مفهوم الحلزون المزدوج:
الحلزون المزدوج هو وصف لبنية جزيء الحمض النووي يتكون جزيء الحمض النووي من خيطين يلتفان حول بعضهما البعض مثل سلم ملتوي، وكل خصلة لها عمود فقري يتكون من مجموعات متناوبة من السكر (الديوكسيريبوز) ومجموعات الفوسفات، إذ يرتبط بكل سكر بأربع قواعد: الأدينين (A)، السيتوزين (C)، الجوانين (G)، أو الثايمين (T)، ويتم تثبيت الخيوط معًا بواسطة روابط بين القواعد ويشكل الأدينين زوجًا أساسيًا مع الثايمين، ويشكل السيتوزين زوجًا أساسيًا مع الجوانين.
أصبح الحلزون المزدوج رمزًا للعديد والعديد من أنواع المناقشات حول مكان العلم وإلى أين يتجه، حيث لا يمكن التحديق في الحلزون المزدوج لفترة طويلة جدًا دون الشعور بالرهبة من أناقة جزيء المعلومات هذا الحمض النووي، إذ إن شكله الحلزوني المزدوج، هو في الأساس الطريقة التي ترتبط بها جميع الأشكال الحية ببعضها البعض، لأنها كلها تستخدم نفس الهيكل لنقل تلك المعلومات، وبالطبع هذا هو الإدراك المذهل لواتسون وكريك في عام 1953، لكنه سيبقى في التاريخ باعتباره على الأرجح أحد أهم اللحظات العلمية في كل العصور.
اكتشاف الحمض النووي:
يعتقد الكثير من الناس أن عالم الأحياء الأمريكي جيمس واتسون والفيزيائي الإنجليزي فرانسيس كريك اكتشفوا الحمض النووي في الخمسينيات، وفي الواقع تم التعرف على الحمض النووي لأول مرة في أواخر ستينيات القرن التاسع عشر بواسطة الكيميائي السويسري فريدريش ميشر.
بعد ذلك في العقود التي أعقبت اكتشاف ميشر قام علماء آخرون – ولا سيما فويبوس ليفين وإروين تشارجاف – بسلسلة من الجهود البحثية التي كشفت عن تفاصيل إضافية حول الجزيء الذي يحمله الحمض النووي، بما في ذلك مكوناته الكيميائية الأولية والطرق التي انضموا بها إلى جزيء واحد، حيث بدون الأساس العلمي الذي قدمه هؤلاء الرواد ربما لم يتوصل واتسون وكريك أبدًا إلى استنتاجهما الرائد لعام 1953 أن جزيء الحمض النووي موجود في شكل حلزون مزدوج ثلاثي الأبعاد.
كان عام 1869 بارزًا في مجال البحث الجيني؛ لأنه كان العام الذي حدد فيه الكيميائي الفسيولوجي السويسري فريدريش ميشر لأول مرة ما أسماه النوكلين داخل نوى خلايا الدم البيضاء البشرية، حيث تم تغيير مصطلح (nuclein) لاحقًا إلى (nucleic acid) وفي النهاية إلى (deoxyribonucleic acid) أو (DNA).
كانت خطة ميشر تتمثل في عزل وتوصيف ليس النوكلين (الذي لم يدرك أحد في ذلك الوقت وجوده)، ولكن بدلاً من ذلك مكونات بروتين الكريات البيض (خلايا الدم البيضاء)، وهكذا قام ميشر بعمل الترتيبات اللازمة لعيادة جراحية محلية لإرسال ضمادات مريض مغلفة بالصديد له، وبمجرد أن حصل على الضمادات خطط لغسلها وتصفية الكريات البيض واستخراج وتحديد البروتينات المختلفة داخل خلايا الدم البيضاء.
ولكن عندما عثر على مادة من نوى الخلية لها خصائص كيميائية تختلف عن أي بروتين بما في ذلك محتوى الفوسفور العالي ومقاومة تحلل البروتين (هضم البروتين)، أدرك ميشر أنه اكتشف مادة جديدة، وبين أهمية النتائج التي توصل إليها، حيث كتب ميشر “يبدو لي أنه من المحتمل أن تظهر عائلة كاملة من هذه المواد المحتوية على الفوسفور المتفاوتة قليلاً كمجموعة من النوكلينات تعادل البروتينات“.
نموذج الحلزون المزدوج للحمض النووي:
إن إدراك (Chargaff) أن (A = T و C = G) جنبًا إلى جنب مع بعض أعمال علم البلورات بالأشعة السينية ذات الأهمية الحاسمة للباحثين الإنجليز روزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز، ساهم في اشتقاق واطسون وكريك للنموذج الحلزوني المزدوج الأبعاد ثلاثي الأبعاد لهيكل الحمض النووي، حيث أصبح اكتشاف واتسون وكريك ممكنًا أيضًا من خلال التطورات الحديثة في بناء النماذج أو تجميع الهياكل ثلاثية الأبعاد المحتملة بناءً على المسافات الجزيئية وزوايا الروابط المعروفة، وهي تقنية طورها عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي لينوس بولينج.
في الواقع كان واتسون وكريك قلقين من أن يتم إغراقهم بواسطة باولينج، الذي اقترح نموذجًا مختلفًا للبنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي قبل أشهر فقط من قيامهم بذلك، باستخدام فتحات من الورق المقوى تمثل المكونات الكيميائية الفردية للقواعد الأربعة والوحدات الفرعية للنيوكليوتيدات الأخرى، تم تضليلهم لفترة من خلال فهم خاطئ لكيفية تكوين العناصر المختلفة في الثايمين والجوانين (على وجه التحديد، حلقات الكربون والنيتروجين والهيدروجين والأكسجين).
فقط بناءً على اقتراح العالم الأمريكي جيري دونوهو قرر واتسون عمل فتحات كرتون جديدة للقاعدتين، لمعرفة ما إذا كان التكوين الذري المختلف سيحدث فرقًا إذ لم يقتصر الأمر على أن القواعد التكميلية الآن تتلائم معًا تمامًا (أي، A مع T وC مع G) مع كل زوج متماسك معًا بواسطة روابط هيدروجينية، ولكن الهيكل يعكس أيضًا قاعدة (Chargaff) للحمض النووي، لكن في النهاية كانت تنبؤات بولينج غير صحيحة.
إحدى الطرق التي طورها العلماء في نموذج واطسون وكريك هي من خلال تحديد ثلاثة مطابقة مختلفة للحلزون المزدوج للحمض النووي، وبعبارة أخرى يمكن أن تختلف الأشكال الهندسية الدقيقة وأبعاد اللولب المزدوج، حيث يُعرف التشكل الأكثر شيوعًا في معظم الخلايا الحية باسم (B-DNA)، وهناك أيضًا نوعان من المطابقات الأخرى: (A-DNA)، وهو شكل أقصر وأوسع تم العثور عليه في عينات مجففة من الحمض النووي ونادرًا ما يكون في ظروف فسيولوجية عادية و(Z-DNA) تشبيه أعسر، وهو شكل عابر من الحمض النووي موجود أحيانًا فقط استجابة لأنواع معينة من النشاط البيولوجي.
تم اكتشاف (Z-DNA) لأول مرة في عام 1979، ولكن تم تجاهل وجوده إلى حد كبير حتى وقت قريب، إذ اكتشف العلماء منذ ذلك الحين أن بعض البروتينات ترتبط بشدة بـ (Z-DNA)، مما يشير إلى أن (Z-DNA) يلعب دورًا بيولوجيًا مهمًا في الحماية من الأمراض الفيروسية.
