Nel 1953, due scienziati di nome James Watson e Francis Crick risolvono un enigma monumentale. Hanno scoperto la struttura di una molecola chiamata acido nucleico desossiribosio - o come la maggior parte della gente lo conosce - DNA. Quasi tutti gli organismi viventi, inclusi gli umani, si affidano al DNA per impacchettare e copiare i geni. Mentre gli scienziati lo sospettavano prima del 1953, non sapevano ancora come il DNA si copiasse da solo o impacchettava le informazioni ereditarie. La chiave per la capacità del DNA di dividere e copiare se stessa è stata anche la chiave per l'innovazione di Watson e Crick: la scoperta delle coppie di basi.

TL; DR (Troppo lungo; non letto)

James Watson e Francis Crick hanno sviluppato modelli usando ritagli di cartone che li hanno aiutati a scoprire coppie di basi in modo fortuito attraverso tentativi ed errori.

La struttura del DNA

Immagina il modello a doppia elica del DNA come una scala contorta con telaio fatto di un composto chiamato fosfato di zucchero. I pioli della scala consistono in composti chiamati nucleotidi o basi. Ci sono quattro basi nella molecola del DNA: adenina, citosina, guanina e timina. In ogni piolo della scala, due dei quattro nucleotidi si legano insieme con un legame idrogeno. Queste sono le coppie di basi. La particolare sequenza di coppie di basi in una molecola di DNA è ciò che spiega le differenze nei tratti genetici.

Rosalind Franklin e la doppia elica

Mentre Watson e Crick studiavano la struttura del DNA, uno scienziato di nome Rosalind Franklin ha sviluppato un metodo efficace per scattare fotografie a raggi X del DNA. Le sue immagini hanno rivelato due linee perpendicolari che creano una forma incrociata al centro della molecola. Quando Franklin lasciò la sua posizione al King's College, lasciò le sue fotografie con un collega di nome Maurice Wilkins. Poco dopo, Wilkins consegnò questi oggetti a Watson e Crick. Non appena Watson vide le fotografie di Franklin, capì che la forma a incrocio significava che la molecola del DNA doveva essere a doppia elica. Ma la loro svolta era tutt'altro che completa.

Una scoperta fortuita dell'accoppiamento di base

Watson e Crick sapevano che il DNA conteneva quattro basi e che si univano l'un l'altro in qualche modo per creare il doppio forma dell'elica. Tuttavia, hanno lottato per concettualizzare un modello di DNA che fosse liscio e senza tensioni - uno che avesse senso biochimico. Watson costruì ritagli di cartone delle basi e passò del tempo a riordinarli su un tavolo per aiutarlo a immaginare possibili strutture. Una mattina, spostando i pezzi, si imbatté in una disposizione di basi che aveva senso. Anni dopo, Crick descrisse questo momento cruciale come "non per logica ma per serendipità".

I ricercatori realizzarono che quando l'adenina e la timina si univano tra loro, formavano una scala a pioli della stessa lunghezza di un piolo fatto di una coppia citosina-guanina. Se tutti i pioli consistessero in una di queste due coppie, sarebbero tutti della stessa lunghezza, il che impedirebbe alle deformazioni e ai rigonfiamenti della doppia elica che Watson e Crick sapevano non esistere nella vera molecola.

Replicazione del DNA

Watson e Crick hanno anche compreso il significato delle coppie di basi per la replicazione del DNA. La doppia elica "decomprime" in due filamenti separati durante la replicazione, dividendo ciascuna coppia di basi. Il DNA è quindi in grado di costruire nuovi filamenti per legarsi a ciascuno dei filamenti separati originali, risultando in due molecole che sono entrambe identiche alla doppia elica originale.

Watson e Crick ragionavano sul fatto che se ognuna delle quattro basi potrebbe legarsi solo con un'altra base, quindi la molecola del DNA potrebbe copiarsi rapidamente durante la replicazione. Nella loro pubblicazione del 1953 sulle loro scoperte sulla rivista Nature, scrissero "... se viene data la sequenza di basi su una catena, allora la sequenza sull'altra catena viene determinata automaticamente." Il modello di DNA a doppia elica di Watson e Crick lanciò una rivoluzione in corso nelle scienze della vita ed è responsabile di innumerevoli progressi in campi di studio come la genetica, la medicina e la biologia evolutiva.