1951년과 1952년, 윌리엄 코크란과 블라디미르 밴드와 함께 크릭은 나선형 분자에 의한 X선 회절의 수학적 이론의 개발을 도왔습니다. 이 이론적 결과는 알파 나선 구조의 아미노산 서열을 포함하는 단백질에 대한 X선 데이터와 잘 일치했습니다. 나선형 회절 이론은 DNA의 구조를 이해하는 데도 유용한 것으로 밝혀졌습니다.
1951년 말, 크릭은 영국 캠브리지 대학의 캐번디시 연구소에서 제임스 왓슨과 함께 일하기 시작했습니다. 사진 51 (고슬링과 프랭클린의 동료 윌킨스가 준 로잘린드 프랭클린과 킹스 칼리지 런던의 대학원생 레이먼드 고슬링의 엑스레이 회절 결과)을 사용하여, 왓슨과 크릭은 함께 DNA의 나선 구조에 대한 모델을 개발했고, 1953년에 발표했습니다. 이 연구로 그들은 1962년에 윌킨스와 함께 노벨 생리의학상을 공동 수상했습니다.
왓슨이 케임브리지에 왔을 때, 크릭은 35세의 대학원생이었고 왓슨은 겨우 23세였지만, 이미 박사 학위를 취득했습니다. 그들은 어떻게 유전 정보가 분자 형태로 저장될 수 있는지에 대한 근본적인 문제에 관심을 공유했습니다. 왓슨과 크릭은 DNA와 DNA 구조의 좋은 분자 모델을 추측할 수 있을 것이라는 생각에 대해 끊임없이 이야기했습니다. 윌킨스, 프랭클린, 그리고 고슬링이 얻은 X선 회절 이미지로부터 실험적으로 파생된 정보의 핵심 조각이 나왔습니다. 1951년 11월, 윌킨스는 캠브리지로 와서 왓슨, 크릭과 그의 자료를 공유했습니다. 알렉산더 스톡스 (나선형 회절 이론의 또 다른 전문가)와 윌킨스는 DNA에 대한 X선 회절 데이터가 분자가 나선 구조를 가지고 있다는 결론을 내렸지만 프랭클린은 이 결론에 격렬하게 반박했습니다. 윌킨스와의 토론과 DNA에 대한 그녀의 연구에 대한 프랭클린의 강연에 참석함으로써 왓슨이 배운 것에 자극을 받아, 크릭과 왓슨은 잘못된 DNA의 첫 번째 모델을 만들고 뽐냈습니다. 그들이 DNA 구조의 모델을 만들기 위해 서두른 것은 부분적으로 그들이 라이너스 폴링과 경쟁하고 있다는 지식에서 비롯되었습니다. 폴링이 알파 나선을 발견한 최근의 성공을 고려할 때, 그들은 폴링이 DNA의 구조를 알아낸 첫 번째 사람이 될지도 모른다고 두려워했습니다.
많은 사람들은 폴링이 1952년 5월에 계획한 대로 영국으로 여행할 수 있었다면 어떤 일이 벌어졌을지 추측했습니다. 그의 정치적 활동은 미국 정부에 의해 그의 여행이 제한되게 만들었고 그는 나중에 영국에 방문하지 않았고, 그 때 그는 영국의 DNA 연구원들 중 한 명도 만나지 않았습니다. 어쨌든 그는 당시 DNA가 아닌 단백질에 몰두해 있었습니다. 왓슨과 크릭은 공식적으로 DNA 연구를 하지 않았습니다. 크릭은 박사 논문을 쓰고 있었습니다; 왓슨은 또한 X선 회절 실험을 위해 미오글로빈의 결정을 얻는 것과 같은 다른 작업도 했습니다. 1952년, 왓슨은 담배 모자이크 바이러스에 엑스레이 회절을 실시했고 그것이 나선 구조를 가지고 있다는 결과를 발견했습니다. 한 번 실패했던 왓슨과 크릭은 이제 다시 시도하는 것을 꺼렸고 한동안 DNA의 분자 모델을 찾기 위한 더 이상의 노력을 하는 것이 금지되었습니다.
DNA의 인산염 골격을 강조하는 다이어그램입니다. 왓슨과 크릭은 처음으로 나선형의 중심에 인산염으로 나선형 모델을 만들었습니다.
왓슨과 크릭의 모델 구축 노력에 매우 중요한 것은 기본 화학에 대한 로잘린드 프랭클린의 이해였습니다, 그것은 DNA의 뉴클레오타이드 사슬의 친수성 인산염 함유 등뼈가 분자의 바깥에서 물 분자와 상호작용하는 동안 위치해야 한다는 것을 나타냈습니다.ld는 코어로 채워집니다. 프랭클린은 왓슨과 크릭에게 그들의 첫 번째 모델이 분명히 잘못되었다고 지적했을 때 이 화학적 지식을 공유했습니다.
크릭은 윌킨스와 프랭클린이 DNA의 분자 모델을 찾기 위해 협력하고 일하는 것을 실패했다고 설명했습니다. 그들은 윌리엄 로렌스 브래그와 윌킨스 둘 다에게 그렇게 할 수 있는 허가를 요청했고 받았습니다. DNA의 모델을 구성하기 위해, 왓슨과 크릭은 프랭클린의 미공개 X선 회절 이미지로부터 정보를 사용했습니다 (회의에 보여지고 윌킨스에 의해 자유롭게 공유됨). 1952년 후반의 존 랜달 경입니다.
왓슨과 크릭이 그녀의 지식이나 허락 없이 프랭클린의 결과에 접근했어야 했는지, 그리고 그녀가 경과 보고서에 포함된 그녀의 X선 회절 데이터에 대한 자세한 분석 결과를 공식적으로 발표할 기회를 갖기 전에 그것은 논쟁의 문제입니다. 하지만, 왓슨과 크릭은 그녀의 데이터에 따르면 나선형 구조가 DNA의 유일한 형태가 아니라는 그녀의 확고한 주장에서 단점을 발견했고, 그래서 그들은 딜레마에 빠졌습니다. 이 문제를 명확히 하기 위한 노력으로, 맥스 페르디난드 퍼루츠는 나중에 진행 보고서에 있는 것을 출판했고 1951년 말에 왓슨이 참석한 그녀의 연설에서 프랭클린 자신이 말하지 않은 것은 보고서에 없다고 제안했습니다. 또한, Perutz는 이 보고서가 "의회를 위해 일하는 다른 그룹들 간의 접촉을 확립하기 위해" 만들어진 의학 연구 위원회(MRC)에 제출된 것이라고 설명했습니다. 랜달과 Perutz의 실험실은 모두 MRC의 자금 지원을 받았습니다.
진행 상황 보고서에서 프랭클린이 발표하지 않은 결과가 왓슨과 크릭에 의해 이루어진 모델 구축에 실제로 얼마나 중요했는지는 또한 명확하지 않습니다. 1930년대에 DNA의 첫 번째 조잡한 엑스선 회절 이미지가 수집된 후, 윌리엄 애스트버리는 DNA에서 3.4 앙스트룀 (0.34 나노미터) 간격으로 간격을 둔 뉴클레오티드 더미에 대해 이야기했습니다. Astbury의 초기 X-ray 회절 작업에 대한 인용은 DNA에 대한 Franklin의 첫 번째 논문에서 단지 8개의 참고 문헌 중 하나였습니다. Wilkins와 Franklin에 의해 수집된 Astbury의 발표된 DNA 결과와 더 나은 X-ray 회절 이미지의 분석은 DNA의 나선형 특성을 드러냈습니다. DNA 나선의 한 회전에 쌓인 염기의 수를 예측하는 것이 가능했습니다 (회전당 10개; 나선의 전체 회전은 컴팩트 A 형태에서 27 앙스트룀 [2.7 nm], 습기 B 형태에서 34 앙스트룀 [3.4 nm]). 윌킨스는 DNA의 B 형태에 대한 정보를 크릭과 왓슨과 공유했습니다. 크릭은 DNA 이중 나선 모델이 발표될 때까지 프랭클린의 B가 엑스선 이미지(사진 51)를 형성하는 것을 보지 못했습니다.
왓슨과 크릭이 DNA 모델을 발표할 때 인용한 몇 안 되는 언급 중 하나는 내부에 기본이 있는 스벤 퍼버그의 DNA 모델을 포함한 출판된 기사에 대한 것이었습니다. 따라서, 왓슨과 크릭 모델은 제안된 첫 번째 "베이스 인" 모델은 아니었습니다. 퍼버그의 결과는 또한 염기에 관한 DNA 당의 정확한 방향을 제공했습니다. 그들의 모델을 만드는 동안, 크릭과 왓슨은 두 뉴클레오타이드 사슬 등뼈의 역방향성이 이중 나선의 중심에서 염기쌍의 방향을 정하는데 가장 잘 작동한다는 것을 배웠습니다. 크릭이 1952년 후반의 프랭클린의 진행 보고서에 접근한 것이 크릭이 DNA가 역항원 사슬을 가진 이중 나선이라고 확신하게 만든 것이지만, 이러한 결론을 이끌어 낸 다른 추론의 사슬과 정보의 원천이 있었습니다.
킹스 칼리지를 떠나 버크벡 칼리지로 간 결과, 프랭클린은 존 랜달로부터 DNA에 대한 연구를 포기하라는 요청을 받았습니다. 윌킨스와 왓슨과 크릭의 감독관들에게 프랭클린이 새로운 직장으로 가고 있다는 것과 라이너스 폴링이 DNA 구조에 대해 연구하고 있다는 것이 분명해졌을 때, 그들은 폴링이 할 수 있기 전에 좋은 DNA 모델을 찾을 수 있기를 바라며 기꺼이 프랭클린의 데이터를 왓슨, 크릭과 공유했습니다. DNA에 대한 프랭클린의 X선 회절 데이터와 DNA의 구조적 특징에 대한 그녀의 체계적인 분석은 왓슨과 크릭이 정확한 분자 모델을 향해 그들을 안내하는데 유용했습니다. 왓슨과 크릭의 핵심 문제는 킹스 칼리지의 자료로도 해결되지 않았지만, 뉴클레오타이드 염기가 DNA 이중나선의 핵심으로 어떻게 채워지는지를 추측하는 것이었습니다.
DNA의 몇 가지 주요 구조적 특징을 도식으로 표현합니다. 구아닌:사이토신과 아데닌:티민 염기쌍의 유사한 구조가 설명됩니다. 염기쌍은 수소 결합에 의해 함께 고정됩니다. 인산염 등뼈는 평행하지 않습니다.
DNA의 정확한 구조를 찾는 또 다른 열쇠는 실험적으로 결정된 DNA의 뉴클레오티드 서브 유닛의 비율인 소위 샤가프 비율입니다: 구아닌의 양은 사이토신과 같고 아데닌의 양은 티민과 같습니다. 1952년 에르윈 차르가프의 영국 방문은 왓슨과 크릭에게 이 중요한 사실의 중요성을 강화시켰습니다.[필요] DNA 구조에 대한 이러한 비율의 중요성은 구조 모델을 구축하는 왓슨이 A:T와 C:G 쌍이 구조적으로 유사하다는 것을 깨닫기 전까지 인식되지 않았습니다. 특히 각 염기쌍의 길이는 동일합니다. 샤르가프는 또한 왓슨에게 세포의 수용성 염분 환경에서 피리미딘(C와 T) 염기의 주요 호변체는 크릭과 왓슨이 가정했던 이미노와 에놀 형태보다는 사이토신과 티민의 아민과 케토 형태일 것이라고 지적했습니다. 그들은 뉴클레오타이드 염기의 가장 가능성이 높은 구조를 확인한 제리 도나휴와 상담했습니다.
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