Da
LIBERAZIONI.org
Nature,
vol 171, n.4356, 25 Aprile 1953, pagg 737-738
STRUTTURA
MOLECOLARE DEGLI ACIDI NUCLEICI
J.D.Watson
F.H.C.Crick
Una
Struttura per l’Acido Deossiribonucleico.
Desideriamo
suggerire una struttura per il sale dell’acido deossiribonucleico (D.N.A.).
Tale
struttura presenta
caratteristiche originali, di notevole interesse biologico.
Una
struttura per gli acidi nucleici è stata già proposta da Pauling e Corey 1.
Questi
Autori
gentilmente ci hanno fornito il loro manoscritto prima della pubblicazione. Il
loro modello
consiste
in tre catene attorcigliate, con i gruppi fosfato vicini all’asse della fibra,
e le basi
all’esterno.
Secondo noi, questa struttura non è soddisfacente per due ragioni: (1)
Riteniamo
che
il materiale che dà i diagrammi ai raggi X sia il sale, non l’acido libero.
Senza gli atomi acidi
di
idrogeno non è chiaro quali forze possano mantenere stabile la struttura,
considerando
specialmente
che i fosfati in prossimità dell’asse, carichi negativamente, si respingono a
vicenda.
(2) Alcune tra le distanze di van der Waals appaiono essere troppo esigue.
Un’altra
struttura a tre catene è stata inoltre suggerita da Fraser (in stampa). Nel suo
modello
i fosfati sono all’esterno e le basi all’interno, tenute assieme da legami
idrogeno.Questa
struttura, come descritta, è abbastanza mal-definita, e par tale motivo non la
commentiamo.
Desideriamo
proporre una struttura radicalmente diversa per il sale dell’acido deossiribonucleico.
Questa struttura ha due catene elicoidali, ciascuna avvolta a spirale sullo
stesso
asse (vedi diagramma). Abbiamo fatto le solite ipotesi chimiche, cioè che
ciascuna
catena
consista di gruppi diesterici fosfato uniti a residui di b-D-deossiribofuranosio
mediante
legami
3’, 5’. Le due catene (ma non le loro basi) sono correlate da una diade
perpendicolare
all’asse
della fibra. Entrambe le catene presentano un andamento elicoidale destrorso, ma
a
causa
della presenza della diade, le sequenze degli atomi nelle due catene vanno in
direzioni
opposte.
Ciascuna catena ricorda approssimativamente il modello N.1 di Furberg 2; cioè
le basi
si
trovano all’interno dell’elica e i fosfati all’esterno. La configurazione
dello zucchero e degli
atomi
ad esso vicini è aderente alla ‘configurazione standard’ di Furberg,
essendo lo zucchero
grossolanamente
perpendicolare alla base ad esso legata. E’ presente un residuo su ciascuna
catena
ogni 3,4 Angstrom nella direzione-z. Abbiamo assunto un angolo di 36° tra
residui
adiacenti
sulla stessa catena, cosicchè la struttura si ripete dopo 10 residui su
ciascuna
catena,
cioè dopo 34 Angstrom. Poiché i fosfati sono all’esterno, i cationi hanno un
facile
accesso
ad essi.
Si
tratta di una struttura aperta, con un contenuto d’acqua piuttosto elevato.
Con un
minore
contenuto acquoso ci si attende un inclinamento delle basi che permetterebbe
alla
struttura
di diventare più compatta.
La
caratteristica originale della struttura è rappresentata dal modo con cui le
due
catene
sono tenute assieme dalle basi puriniche e pirimidiniche. I piani delle basi
sono
perpendicolari
all’asse della fibra. Esse sono unite a coppie, una singola base su una catena
unita
mediante legami idrogeno a una singola base sull’altra catena, in modo tale
che le due
basi
giacciono fianco a fianco con coordinate-z identiche. Affinchè il legame possa
avvenire,
una
base della coppia deve essere una purina e l’altra una pirimidina. I legami
idrogeno sono
formati
come segue: purina posizione 1 con pirimidina posizione 1; purina posizione 6
con
pirimidina
posizione 6.
Se
assumiamo che nella struttura le basi si presentino solamente nelle loro forme
tautomeriche
più plausibili (cioè, nella configurazione chetonica e non enolica), si trova
che
solamente
coppie specifiche di basi si possono legare. Queste coppie sono: adenina (purina)
con
timina (pirimidina), e guanina (purina) con citosina (pirimidina).
In
altre parole, se una adenina è un membro della coppia, su una qualsiasi delle
due
catene,
allora in base a queste supposizioni, l’altro membro deve essere una timina;
lo stesso
per
guanina e citosina. La sequenza delle basi su una singola catena non sembra
essere
limitata
in alcun modo. Tuttavia, se possono essere formate solo specifiche coppie di
basi, ne
consegue
che, data la sequenza di basi su una catena, la sequenza sull’altra catena
viene
determinata
automaticamente.
Sperimentalmente
è stato determinato 3,4 che il rapporto fra la quantità di adenina e
timina
e il rapporto fra guanina e citosina sono sempre molto vicini all’unità per
l’acido
deossiribonucleico.
E’
probabilmente impossibile costruire questa struttura con lo zucchero ribosio al
posto
del
deossiribosio, poiché l’atomo in più di ossigeno comporterebbe un contatto
di van der
Waals
troppo ravvicinato.
I
dati ai raggi X precedentemente pubblicati 5,6 sull’acido deossiribonucleico
non sono
sufficienti
per testare rigorosamente la nostra struttura. Per quanto si possa dire finora,
la
struttura
è grosso modo compatibile con i dati sperimentali, ma essa deve ritenersi
ancora non
dimostrata finché non verificata da risultati più rigorosi. Alcuni di questi sono
presentati nelle
comunicazioni
che seguono. Noi non eravamo al corrente dei dettagli dei risultati presentati
qui
sotto
quando abbiamo ideato la nostra struttura, la quale si basa principalmente se
non
interamente
su dati sperimentali pubblicati e su argomenti di stereochimica.
Non
è sfuggito alla nostra attenzione il fatto che l’appaiamento specifico che
abbiamo
postulato
suggerisce immediatamente un possibile meccanismo di copiatura del materiale
genetico.
I
dettagli completi della struttura, compresi i parametri scelti per la sua
costruzione,
assieme
ad un insieme di coordinate per gli atomi, verranno pubblicati in altra sede.
Siamo
molto grati al Dott. Jerry Donohue per i suoi continui consigli e critiche,
specialmente
per quanto riguarda le distanze interatomiche. Siamo anche stati stimolati dalla
conoscenza
della natura generale dei risultati sperimentali non pubblicati e delle idee del
Dott
M.H.F.Wilkins,
della Dott.ssa R.E.Franklin e i loro collaboratori del King’s College di
Londra.
Uno
di noi (J.D.W.) ha usufruito di una borsa di studio della Fondazione Nazionale
per la
Paralisi
Infantile.
J.D.Watson
F.H.C.Crick
Consiglio
di Ricerca Medica, Unità
per lo Studio della Struttura Molecolare dei Sistemi Biologici,
Laboratorio Cavendish, Cambridge.
2
Aprile 1953
1
-
Pauling L e Corey RB, Nature,171, 346 (1953); Proc. U.S. Nat. Acad.
Sci. 39, 84 (1953).
2
- Furberg S, Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952).
3
- Chargaff E., per riferimenti vedi Zamenhof S, Brawerman G, e Chargaff E., Biochim.
et
Biophys.
Acta, 9, 402 (1952)
4
- Wyatt GR, J. Gen. Physiol., 36, 201 (1952)
5
- Astbury WT, Symp.Soc.Exp.Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb.Univ.Press, 1947)
6
- Wilkins MHF, e Randall JT, Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953)
(Traduzione
italiana a cura del prof. Alberto Turco)
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