Watson y Crick en la ciencia molecular
Desde 1951, Watson y Crick han construido tres modelos moleculares de ADN. Cuando construyen el modelo, no sólo consideran su estructura, sino que también conectan siempre la función y la información del ADN. El modelo que necesitaban construir no sólo debía cumplir con los últimos datos de la investigación en física, química y matemáticas, como los resultados de la difracción de rayos X y los requisitos mecánicos del emparejamiento de bases, sino que también debía cumplir con los conocimientos bioquímicos, como el tipo de cetona, el hidrógeno. enlace, ángulo de enlace, etc., y lo que es más importante, es una idea muy avanzada para permitir que el ADN explique la teoría de la genética y el metabolismo.
El primer modelo es una estructura de tres cadenas. Esto se basó en una comprensión incorrecta de los datos experimentales y finalmente fracasó. Pero no se desanimaron y continuaron recopilando materiales y consultando información. Las fotografías de difracción de rayos X del ADN tipo B de Franklin y el análisis de Chargav de la composición química del ADN dieron a Watson y Crick una gran inspiración. El segundo modelo que establecieron fue una hélice bicatenaria, con el esqueleto de azúcar y fosfato en el exterior, y las bases dispuestas en pares en el interior. Las bases están surtidas, es decir, A y A, C y C, G y. G y T. Emparejado con T. Este modelo también falló debido a un error en el método de emparejamiento. Aunque esta vez volvió a fracasar, aprendieron muchas lecciones útiles y sentaron las bases para construir con éxito un tercer modelo. El 20 de febrero de 1953, Watson tuvo una idea y abandonó el esquema de emparejamiento básico y adoptó el esquema de emparejamiento complementario básico, y finalmente lo logró. Después de otras tres semanas de repetidas comprobaciones y mejoras, Watson y Crick finalmente lograron establecer un modelo de la estructura de doble hélice de la molécula de ADN el 18 de marzo y lo publicaron en la revista británica Nature el 25 de abril. Se ha presentado al mundo el modelo de estructura de doble hélice regular de la molécula de ADN. Los puntos clave son los siguientes: la molécula de ADN está formada por dos largas cadenas paralelas de desoxirribonucleótidos que giran en espiral hacia la derecha y en la molécula de ADN se alternan; unidas y dispuestas en el exterior Constituyendo el esqueleto básico, las bases están dispuestas en el interior; las bases de las dos cadenas están conectadas a través de enlaces de hidrógeno para formar pares de bases, es decir, el par A y T, C y C; dos largas cadenas de desoxinucleótidos en la molécula de ADN Los átomos están dispuestos en direcciones opuestas, uno es 5'→3' y el otro es 3'→5'
Unas semanas más tarde, Watson y Crick continuaron propuesto en la revista "Nature" la hipótesis de la replicación molecular del ADN: un mecanismo de replicación semiconservador que ofrece amplias perspectivas para seguir revelando los misterios de la información genética. Incluso antes de que se descubriera la estructura molecular del ADN en 1953, Watson predijo la ruta de transmisión de información genética del ADN a la proteína: "ADN → ARN → Proteína", pero carecía de un análisis en profundidad. En 1958, Crick propuso el dogma central de la información genética, trazando todos los flujos de información posibles entre tres sustancias: ADN, ARN y proteínas. Más tarde, después de que la gente aclaró la existencia y el papel de tres tipos de ARN, a saber, ARNm, ARNr y ARNt, aprendieron que el ADN se puede transcribir para formar ARNm. El ARNm pasa a través del poro nuclear y ingresa al citoplasma. como plantilla para sintetizar proteínas, Crick modificó el dogma central.
En 1965, los científicos descubrieron la ARN replicasa, lo que indicaba que el ARN podía replicarse a sí mismo. En 1970, H.M. Temin y D. Baltimore aislaron una transcriptasa inversa en una célula huésped infectada por un virus de ARN, que puede hacer que el ARN se convierta anormalmente en ADN, integrándose así en las células huésped. Basándose en estas condiciones reales, Crick revisó nuevamente el dogma central en 1970. En esta revisión, creía que la transferencia directa de información genética del ADN a las proteínas era sólo una suposición teórica.
El dogma central explica razonablemente la conexión y división del trabajo entre los ácidos nucleicos y las proteínas: la función de los ácidos nucleicos es almacenar y transferir información genética, y guiar y controlar la síntesis de proteínas; Es llevar a cabo el metabolismo y como componente de la estructura celular. Cuando se dio a conocer al mundo la estructura de doble hélice de la molécula de ADN, la gente se dio cuenta de que la disposición de las cuatro bases contenía una enorme cantidad de información. Si se trata de un ADN compuesto por 100 desoxinucleótidos, entonces la cantidad máxima de información que contiene alcanzará los 4100. Este número es 1000 veces mayor que el número total de átomos del sistema solar, por lo que ha despertado un gran interés entre los científicos, quienes. Quiero descifrar la contraseña genética.
A través del razonamiento, la gente puede ver claramente que la disposición de 4 bases determina la disposición de 20 aminoácidos en la proteína. Simplificado en permutaciones y combinaciones matemáticas, solo puede ser 4 → 20. Para satisfacer el número 20, la disposición completa. de 4 sólo puede ser 43 = 64, lo que puede proporcionar suficiente información para codificar 20 aminoácidos. Inicialmente se estableció el esquema de código triplete, es decir, las tres bases adyacentes en la molécula de ARNm se denominan triplete, que puede determinar un aminoácido en el polipéptido, por lo que el triplete de ARNm también se denomina codón.
Crick creía que no sólo existía un diccionario de cifrados tripletes, sino también posiblemente un cifrado inicial, un cifrado final y un cifrado sinónimo. Con los incansables esfuerzos de Crick y muchos científicos, el código genético se descifró en 1966: ① Todos los códigos genéticos están compuestos por tres nucleótidos consecutivos ② El codón de muchos aminoácidos no es uno, sino que consta de muchos aproximados La composición de nucleótidos de; es decir, hay un código degenerado; ③ Entre las 64 combinaciones de 3 bases, 61 se pueden usar para codificar varios aminoácidos, entre los cuales AUG y GUG también son las señales de inicio para la traducción, llamadas codones de inicio. codifican cualquier aminoácido, todos son símbolos de parada codificados, que son UAA, UAG y UGA, llamados codones de parada. A partir de esto podemos ver cuán precisa era la conjetura de Crick, y vemos a un científico que realmente capta el pulso de la ciencia, cuán clarividente es su visión y cuán claro es su pensamiento.
En 1969, con los continuos esfuerzos de Crick y otros científicos, superaron varias dificultades y finalmente conectaron la disposición de las bases en los ácidos nucleicos con la síntesis de proteínas, formando una tabla de códigos genéticos que dejó claro a las personas. comprender rápidamente el código triplete de bases en la síntesis de aminoácidos. A menudo se la compara con la tabla periódica de elementos de Mendeleev, que es un hito importante en la historia de la biología.
El modelo de estructura de doble hélice de las moléculas de ADN creado por Watson y Crick se confirmó en investigaciones científicas posteriores y promovió en gran medida el desarrollo de la biología molecular. En 1962 ambos ganaron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.