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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
DNA. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Genetik als Wissenschaft entstand 1866, als Gregor Mendel formulierten die Position, dass „Elemente“, später Gene genannt, die Vererbung physikalischer Eigenschaften bestimmen. Drei Jahre später entdeckte der Schweizer Biochemiker Friedrich Miescher die Nukleinsäure und zeigte, dass sie im Zellkern enthalten ist. An der Schwelle zu einem neuen Jahrhundert entdeckten Wissenschaftler, dass sich Gene in Chromosomen befinden, den Strukturelementen des Zellkerns. In der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts bestimmten Biochemiker die chemische Natur von Nukleinsäuren, und in den XNUMXer Jahren entdeckten Forscher, dass Gene aus einer dieser Säuren, der DNA, gebildet werden. Es ist bewiesen, dass Gene, oder DNA, die Biosynthese (oder Bildung) von zellulären Proteinen, die Enzyme genannt werden, lenken und somit die biochemischen Prozesse in der Zelle steuern. Bis 1944 hatte der amerikanische Biologe Oswald Avery während seiner Arbeit am Rockefeller Institute for Medical Research den Beweis erbracht, dass Gene aus DNA bestehen. Diese Hypothese wurde 1952 von Alfred Hershey und Martha Chase bestätigt. Obwohl klar war, dass DNA die grundlegenden biochemischen Prozesse steuert, die in der Zelle ablaufen, waren weder die Struktur noch die Funktion des Moleküls bekannt. Im Frühjahr 1951, als er an einem Symposium in Neapel teilnahm, Watson traf Maurice G.F. Wilkins, ein englischer Entdecker. Wilkins und Rosalynn Franklin, seine Kollegen am King's College der Universität Cambridge, führten eine Röntgenbeugungsanalyse von DNA-Molekülen durch und zeigten, dass es sich um eine Doppelhelix handelt, die einer Wendeltreppe ähnelt. Die dabei gewonnenen Daten brachten Watson auf die Idee, die chemische Struktur von Nukleinsäuren zu untersuchen. Die National Society for the Study of Infantile Paralysis stellte ein Stipendium zur Verfügung. Im Oktober 1951 ging der Wissenschaftler an das Cavendish Laboratory der University of Cambridge, um gemeinsam mit John C. Kendrew die räumliche Struktur von Proteinen zu untersuchen. Dort traf er sich Franz Crick, ein Physiker, der sich für Biologie interessierte und damals an seiner Doktorarbeit schrieb. Anschließend knüpften sie enge kreative Kontakte. Basierend auf den frühen Arbeiten von Chargaff, Wilkins und Franklin versuchten Crick und Watson ab 1952, die chemische Struktur der DNA zu bestimmen. Francis Harry Compton Creek wurde am 8. Juni 1916 in Northampton als älterer von zwei Söhnen des wohlhabenden Schuhfabrikanten Harry Compton Creek und Anna Elizabeth (Wilkins) Creek geboren. Nachdem er seine Kindheit in Northampton verbracht hatte, besuchte er eine High School. Während der Wirtschaftskrise nach dem Ersten Weltkrieg verfielen die geschäftlichen Angelegenheiten der Familie, und Francis' Eltern zogen nach London. Als Schüler der Mill Hill School zeigte Crick großes Interesse an Physik, Chemie und Mathematik. 1934 trat er in das University College London ein, um Physik zu studieren, und schloss es drei Jahre später mit einem Bachelor of Science ab. Der junge Wissenschaftler, der seine Ausbildung am University College abschloss, beschäftigte sich mit der Viskosität von Wasser bei hohen Temperaturen; diese Arbeit wurde 1939 durch den Ausbruch des Zweiten Weltkriegs unterbrochen. Während der Kriegsjahre war Creek im Forschungslabor des britischen Marineministeriums mit der Schaffung von Minen beschäftigt. Nach Kriegsende arbeitete er noch zwei Jahre in diesem Dienst und las damals das berühmte Buch Erwin Schrödinger "Was ist Leben? Physikalische Aspekte der lebenden Zelle", veröffentlicht 1944. In dem Buch stellt Schrödinger eine Frage. "Wie lassen sich räumlich-zeitliche Ereignisse in einem lebenden Organismus aus physikalisch-chemischer Sicht erklären?" Die in dem Buch vorgestellten Ideen beeinflussten Crick so sehr, dass er, um Teilchenphysik zu studieren, zur Biologie wechselte. Mit der Unterstützung von Archibald W. Will erhielt Crick ein Stipendium des Medical Research Council und begann 1947 am Strangeway Laboratory in Cambridge zu arbeiten. Hier studierte er Biologie, organische Chemie und Röntgenbeugungstechniken zur Bestimmung der räumlichen Struktur von Molekülen. Seine Kenntnisse der Biologie erweiterten sich erheblich, nachdem er 1949 an das Cavendish Laboratory in Cambridge wechselte – eines der weltweiten Zentren für Molekularbiologie. Unter der Anleitung von Max Perutz erforschte Crick die molekulare Struktur von Proteinen, in deren Zusammenhang er ein Interesse am genetischen Code für die Abfolge von Aminosäuren in Proteinmolekülen entwickelte. Etwa 20 essentielle Aminosäuren dienen als monomere Einheiten, aus denen alle Proteine aufgebaut sind. Crick untersuchte, was er als "die Grenze zwischen Lebend und Nichtlebend" definierte, und versuchte, die chemische Grundlage der Genetik zu finden, die, wie er vorschlug, in Desoxyribonukleinsäure (DNA) niedergelegt sein könnte. 1951 lud der XNUMX-jährige amerikanische Biologe James D. Watson Crick ein, im Cavendish Laboratory zu arbeiten. James Devay Watson wurde am 6. April 1928 in Chicago, Illinois, als Sohn von James D. Watson, einem Geschäftsmann, und Jean (Mitchell) Watson geboren und war ihr einziges Kind. In Chicago erhielt er seine Grund- und Sekundarschulbildung. Es stellte sich bald heraus, dass James ein ungewöhnlich begabtes Kind war, und er wurde zum Radio eingeladen, um am Quiz for Children-Programm teilzunehmen.Nach nur zwei Jahren in der High School erhielt Watson 1943 ein Stipendium, um an einem experimentellen vierjährigen College zu studieren an der University of Chicago, wo er Interesse am Studium der Ornithologie zeigte. Nachdem er 1947 einen Bachelor of Science an der University of Chicago erworben hatte, setzte er seine Ausbildung an der Indiana University Bloomington fort. Zu dieser Zeit interessierte sich Watson für Genetik und begann in Indiana mit einer Ausbildung unter der Leitung des Spezialisten auf diesem Gebiet, Herman J. Meller, und des Bakteriologen Salvador Luria. Watson schrieb eine Dissertation über die Wirkung von Röntgenstrahlen auf die Vermehrung von Bakteriophagen (Viren, die Bakterien infizieren) und promovierte 1950. Ein Stipendium der National Research Society ermöglichte es ihm, seine Forschung über Bakteriophagen an der Universität Kopenhagen in Dänemark fortzusetzen. Dort studierte er die biochemischen Eigenschaften der Bakteriophagen-DNA. Wie er sich später erinnerte, begannen ihn die Experimente mit Bakteriophagen zu belasten, er wollte mehr über die wahre Struktur von DNA-Molekülen wissen, von der er so begeistert war, sagten Genetiker. Crick und Watson wussten, dass es zwei Arten von Nukleinsäuren gibt – DNA und Ribonukleinsäure (RNA), die jeweils aus einem Monosaccharid der Pentosegruppe, Phosphat und vier stickstoffhaltigen Basen bestehen: Adenin, Thymin (in RNA – Uracil), Guanin und Cytosin. In den nächsten acht Monaten fassten Watson und Crick ihre Ergebnisse mit den bereits verfügbaren zusammen und verfassten im Februar 1953 einen Bericht über die Struktur der DNA. Einen Monat später erstellten sie ein dreidimensionales Modell des DNA-Moleküls, bestehend aus Kugeln und Stücken aus Pappe und Draht. Nach dem Crick-Watson-Modell ist DNA eine Doppelhelix, die aus zwei durch Basenpaare verbundenen Desoxyribosephosphatketten besteht, ähnlich den Sprossen einer Leiter. Durch Wasserstoffbrückenbindungen verbindet sich Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Mit diesem Modell war es möglich, die Replikation des DNA-Moleküls selbst zu verfolgen. Das Modell ermöglichte es anderen Forschern, die DNA-Replikation deutlich zu visualisieren. Die beiden Stränge des Moleküls werden an den Stellen der Wasserstoffbrückenbindungen wie beim Öffnen eines Reißverschlusses getrennt, woraufhin auf jeder Hälfte des alten DNA-Moleküls ein neuer synthetisiert wird. Die Basensequenz dient als Matrize oder Blaupause für das neue Molekül. 1953 vervollständigten Crick und Watson das DNA-Modell. Dies ermöglichte ihnen, zusammen mit Wilkins neun Jahre später, den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin von 1962 „für ihre Entdeckungen über die molekulare Struktur von Nukleinsäuren und ihre Bedeutung für die Informationsübertragung in lebenden Systemen“ zu teilen. EIN V. Engström vom Karolinska-Institut sagte bei der Preisverleihung: „Die Entdeckung der räumlichen molekularen Struktur … DNA ist extrem wichtig, weil sie die Möglichkeiten aufzeigt, die allgemeinen und individuellen Eigenschaften aller Lebewesen bis ins kleinste Detail zu verstehen.“ Engström merkte an, dass „die Entschlüsselung der Doppelhelixstruktur von Desoxyribonukleinsäure mit einer spezifischen Paarung stickstoffhaltiger Basen fantastische Möglichkeiten eröffnet, die Details der Kontrolle und Übertragung genetischer Informationen aufzudecken“. Nach der Veröffentlichung der Beschreibung des Modells in der englischen Zeitschrift „Nature“ im April 1953 löste sich das Tandem Crick und Watson auf. 1965 schrieb Watson das Buch „Molecular Biology of the Gene“, das zu einem der bekanntesten und beliebtesten Lehrbücher der Molekularbiologie geworden ist. Was Crick betrifft, so promovierte er 1953 in Cambridge mit einer Dissertation über die Röntgenbeugungsanalyse von Proteinstrukturen. Im Laufe des nächsten Jahres studierte er Proteinstruktur am Brooklyn Polytechnic Institute in New York und lehrte an verschiedenen US-Universitäten. 1954 kehrte er nach Cambridge zurück und setzte seine Forschung am Cavendish Laboratory fort, wobei er sich auf die Entschlüsselung des genetischen Codes konzentrierte. Ursprünglich ein Theoretiker, begann Crick mit Sydney Brenner, genetische Mutationen in Bakteriophagen (Viren, die Bakterienzellen infizieren) zu untersuchen. Bis 1961 wurden drei Arten von RNA entdeckt: Boten-, Ribosomen- und Transport-RNA. Crick und seine Kollegen schlugen einen Weg vor, den genetischen Code zu lesen. Nach Cricks Theorie erhält Boten-RNA genetische Informationen von der DNA im Zellkern und überträgt sie an Ribosomen (Orte der Proteinsynthese) im Zytoplasma der Zelle. Transfer-RNA transportiert Aminosäuren in Ribosomen. Informations- und ribosomale RNA, die miteinander interagieren, stellen eine Kombination von Aminosäuren bereit, um Proteinmoleküle in der richtigen Reihenfolge zu bilden. Der genetische Code besteht aus Tripletts stickstoffhaltiger Basen von DNA und RNA für jede der 20 Aminosäuren. Gene bestehen aus zahlreichen einfachen Tripletts, die Crick Codons nennt. Vierzig Jahre blieben bis zur Entschlüsselung des menschlichen Genoms ... Autor: Samin D. K.
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