Кіріспе
1953 жылы Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Криктің ДНК-ның спиральді құрылымы туралы ғылыми мақаласы "Нуклеин қышқылдарының молекулалық құрылымы: дезоксирибозалық нуклеин қышқылының құрылымы" ДНК-ның қос спиральді құрылымын ашқан алғашқы мақала болды. Бұл құрылыш Х-сәулелік дифракция және спиральді трансформация математикасы арқылы сипатталды. Фрэнсис Крик пен Джеймс Д. Уотсон бұл мақаланы Nature ғылыми журналының 171-ші томында (1953 жылдың 25 сәуірінде) 737–738 беттерде жариялады. Мақаланың қысқалығы мен тірі организмдер туралы маңызды құпияны шешкені үшін, оны ғылымның "мұржасы" деп атайды. Бұл құпия – генетикалық ақпарат организмдерде қалай сақталады және ұрпақтан ұрпаққа қалай беріледі деген сұрақ еді. Мақалада қарапайым, әрі әдемі шешім ұсынылды, ол сол кездегі көптеген биологтарды таң қалдырды, себебі олар ДНК-ның берілу механизмін анықтау мен түсінудің қиын болатынын ойлады. Бұл жаңалық биологияға, әсіресе генетика саласына зор әсер етті, сондай-ақ келешектегі зерттеушілерге генетикалық кодты түсінуге мүмкіндік берді.
"Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid" was the first article published to describe the discovery of the double helix structure of DNA, using X ray diffraction and the mathematics of a helix transform. It was published by Francis Crick and James D. Watson in the scientific journal Nature on pages 737–738 of its 171st volume (dated 25 April 1953). This article is often termed a "pearl" of science because it is brief and contains the answer to a fundamental mystery about living organisms. This mystery was the question of how it is possible that genetic instructions are held inside organisms and how they are passed from generation to generation. The article presents a simple and elegant solution, which surprised many biologists at the time who believed that DNA transmission was going to be more difficult to deduce and understand. The discovery had a major impact on biology, particularly in the field of genetics, enabling later researchers to understand the genetic code.
Молекулалық биологияның эволюциясы
Физика мен химияны биологиялық мәселелерге қолдану молекулалық биологияның дамуына әкелді, ол әсіресе ДНК-дан ақуыздарға биологиялық ақпараттың ағыны мен салдарымен айналысады. ДНҚ-ның қос спиральді құрылымының ашылуы гендердің ДНҚ молекулаларының функционалдық бөліктері екенін және жасушалардың ДНҚ-дағы ақпаратты ақуыздар құрамына кіретін нақты аминқышқылдарына аудару жолы болуы керектігін анық көрсетті. Линус Полинг биологиялық молекулалардың құрылымын түсінуде үлкен әсер еткен химик болды. 1951 жылы Полинг ақуыздардың маңызды құрылымдық компоненті – альфа-спираль құрылымын жариялады. 1953 жылдың басында Полинг ДНҚ-ның үш спиральді моделін жариялады, бірақ кейін ол бұрыс екені анықталды. Крик және әсіресе Уотсон ДНҚ құрылымын ашу үшін Полингпен жарысып жатырмыз деп ойлады. Макс Дельбрюк кванттық физиканың кейбір биологиялық салдарына тоқталып өткен физик болды. Дельбрюктің өмірдің физикалық негізі туралы ойлары Эрвин Шредингерді «Өмір деген не?» деген кітап жазуға ынталандырды. Шредингердің кітабы Крик пен Уотсонға маңызды ықпал етті. Дельбрюктің «Фаг тобын» (бактерияларды инфекциялайтын вирустар арқылы генетиканы зерттеу) қолдауға жасаған тырысы молекулалық биологияның жалпы дамуында және әсіресе Уотсонның ғылыми қызығушылықтарының қалыптасуында маңызды рөл атқарды. Крик, Уотсон және Морис Уилкинс ДНҚ-ның қос спиральді құрылымын ашқандары үшін медицина саласындағы Нобель сыйлығына ие болды.
ДНҚ құрылымы мен қызметі
Молекуланың құрылымы мен оның функциясы әрқашан оңай байланысты бола бермейді. ДНҚ құрылымының оның функциясымен осылай анық байланысты болуын мақаланың соңында қарапайым етуретімен былай деп түсіндірді: «Біз ұсынған нақты жұптасу генетикалық материалдың көшіру механизмін ұсынатынын байқадық». «Нақты жұптасу» – Уотсон мен Крик ДНҚ моделінің маңызды ерекшелігі, яғни нуклеотидтік кішібірліктердің жұптасуы. ДНҚ-да гуанин мөлшері цитозинге, ал аденин мөлшері тиминге тең. A:T және C:G жұптары құрылымдық тұрғыдан ұқсас. Атап айтқанда, әрбір негіз жұбының ұзындығы бірдей және олар екі қант-фосфат тірегінің арасына тең орналасады. Негіз жұптары сутекті байланыстармен ұсталып тұрады, бұл химиялық тартылыстың бір түрі, оны бұзу да, қайта құру да оңай. A:T және C:G жұптарының құрылымдық ұқсастығын түсінгеннен кейін Уотсон мен Крик көп ұзамай ДНҚ-ның қос спиральді моделін жасады, спиральдің өзегіндегі сутекті байланыстар екі толықтыратын жіпті оңай көшіру үшін ажыратуға мүмкіндік береді – генетикалық молекуланың сенімді моделі үшін маңызды талап. Шындығында, негіздердің жұптасуы ДНҚ молекуласын көшірудің жолын ұсынды. Екі қант-фосфат тірегін бөліп алыңыз, әрқайсысы А, Т, Г және С компоненттерімен сутекті байланыс арқылы байланысқан. Әрбір жіпті жаңа толықтыратын негіз жұбын құрастыру үшін үлгі ретінде пайдалануға болады.
Болашақтағы ескертулер
Уотсон мен Крик ДНК-ның қос спиральді моделін жасаған кезде, Жердегі көптеген әртүрлі тіршілік нысандарының көптеген ерекшеліктері ақуыздардың арқасында мүмкін болатыны мәлім болды. Ақуыздар құрылымы бойынша – аминқышқылдарының ұзын тізбектері. ДНК деп аталатын генетикалық молекулада жасушаларда табылған мыңдаған ақуыздарды қалай жасау керектігі туралы нұсқаулардың болуы керек еді. ДНК-ның қос спиральді моделінен ДНК молекулаларындағы нуклеотидтердің тізбектік реті мен ақуыздағы аминқышқылдарының тізбектік реті арасында белгілі бір сәйкестік болуы керек екені анық болды. ДНК тізбектері жасушаларға нақты ақуыздарды жасауға қалай нұсқау беретінін молекулалық биологтар 1953-1965 жылдар аралығында анықтады. Фрэнсис Крик генетикалық кодты жақсырақ түсінуге әкелген тәжірибелердің теориясы мен талдауында маңызды рөл атқарды.
Салдарлар
ДНК қос спиральінің ашылуынан туындаған молекулалық биологиядағы басқа да жетістіктер, әрі қарай гендерді тізбектеудің жолдарына алып келді. Джеймс Уотсон Ұлттық денсаулық сақтау институттарындағы Адам геномы жобасын басқарды. ДНК-ны тізбектеу және манипуляциялау қабілеті қазір биотехнология индустриясының және қазіргі заманғы медицинаның негізгі құралына айналды. Құрылымның ерекше әдемілігі және ДНК қос спиральінің практикалық маңызы бірігіп, «Нуклеин қышқылдарының молекулалық құрылымы; Дезоксирибонуклеин қышқылының құрылымы» мақаласын ХХ ғасырдың ең маңызды биологиялық еңбектерінің біріне айналдырды.
Ынтымақтастық және дау-дамай
Уотсон мен Крик ДНК молекулалық моделін жасау үшін қажетті ақпараттың шашыраңқы фрагменттерін бірінші болып жинастырғанмен, олардың тұжырымдары басқа бірнеше зертханалардағы зерттеушілердің жинаған деректеріне негізделген. Мысалы, олар 1947 жылы Джон Массон Гулланд, Денис Джордан және олардың Нотингем университетінің колледжіндегі әріптестері ДНК-дағы сутекті байланыстарды ашқан жарияланған зерттеулерге сүйенді. Алайда, ДНК қос спиралінің ашылуында Лондон Корольдік колледжіндегі Розалинд Франклин, А. Р. Стоукс, Морис Уилкинс және Х. Р. Уилсонның жарияланбаған жұмыстарының маңызды бөлігі қолданылды. Уилкинс, Стокс және Уилсонның негізгі деректері, ал Франклин мен Гослингтің жеке деректері Ватсон мен Криктің мақаласымен бірге Nature журналының сол санында екі бөлек қосымша мақалада жарияланды. Ватсон мен Криктің мақаласында олардың Кингс колледжінің зерттеушілерінің тәжірибелік нәтижелерімен "ынталандырылғаны" айтылды, ал Уилкинс, Стокс және Уилсон да келесі үш беттік мақаласында осыған ұқсас мойындау жасады. 1968 жылы Уотсон ДНК-ның молекулалық құрылымының екі спиральді екендігін ашу туралы өте даулы автобиографиялық есебін – "Қос спираль" кітабын жариялады, оны Крик пен Уилкинс ашық қабылдамады. Бұдан бөлек, Эрвин Чаргафф 1968 жылғы 29 наурыздағы Science журналында Уотсонның кітабына "кейіпті емес шолу" жариялады. Кітапта Уотсон, басқалармен қатар, олар мен Крик Франклиннің кейбір деректеріне оның білмеген көзден қол жеткізгенін, сондай-ақ оның рұқсатысыз Франклин мен Гослингтің 1952 жылғы мамырда Лондондағы Кингсте алған В ДНК рентгендік сәулелердің дифракциялық суретін көргенін мәлімдеді. Атап айтқанда, 1952 жылдың соңында Франклин Медициналық зерттеулер кеңесіне прогресс туралы есеп ұсынды, оны сол кезде Кембридж университетінің Кавендиш зертханасында болған Макс Перутц қарады. Уотсон мен Крик Кембридждегі MRC қолдауымен Кавендиш зертханасында жұмыс істеді, ал Уилкинс пен Франклин Лондондағы Кингстегі MRC қолдауымен жұмыс істеді. Мұндай MRC есептері әдетте кеңінен таралмайтын, бірақ Крик 1953 жылдың басында Франклиннің зерттеу қорытындысының көшірмесін оқыды. Перутцтің Франклиннің B ДНК және А ДНК құрылымдарының кристаллографиялық бірлігі туралы есебін Крикке де, Уотсонға да беруін негіздеген себебі, есепте Уотсон бұрын естіген ақпарат бар еді, 1951 жылғы қарашада Франклин Крик пен Уотсонның өтініші бойынша Кингс колледжінде М. Х. Ф. Уилкинс ұйымдастырған кездесу кезінде Реймонд Гослингпен өзінің жарияланбаған нәтижелері туралы сөйлескенде; Перутц өзінің этикалық емес әрекет етпегенін, өйткені есеп әртүрлі MRC зерттеу топтары арасындағы байланысты дамытуға бағытталған және құпия емес екенін айтты. Бұл негіздеме 1951 жылғы қарашадағы кездесуге қатыспаған Крикті алып тастады, бірақ Перутц оған Франклиннің MRC есебінің деректеріне қол жеткізуді берді. Крик пен Уотсон Кейіннен Кавендиш зертханасының басшысы Уильям Лоуренс Брэггтен Франклин мен Уилкинстің деректеріне негізделген ДНК-ның қос спиральді молекулалық моделін жариялауға рұқсат алды. 1951 жылғы қарашаға қарай Уотсонның рентгендік кристаллография бойынша білімі аз болды, оның өзінің мойындауынша, сондықтан Франклиннің ДНҚ молекуласының құрылымдық симметриясы туралы айтқандарын толық түсінбеді. Алайда Крик, атомдардың спиральді құрылымдарының рентгендік сәулелердің дифракциялық үлгілерін көрсететін Бессел функцияларының Фурье түрлендірулерін білгеннен кейін, Франклиннің тәжірибелік табылғандарының бірін ДНҚ-ның екі полинуклеотидтік тізбегі қарама-қарсы бағытта жүретін қос спираль болуы мүмкін екенін көрсете отырып, дұрыс түсіндірді. Крик осылайша бұл түсіндіруді жасау үшін ерекше мүмкіндікке ие болды, өйткені ол бұрын ДНҚ-ға ұқсас спиральді симметриясы бар басқа да ірі молекулалар үшін рентгендік сәулелердің дифракциялық деректерімен жұмыс істеген. Франклин, керісінше, Крик пен Уотсон ұсынған алғашқы молекулалық модельді құру әдісін қабылдамады: 1952 жылы Уотсон Лондонға Уотсон мен Уилкинске ұсынған алғашқы ДНК моделі модельдің сыртында емес, ішіндегі гидратацияланған зарядталған топтармен анық дұрыс емес құрылымға ие болды. Уотсон өзінің "Қос спираль" кітабында мұны ашық мойындады.
Онлайн нұсқалары
Интернеттегі нұсқасы (түпнұсқа мәтін) nature.com сайтында. Ұлттық медицина кітапханасының Фрэнсис Крик құжаттары жинағындағы PDF көшірмесі. Естелік HTML нұсқасы Am J Psychiatry 160:623–624, 2003 жылғы сәуір.
National Library of Medicine's PDF copy in the Francis Crick Documents Collection. Commemorative HTML version Am J Psychiatry 160:623 624, April 2003.