A dezoxiribonukleinsav (DNS) egy polimer, amely két polinukleotid láncból áll, amelyek egymás körül tekercselve kettős hélixet alkotnak. A polimer genetikai utasításokat hordoz minden ismert szervezet és számos vírus fejlődéséhez, működéséhez, növekedéséhez és szaporodásához. A DNS és a ribonukleinsav (RNS) nukleinsavak. A fehérjék, lipidek és összetett szénhidrátok (poliszacharidok) mellett a nukleinsavak egyike a négy fő makromolekulatípusnak, amelyek nélkülözhetetlenek minden ismert életformához.
Előzmények
A DNS-t először Friedrich Miescher svájci orvos izolálta, aki 1869-ben mikroszkopikus méretű anyagot fedezett fel az eldobott sebészeti kötszerek gennyében. Mivel a sejtek magjában lakott, „nukleinnek” nevezte. 1878-ban Albrecht Kossel izolálta a „nuklein” nem fehérje komponensét, a nukleinsavat, majd izolálta annak öt elsődleges nukleobázisát.
1909-ben Phoebus Levene azonosította az RNS (akkori nevén „élesztő nukleinsav”) bázis-, cukor- és foszfát nukleotid egységét. 1929-ben Levene dezoxiribóz cukrot azonosított a „csecsemőmirigy-nukleinsavban” (DNS). Levene azt mondta, hogy a DNS négy nukleotid egységből áll, amelyek a foszfátcsoportokon keresztül kapcsolódnak egymáshoz („tetranukleotid hipotézis”). Levene szerint a lánc rövid, és az alapok rögzített sorrendben ismétlődnek. 1927-ben Nyikolaj Kolcov azt állította, hogy az öröklött tulajdonságokat egy „óriás örökletes molekulán” keresztül örökölik, amely „két tükörszálból áll, amelyek félig konzervatív módon replikálódnak, mindegyik szálat sablonként használva”.
1928-ban Frederick Griffith kísérletében felfedezte, hogy a Pneumococcus „sima” formájának tulajdonságai átvihetők ugyanazon baktériumok „durva” formájára, ha az elölt „sima” baktériumokat összekeverik az élő „durva” formával. Ez a rendszer adta az első egyértelmű magyarázatot arra, hogy a DNS genetikai információt hordoz.
1933-ban, amikor szűz tengeri sünök tojásait tanulmányozta, Jean Brachet azt állította, hogy a DNS a sejtmagban található, és az RNS kizárólag a citoplazmában van jelen. Akkoriban úgy gondolták, hogy az „élesztő nukleinsav” (RNS) csak növényekben fordul elő, míg a „csecsemőmirigy-nukleinsav” (DNS) csak állatokban. Az utóbbiról azt gondolták, hogy egy tetramer, amelynek funkciója a sejt pH-értékének pufferelése.
1937-ben William Astbury elkészítette az első röntgendiffrakciós mintákat, amelyek azt mutatták, hogy a DNS szabályos szerkezetű.
1943-ban Oswald Avery munkatársaival, Colin MacLeoddal és Maclyn McCartyval együtt a DNS-t azonosították az átalakuló elvként, alátámasztva Griffith javaslatát (Avery–MacLeod–McCarty kísérlet). Erwin Chargaff kidolgozta és közzétette a Chargaff-szabályokként ismert megfigyeléseket, amelyek szerint bármely élőlény DNS-ében a guanin mennyiségének meg kell egyeznie a citozinnal, az adenin mennyisége pedig a timinnel. 1951 végén Francis Crick James Watsonnal kezdett együtt dolgozni a Cambridge-i Egyetem Cavendish Laboratóriumában. A DNS öröklődésben betöltött szerepét 1952-ben erősítették meg, amikor Alfred Hershey és Martha Chase a Hershey–Chase kísérletben kimutatta, hogy a DNS a T2 enterobaktérium fág genetikai anyaga.
A felfedezés
1952 májusában Raymond Gosling, a Rosalind Franklin felügyelete alatt dolgozó végzős hallgató röntgendiffrakciós képet készített, amelyet „Photo 51”-nek neveztek, a DNS magas hidratációs szintjén. Ezt a fényképet Maurice Wilkins adta Watsonnak és Cricknek, és kulcsfontosságú volt a DNS megfelelő szerkezetének megállapításához. Franklin azt mondta Cricknek és Watsonnak, hogy a gerincnek kívül kell lennie. Azelőtt Linus Paulingnak, valamint Watsonnak és Cricknek hibás modelljeik voltak, amelyekben a láncok belül, a talpak pedig kifelé mutattak. A DNS-kristályok tércsoportjának Franklin általi azonosítása felfedte Cricknek, hogy a két DNS-szál ellentétes volt. 1953 februárjában Linus Pauling és Robert Corey olyan nukleinsavak modelljét javasolták, amelyek három összefonódó láncot tartalmaznak, a foszfátokkal a tengely közelében, a bázisokkal pedig kívül. Watson és Crick elkészítette modelljét, amelyet ma már a DNS kettős hélixének első helyes modelljeként fogadtak el. 1953. február 28-án Crick félbeszakította a vendégek ebédjét a cambridge-i The Eagle pubban, és bejelentette, hogy Watsonnal „felfedezték az élet titkát”.
A Nature folyóirat 1953. április 25-i száma öt cikkből álló sorozatot közölt a Watson és Crick kettős hélix szerkezetű DNS-ről és az azt alátámasztó bizonyítékokról. A szerkezetről a „NUKLEINSAVAK MOLEKULÁRIS SZERKEZETE A dezoxiribóz nukleinsav szerkezete” című levélben számoltak be, amelyben azt mondták: „Nem kerülte el figyelmünket, hogy az általunk feltételezett specifikus párosítás azonnal a genetikai sejtek másolási mechanizmusára utal.” Ezt a levelet Franklin és Gosling levele követte, amely saját röntgendiffrakciós adataik és eredeti elemzési módszerük első publikációja volt. Ezután Wilkins és két kollégája levele következett, amely az in vivo B-DNS röntgensugarak elemzését tartalmazza, és amely alátámasztotta a Watson és Crick szerkezet in vivo jelenlétét.
1962-ben, Franklin halála után Watson, Crick és Wilkins közösen kapták meg az élettani és orvosi Nobel-díjat. Nobel-díjat csak élő díjazottak kapnak. Folytatódik a vita arról, hogy ki kapjon elismerést a felfedezésért.
1957-ben egy nagy hatású előadásában Crick lefektette a molekuláris biológia központi dogmáját, amely megjövendölte a DNS, az RNS és a fehérjék közötti kapcsolatot, és megfogalmazta az „adapter hipotézist”. A replikációs mechanizmus végső megerősítése, amelyre a kettős spirális szerkezet utalt, 1958-ban követte a Meselson–Stahl kísérletet. Crick és munkatársai további munkái kimutatták, hogy a genetikai kód nem átfedő bázishármasokon, úgynevezett kodonokon alapult, lehetővé téve Har Gobind Khorana, Robert W. Holley és Marshall Warren Nirenberg megfejtését a genetikai kódon. Ezek az eredmények a molekuláris biológia születését jelentik.
