foto ai raggi X di DNA cristallizzato

Al principio degli anni ’50, in Inghilterra numerosi scienziati si erano applicati a esaminare ai raggi X la struttura di molecole di DNA cristallizzate. Negli stessi anni, a New York un biochimico, Erwin Chargaff, esplorava la composizione chimica del DNA di molti organismi. Chargaff trovò che mentre il DNA di organismi superiori sembrava presentare quantità sempre eguali di A, C, G e T, nei batteri le quantità variavano. In tutti gli organismi esaminati, però, A e T erano presenti sempre nella stessa quantità, e lo stesso valeva per C e G.

la doppia elica del DNA

Cercando un modello che potesse spiegare queste conclusioni, Watson e Crick si convinsero che la molecola del DNA doveva avere la forma di una spirale, e che in aggiunta la spirale doveva essere doppia, cioè doveva essere composta di due filamenti appaiati a spirale, come in una doppia elica.

Tenendo conto di tutte le osservazioni raccolte da altri ricercatori, Crick e Watson imboccarono la strada giusta. Notarono che le due basi A e T potevano attaccarsi l’una all’altra con legami chimici di un tipo che si stava appundo scoprendo in quegli anni: i legami cosiddetti di idrogeno, perché il legame si stabilisce tre due molecole che mettono in comune un atomo di idrogeno appartenente ad una delle due. Sono meno forti dei legami chimici tradizionali. Una molecola di A e una di T si legano l’una all’altra con due atomi di idrogeno, una di C e una di G con tre atomi, per cui sono attaccate fra loro con maggior forza.

I due scienziati osservarono, inoltre, che la lunghezza di due molecole di A e T, collegate l’una all’altra con legami di idrogeno, è eguale a quella di due molecole di C e G. In realtà, le molecole di A e di G sono un po’ più lunghe e quelle di C e di T più corte, ma una volta che A è legata a T e che C è attaccata a G la loro lunghezza è eguale e corrisponde esattamente alla larghezza della doppia spirale di DNA misurata dai raggi X. La doppia spirale ha cioè sempre larghezza eguale in tutti i suoi punti.

come le due coppie di basi A-T e C-G collegano i filamenti della doppia elica di DNA Crick e Watson ipotizzarono che ogni A o T o C o G sia legato chimicamente con una molecola D del supporto ...PDPDPDPDPDPD..., e che l’altra base sia esattamente complementare, cioè che di faccia a un A si trovi un T e di faccia a un C si trovi un G: questi si legano e formano le coppie AT e CG. Per esempio, se un filamento è: l’altro filamento con cui si appaia a formare la doppia spirale può essere solo complementare a questo, perché è ciò che consente di ottenere una doppia elica di spessore costante. L’accoppiamento delle basi nella doppia elica di DNA potrà avere quindi solo una struttura simile: Le basi vengono a trovarsi all’interno del doppio filamento, perché la molecola di A si unisce con quella di T opposta, e quella di C con quella di G opposta. Watson e Crick descrissero il DNA come se fosse una scala formata di pioli di quattro tipi: AT e TA, CG e GC.

la "scala a pioli" del DNA, appiattita (sopra) e intrecciata su se stessa (sotto)