La doppia elica 63 anni dopo

Una buona occasione per leggere il libro di James Watson  “La doppia Elica” è la ricorrenza del 63 anniversario e mezzo della pubblicazione della famoso articolo su Nature sulla scoperte del DNA. Il 23 Aprile 1953 James Watson e Francis Crick pubblicavano la struttura del DNA  su Nature .

ResearchBlogging.org

“La doppia elica” è una romanzo affascinante scritto con humor e “a volte” molto onesto. Dico “a volte” perchè l’onestá e l’etica professionale di James (soprannominato Jim) è stata messa in discussione.

Merito della scoperta della struttura del DNA deve essere condiviso con Rosalind Franklin e Maurice Wilkins che lavoravano all’Imperial College di Londra. Rosalind soprattutto ebbe un ruolo fondamentale nella scoprta: produsse i dati di cristallografia che, interpretati da W & C portatono alla scoperta della struttura. Il rapporto che Watson e Crick ebbero con Rosalind fu difficile: Da un lato l’establishment scientifico non voleva che i baldi giovanotti di Cambridge facessero concorrenza al laboratorio di Wilkins e Rosalind, dall’altro lato Rosalind aveva un carattere difficile ed era spesso in conflitto con Watson e Maurice. Watson, con il suo tipico humor un po’ “obliquo” non risparmia delle critiche offensive a Rosalind scrivendo che, dato il suo carattere scorbutico, Maurice avrebbe preferito che Rosalind lavorasse in un altro laboratorio.

Nel 1962 Watson e Crick divisero il premio Nobel con Wilkins per la scoperta, è la nascita della genetica moderna e della biologia molecolare.

Grazie alla struttura del DNA che oggi conosciamo meglio le basi molecolari di molte malattie, abbiamo dei test per individuare in fase precoce malattie ereditarie, abbiano le prime terapie geniche e possiamo coltivare gli OGM. Probabilmente molte delle promesse della genetica non sono state mantenute e molti dei progressi ci vengono ora presentati come incubi.

Watson non fa mistero della sua ignoranza in fatto di cristallografia e chimica organica e deve molto a Crick che gli spiega le nozioni fondamentali. Considera la sua pigrezza come punto d’onore ed evitare accuratamente lo studio di materie troppo complicate.

Watson ci racconta sinceramente come non si ricordi un valore importante sulla struttura del DNA sentito durante un seminario di Rosalin Franklin e riporti a Crick un valore completamente sbagliato.

In effetti questa semplicità sarà il suo punto di forza, ha una visione semplice ma non semplicista del problema.

- Guarda Jim, questa é una base -Uh?

– Guarda Jim, questa é una base
-Uh?

Watson non risparmia complimenti all’establishment scientifico dell’epoca che definisce pieno di …

.. cantakerous stupids: a goodly number of scientist are not only narrow-minded and dull but also just stupid.

… e a volte si ha l’impressione che questa opinione sia estesa a tutta l’umanità.

Una cosa che affascina in questa scoperta è che nè Watson nè Crick hanno portato il bench’è minimo contributo “sperimentale” alla soluzione del problema ma, utilizzando dati prodotti da Rosalin Franklin a Maurice Wilkins nel loro laboratorio a Londra. W & C hanno dato un contributo prettamente teorico. Il loro genio è stato selezionare le informazioni utili eliminando il rumore di fondo per produrre una struttura elegante e semplice (elementre, Watson, elementare…). Vediamo quali erano i dati in mano a James e Francis.

Gli elementi che Watson e Crick avevano in mano per la struttura del DNA:

Quante eliche contiene il DNA?

La struttura doveva essere ad elica Lo aveva scoperto Maurice Wilkins grazie a studi di diffrazione a raggi X sul DNA. La struttura doveva contenere due eliche (risultato degli esperimenti di Franklin), se si prende in considerazione il peso dell’acqua nella struttura del DNA B. Ma nel periodo appena precedente la risoluzione della struttura Rosalind Franklin ottenne dei risultati che la portarono a credere che le eliche fossero tre.

Le eliche devono essere antiparallele.

Il piano delle basi di cui è composto un nucleotide doveva essere perpendicolare al piano dell’atomo di zucchero (scoperta di Furberg nel 1949).

La posizione del fosforo:

Il fosforo deve stare all’esterno della molecola e non all’interno. I fosfati sono gruppi carichi negativamente e devono essere esposti all’esterno per rendere la struttura più solubile (era una cosa che Rosalind aveva scoperto.)

Pochi mesi prima della pubblicazione anche Linus Pauling propose una struttura del DNA. La notizia gettò nel panico i nostri eroi. Che Pauling, pioniere degli studi strutturali e in odore di premio Nobel, si cimentasse all’impresa significava una concorrenza troppo grande. Fortunatamente prese una cantonata e propose una struttura con 3 eliche e con il fosforo all’esterno. In questo video la ricostruzione della struttura fatta da Cold Spring Harbor Laboratory

 

Il tipo di legame tra le eliche:

Come stavano insieme le due (o tre) eliche del DNA? Con legami tra i fosfati?, attraverso “ponti” di Mg? per mezzo di legami ad idrogeno?. Francis pensava che non potevano essere i legami ad idrogeno perche deboli e non specifici. Non permettevano una esatta duplicazione o una forza sufficiente per permettere un accoppiamento specifico necessario per la duplicazione esatta del codice genetico. Francis aveva cercato sperimentalmente di fare accoppiare le basi di adenina e di timina in acqua, ma non era riuscito.

L’accoppiamento delle basi e la loro struttura.

Le 4 basi si devono accoppiare a due a due come dice la legge di Chargaf, ma i suoi risultati sperimentali hanno una variabilità del  10%.

La prima ipotesi di Watson fu un accoppiamento Adenina con Adenina (A:A), Timina con Timina (T:T), Guanina con Guanina  (G:G) e Citosina con Citosina (C:C) ma questo dava una struttura impossibile perche la catena laterale dell’elica avrebbe dovuto zizagare.

La soluzione é: le 4 basi si accoppiano A:T e G:C con legami idrogeno. Questo è fondamentalmente il solo contributo di W & C alla comprensione della struttura del DNA. Piu tardi entrambi si attribuirono poi il merito di questa intuizione.

Si ma come ? Ma le G e T possono avere due forme tautomerichr (qui), una chetonica e la seconda enolica ma in questa ultima forma gli accopiamenti non si possono formare.

In più tutti i libri di chimica all’epoca presentavano  Guanina e la Timina in forma enolica. Il cristallografo americano Jerry Donohue, che lavorave nello stesso laboratorio di Watson, spiega a Watson che la forma chetonica era la forma tautomerica nella quale si trovavano le basi e non la forma enolica riportata sui libri. Jerry sostiene che i chimici organici del tempo favorivano arbitratriamente la forma enolica ma che ció era sbagliato. Solo nella forma chetonica le basi avevano un carica positiva si potevano accoppiare con dei legami ad idrogeno.

Vista a posteriori la struttura sembra semplice ed ovvia ma se si considerano tutti i problemi e le incertezze sperimentali del periodo appare quasi incredibile che si sia raggiunto un risultato cosi rapidamente.

In questa grande confusione, Francis e James riuscirono a selezionare le informazione reali, plausibili per potere costruire la struttura del DNA. La struttura non solo era scientificamente plausibile ma era anche semplice.

La loro forza era l’ignoranza di Jim che non capiva la cristallografia ma che riusciva ad avere una visione generale che gli permetteva selezionare le informazioni importanti.

Le informazioni sembrano essere scarsissime ed il salto per la creazione della molecola è stato veramente prodigioso, detto questo dobbiamo anche dire che:

Watson agisce come agente catalizzatore della scoperta ne lui ne Crick hanno prodotto dei risultati sperimentali ma sono stati capaci di metter insieme un modello semplice capace di risolvere a tutti i problemi, e non solo: era anche capace di spiegare come l’informazione generica si trasmette da una generazione alla successiva tramite un meccanismo di stampo e copia.

Note:

Watson J.D. and Crick F.H.C. (1953). A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid Nature , 171, 737-738

http://dnaandsocialresponsibility.blogspot.de/

su flickr:

http://www.flickr.com/photos/51665752@N04/7983087040/in/set-72157631533614623/

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