalë, zbulimi i tyre solli njohuri të reja në kodin gjenetik dhe sintezën e proteinave. Gjatë viteve 1970 dhe 1980, ajo ndihmoi në prodhimin e teknikave të reja dhe të fuqishme shkencore, veçanërisht kërkimin rikombinant të ADN-së, inxhinierinë gjenetike, renditjen e shpejtë të gjeneve dhe antitrupat monoklonale, teknika mbi të cilat është themeluar industria e sotme e bioteknologjisë shumë miliardë dollarëshe. Përparimet kryesore aktuale në shkencë, përkatësisht gjurmët gjenetike të gishtërinjve dhe mjekësia ligjore moderne, hartëzimi i gjenomit njerëzor dhe premtimi, ende të paplotësuara, të terapisë gjenetike, të gjitha e kanë origjinën në veprën e frymëzuar të Watson dhe Crick. Spiralja e dyfishtë jo vetëm që ka riformuar biologjinë, por është bërë një ikonë kulturore, e përfaqësuar në skulpturë, art pamor, bizhuteri dhe lodra.



Studiuesit që punonin në ADN në fillim të viteve 1950 përdorën termin "gjen" për të nënkuptuar njësinë më të vogël të informacionit gjenetik, por ata nuk e dinin se si dukej një gjen në të vërtetë strukturisht dhe kimikisht, ose se si u kopjua, me shumë pak gabime, gjenerim. pas brezi. Në vitin 1944, Oswald Avery kishte treguar se ADN-ja ishte "parimi i transformimit", bartësi i informacionit trashëgues, në bakteret pneumokokale. Megjithatë, shumë shkencëtarë vazhduan të besonin se ADN-ja kishte një strukturë shumë uniforme dhe të thjeshtë për të ruajtur informacionin gjenetik për të krijuar organizma të gjallë komplekse. Materiali gjenetik, arsyetuan ata, duhet të përbëhet nga proteina, molekula shumë më të ndryshme dhe më të ndërlikuara të njohura për kryerjen e një sërë funksionesh biologjike në qelizë.

Crick dhe Watson e kuptuan, në një fazë të hershme të karrierës së tyre, se marrja e një njohurie të hollësishme të konfigurimit tredimensional të gjenit ishte problemi qendror në biologjinë molekulare. Pa një njohuri të tillë, trashëgimia dhe riprodhimi nuk mund të kuptoheshin. Ata e kapën këtë problem gjatë takimit të tyre të parë, në verën e vitit 1951, dhe e ndoqën atë me një fokus të vetëm gjatë tetëmbëdhjetë muajve të ardhshëm. Kjo nënkuptonte marrjen përsipër të detyrës së mundimshme intelektuale për t'u zhytur në të gjitha fushat e shkencës të përfshira: gjenetikë, biokimi, kimi, kimi fizike dhe kristalografi me rreze X. Duke u mbështetur në rezultatet eksperimentale të të tjerëve (ata nuk kryen eksperimente të tyre të ADN-së),

Studiues të tjerë kishin bërë gjetje të rëndësishme, por në dukje të palidhura në lidhje me përbërjen e ADN-së; Watson-it dhe Crick-ut i takuan të unifikojnë këto gjetje të ndryshme në një teori koherente të transferimit gjenetik. Kimisti organik Alexander Todd kishte përcaktuar se shtylla kurrizore e molekulës së ADN-së përmbante grupe të sheqerit të përsëritur të fosfatit dhe deoksiribozës. Biokimisti Erwin Chargaff kishte zbuluar se ndërsa sasia e ADN-së dhe e katër llojeve të bazave të saj - bazat purine adenina (A) dhe guanina (G), dhe bazat pirimidine citozina (C) dhe timina (T) - ndryshonin. gjerësisht nga speciet në specie, A dhe T shfaqeshin gjithmonë në raporte një me një, ashtu si G dhe C. Maurice Wilkins dhe Rosalind Franklin kishin marrë imazhe me rreze X me rezolucion të lartë të fibrave të ADN-së që sugjeronin një spirale, tapash- si forma. Linus Pauling, pastaj bota' Kimisti kryesor fizik, kishte zbuluar kohët e fundit spiralen alfa me një fije floku, strukturë që gjendet në shumë proteina, duke i shtyrë biologët të mendojnë për format spirale. Për më tepër, ai kishte qenë pionier i metodës së ndërtimit të modeleve në kimi, me anë të së cilës Watson dhe Crick do të zbulonin strukturën e ADN-së. Në të vërtetë, Crick dhe Watson kishin frikë se ata do të hidheshin në skenë nga Pauling, i cili propozoi modelin e tij të ADN-së në shkurt 1953, megjithëse struktura e tij spirale me tre fije u tregua shpejt e gabuar.

Atëherë ishte koha për zbulimin e tyre. Pas disa përpjekjeve të dështuara për ndërtimin e modelit, duke përfshirë versionin e tyre fatkeq me tre fije dhe një në të cilin bazat ishin çiftuar si me të ngjashme (adenina me adeninë, etj.), Ata arritën përparimin e tyre. Jerry Donohue, një kimist fizik vizitor nga Shtetet e Bashkuara që ndante zyrën e Watson dhe Crick për vitin, vuri në dukje se konfigurimi për unazat e karbonit, azotit, hidrogjenit dhe oksigjenit (elementet e të katër bazave) në timinë dhe guaninë dhënë në shumicën e teksteve të kimisë ishte e pasaktë. Më 28 shkurt 1953, Watson, duke vepruar sipas këshillës së Donohue, i vendosi dy bazat në formën e tyre të saktë në modele kartoni duke lëvizur një atom hidrogjeni nga një pozicion ku ai lidhej me oksigjenin në një pozicion fqinj ku lidhej me azotin. Ndërsa lëvizte rreth pjesëve të kartonit të molekulave të sakta në tryezën e tij të zyrës, Watson kuptoi me frymëzim se A, kur bashkohej me T, ngjante shumë me një kombinim të C dhe G, dhe se çdo palë mund të mbante së bashku me duke formuar lidhje hidrogjenore. Nëse A çiftohej gjithmonë me T-në dhe po ashtu C-ja me G, atëherë jo vetëm që llogariteshin rregullat e Chargaff (që në ADN, sasia e A është e barabartë me T dhe C ajo e G), por çiftet mund të përshtateshin mirë midis dy shtyllat spirale sheqer-fosfat të ADN-së, shinat e jashtme të shkallës. Bazat lidheshin me dy shtyllat kurrizore në kënde të drejta, ndërsa shtyllat kurrizore ruanin formën e tyre të rregullt ndërsa mbështilleshin rreth një boshti të përbashkët, të gjitha këto ishin karakteristika strukturore të kërkuara nga provat me rreze X. Në mënyrë të ngjashme,

Watson dhe Crick botuan gjetjet e tyre në një letër me një faqe, me titullin e nënvlerësuar "Një Strukturë për Acidin Nukleik Deoksiriboz", në të përjavshmen shkencore britanike Nature .më 25 prill 1953, ilustruar me një vizatim skematik të spirales së dyfishtë nga gruaja e Crick, Odile. Hedhja e monedhës vendosi renditjen në të cilën ata u emëruan si autorë. Kryesorja ndër "tiparet e reja" me "interes të konsiderueshëm biologjik" që ata përshkruan ishte çiftimi i bazave në brendësi të dy shtyllave kurrizore të ADN-së: A=T dhe C=G. Rregulli i çiftëzimit sugjeroi menjëherë një mekanizëm kopjimi për ADN-në: duke pasur parasysh sekuencën e bazave në një varg, ajo e tjetrës përcaktohej automatikisht, që do të thoshte se kur dy zinxhirët ndaheshin, secili shërbente si një shabllon për një zinxhir të ri plotësues. Watson dhe Crick zhvilluan idetë e tyre rreth riprodhimit gjenetik në një artikull të dytë në Nature , botuar më 30 maj 1953.

Të dy kishin treguar se në ADN, forma është funksion: molekula me dy vargje mund të prodhonte kopje të sakta të vetvetes dhe të mbante udhëzime gjenetike. Gjatë viteve në vijim, Crick shtjelloi implikimet e modelit të dyfishtë spirale, duke avancuar hipotezën, revolucionare atëherë, por gjerësisht e pranuar që atëherë, se sekuenca e bazave në ADN formon një kod me anë të të cilit informacioni gjenetik mund të ruhet dhe transmetohet.

Megjithëse njihet sot si një nga punimet shkencore kryesore të shekullit të njëzetë, artikulli origjinal i Watson dhe Crick në Nature nuk u citua shpesh në fillim. Rëndësia e saj e vërtetë u bë e dukshme dhe qarkullimi i tij u zgjerua, vetëm nga fundi i viteve 1950, kur struktura e ADN-së që ata kishin propozuar u tregua se siguronte një mekanizëm për kontrollin e sintezës së proteinave dhe kur përfundimet e tyre u konfirmuan në laborator nga Matthew Meselson. , Arthur Kornberg dhe të tjerë.

Vetë Crick e kuptoi menjëherë rëndësinë e zbulimit të tij dhe të Watson. Siç kujtoi Watson, pas zbulimit të tyre konceptual më 28 shkurt 1953, Crick u deklaroi klientëve të drekës së mbledhur në The Eagle se ata kishin "gjetur sekretin e jetës". Vetë Crick nuk mbante mend një njoftim të tillë, por kujtoi se i tha gruas së tij atë mbrëmje "se ne dukej se kishim bërë një zbulim të madh". Ai zbuloi se “vite më vonë ajo më tha se nuk kishte besuar asnjë fjalë të saj”. Ndërsa ai rrëfeu fjalët e saj: "Ti gjithmonë ktheheshe në shtëpi dhe thoshe gjëra të tilla, kështu që natyrisht nuk mendova asgjë për këtë."

Rrëfimet retrospektive të zbulimit të strukturës së ADN-së kanë vazhduar të shkaktojnë një masë polemikash. Crick u zemërua nga përshkrimi i Watson-it për bashkëpunimin e tyre në The Double Helix (1968), duke e kritikuar librin si një tradhti të miqësisë së tyre, një ndërhyrje në privatësinë e tij dhe një shtrembërim të motiveve të tij. Ai bëri një fushatë të pasuksesshme për të parandaluar botimin e saj. Ai përfundimisht u pajtua me bestsellerin e Watson-it, duke arritur në përfundimin se nëse ai paraqet një portret të pafavorshëm të një shkencëtari, ai ishte i Watson-it, jo i tij.

Një polemikë më e qëndrueshme është krijuar nga përdorimi nga Watson dhe Crick i provave kristalografike të Rosalind Franklin të strukturës së ADN-së, të cilat iu treguan atyre, pa dijeninë e saj, nga kolegu i saj i larguar, Maurice Wilkins dhe nga Max Perutz. Provat e saj treguan se dy shtyllat kurrizore sheqer-fosfat shtriheshin në pjesën e jashtme të molekulës, konfirmuan hamendjen e Watson dhe Crick se shtyllat kurrizore formonin një spirale të dyfishtë dhe i zbuluan Crick-ut se ato ishin antiparalele. Kështu, puna e shkëlqyer eksperimentale e Franklin rezultoi vendimtare në zbulimin e Watson dhe Crick. Megjithatë, ata i dhanë asaj mirënjohje të pakët. Edhe kështu, Franklin nuk kishte mëri ndaj tyre. Ajo i kishte paraqitur gjetjet e saj në një seminar publik në të cilin i kishte ftuar të dy. Ajo shpejt la kërkimin e ADN-së për të studiuar virusin e mozaikut të duhanit. Ajo u bë mike me Watson dhe Crick, dhe e kaloi periudhën e fundit të faljes nga kanceri ovarian në shtëpinë e Crick (Franklin vdiq në 1958). Crick besonte se ai dhe Watson i përdorën siç duhet provat e saj, ndërkohë që pranuan se qëndrimi i tyre patronues ndaj saj, aq i dukshëm nëHelix i dyfishtë , pasqyroi konventat bashkëkohore të gjinisë në shkencë.

Burimi: NIH

[Albo]

Këtu është amerikani James Watson duke folur për zbulimin, për të cilin ai fitoi një çmim Nobel në Fiziologji dhe Mjekësi në 1962 së bashku me bashkë-zbuluesin Francis Crick, një fizikant britanik.

[ATMAN]

James Watson është një nga pionierët e biologjisë molekulare dhe ka kontribuar thellësisht në këtë fushë. Në fakt, ai është një nga autorët kryesorë të librit "The Molecular Biology of the Cell", i cili është një nga librat më të rëndësishëm të biologjisë molekulare dhe ka ndikuar thellësisht në fushën e gjenetikës molekulare dhe biologjisë së qelizës.

Në vitet 1960 dhe 1970, Watson ishte drejtor i Laboratorit të Cold Spring Harbor në New York, një institucion i rëndësishëm shkencor që ka kryer shumë hulumtime të rëndësishme në fushën e gjenetikës molekulare dhe biologjisë molekulare. Ai ka punuar në shumë hulumtime të rëndësishme në këtë laborator, duke përfshirë studime mbi strukturën e proteinave dhe funksionet e tyre në qelizë. Ai gjithashtu ka punuar në fushën e gjenetikës së mikrobëve, duke studiuar rreziqet e infeksioneve dhe zhvillimin e barnave antimikrobiale.

Përveç kontributit të tij në zbulimin e strukturës së ADN-së, Watson ka punuar edhe në fushën e sekuencongjimit të ADN-së dhe identifikimit të gjenomit njerëzor. Ai ka qenë i angazhuar në projekte të rëndësishme si Human Genome Project dhe Cancer Genome Atlas, që kanë ndihmuar në identifikimin e mutacioneve gjenetike dhe rrezikut të kancerit.

Në përgjithësi, kontributet e James Watson në fushën e biologjisë molekulare janë të jashtëzakonshme dhe kanë ndikuar thellësisht në kuptimin tonë të strukturës dhe funksionit të qelizës dhe gjenetikës së saj.

Në fakt, zbulimi i spirales së dyfishtë të ADN-së nga Watson dhe Crick ishte një moment kryesor në historinë e biologjisë molekulare dhe ka ndikuar thellësisht në kuptimin tonë të gjenetikës dhe funksionit të qelizës. Struktura e ADN-së është e rëndësishme sepse ajo tregon se si informacioni gjenetik është i kodifikuar dhe i transmetuar në qelizat e gjallesave. Në veçanti, spirala e dyfishtë e ADN-së tregon se si bazat azotike të molekulës (adenina, timina, guanina dhe citozina) janë të lidhura me njëri-tjetrin nëpërmjet lidhjeve hidrogjeni dhe formojnë një shkallë të përdredhur.

Kjo strukturë e ADN-së ka ndihmuar në kuptimin e procesit të replikimit të ADN-së, i cili është procesi ku qeliza e gjallesave kopjon ADN-në e saj para ndarjes së saj në dy qeliza të reja. Në replikim, shkalla e përdredhur e ADN-së hapet dhe bazat azotike kopjohen dhe lidhen sërish me njëri-tjetrin për të formuar dy molekula të reja të ADN-së.

Në kuptimin e gjenetikës, spirala e dyfishtë e ADN-së tregon se si gjenet janë të kodifikuara në sekuencën e bazave azotike të molekulës së ADN-së. Kjo sekuencë e bazave azotike përcakton se si proteina do të prodhohen dhe si do të funksionojnë në qelizën e gjallesave.

Për këto arsye, zbulimi i strukturës së ADN-së nga Watson dhe Crick ishte një moment kryesor në historinë e shkencës dhe i dha jetë biologjisë molekulare moderne. Kontributet e tyre kanë ndikuar thellësisht në fushën e gjenetikës molekulare dhe biologjisë së qelizës dhe kanë hapur rrugën për zhvillimet e mëtejshme në fushën e shkencave biologjike.

Struktura e ADN-së është e rëndësishme për zhvillimin e sëmundjeve gjenetike, pasi ndryshimet në sekuencën e bazave azotike të molekulës së ADN-së mund të shkaktojnë sëmundje të trashëgueshme. Këto ndryshime ose mutacione mund të ndodhin natyrshëm ose mund të shkaktohen nga faktorë të jashtëm si rrezatimi, substancat kimike dhe infeksionet.

Nëse një mutacion ndodh në një gjen, mund të ndikojë në funksionin e proteinit që kjo gjen prodhon. Nëse funksioni i proteinës është ndryshuar ose i humbur, kjo mund të shkaktojë sëmundje gjenetike. Për shembull, mutacionet në gjenin që kodifikon proteinën hemoglobinën mund të shkaktojnë sëmundje të njohura si anemia sëmundje të hemoglobinës, të cilat karakterizohen nga prodhimi i një hemoglobine të ndryshme apo të pa-funksional, për shkak të ndryshimeve në sekuencën e bazave azotike të ADN-së.

Në disa raste, mutacionet në ADN mund të shkaktojnë zhvillimin e sëmundjeve të trashëgueshme siç janë fibroza cistike, Huntingtoni, distrofia muskulore dhe anemia sëmundje të hemoglobinës. Këto sëmundje mund të shfaqen në fëmijët e personave që kanë një kopje të mutuar të gjenit prindër të tyre, dhe mund të ndikojnë në shëndetin e tyre në mënyra të ndryshme.

Në përgjithësi, struktura e ADN-së është e rëndësishme për kuptimin e sëmundjeve gjenetike dhe zhvillimin e terapive të reja që mund të ndihmojnë në trajtimin e tyre. Studimi i sekuencës së bazave azotike të ADN-së dhe identifikimi i mutacioneve mund të ndihmojë në kuptimin e sëmundjeve gjenetike dhe në zhvillimin e terapive të reja që mund të trajtojnë këto sëmundje.

[ATMAN]

Zbulimi i strukturës së ADN-së nga Watson dhe Crick ishte një moment kryesor në historinë e biologjisë molekulare dhe gjenetikës molekulare. Ky zbulim ka hapur rrugën për zhvillime të mëtejshme në fushën e këtyre shkencave, duke përfshirë:

1. Klonimi i gjenit: Pasi u kuptua struktura e ADN-së, u bë e mundur të klonohen gjenet. Kjo mundësoi zhvillimin e teknikave të reja për prodhimin e proteina në sasi të mëdha, si dhe për të kuptuar funksionin e gjenit dhe se si ai ndikon në sëmundje.

2. Sekuenca e genomës: Përmes teknologjive të reja, u bë e mundur të sekuencohen genomat e organizmave të ndryshëm dhe të identifikohen sekuencat e bazave azotike të tyre. Kjo ka ndihmuar në kuptimin e sëmundjeve gjenetike dhe në identifikimin e mutacioneve të ADN-së që shkaktojnë sëmundje.

3. Terapia gjenike: Zhvillimi i teknologjive të reja ka mundësuar terapinë gjenike, në të cilën një gjen i cili është i mutuar ose i dëmtuar zëvendësohet me një kopje të re të funksionale të tij. Kjo mund të trajtojë sëmundje të trashëgueshme, siç është fibroza cistike, distrofia muskulore dhe sëmundjet e trashëgueshme të hemoglobinës.

4. Informatika e molekulave: Zhvillimi i informatikës molekulare dhe i teknikave të modelimit kompjuterik ka mundësuar modelimin dhe kuptimin e strukturës së molekulave biologjike, duke ndihmuar në kuptimin e funksionit të tyre dhe në identifikimin e ilaçeve të reja.

5. Biologjia sintetike: Zhvillimi i biologjisë sintetike ka mundësuar prodhimin e molekulave biologjike dhe organizmave të rinj me qëllim të specifikës së caktuar, duke hapur rrugën për aplikime të reja në fushën e mjekësisë, teknologjisë dhe energjisë së pastër.

Këto janë disa nga zhvillimet kryesore në fushën e biologjisë molekulare dhe gjenetikës molekulare pas zbulimit të strukturës së ADN-së. Zbulimi i ADN-së ka ndikuar thellësisht në fushën e biologjisë dhe ka çuar në zhvillime të mëtejshme në kuptimin tonë të gjenetikës dhe funksionit të qelizave.