โครงสร้างDNA

โครงสร้างของ DNA

                                                                                               Rosalind Franklin
1.การค้นพบโครงสร้างของ DNA

                                                                                                 

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่ไขความลับของ DNA ในครั้งนี้ ประกอบไปด้วยบุคคล 2 คู่

คู่แรก คือ เจมส์  วัตสัน (James Watson) อัจฉริยะรุ่นเยาว์ที่เพิ่งจบปริญญาเอกพันธุศาสตร์มาหมาดๆจากมหาวิทยาลัยอินเดียนา  และ ฟรานซิส คริก(Francis Crick) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้หันมาสนใจเรื่องของชีววิทยาและพันธุศาสตร์ที่กำลังทำปริญญาเอกอยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในขณะนั้น  ทั้งวัตสันและคริก ต่างก็ได้แรงบันดาลใจจากการอ่านหนังสือเรื่อง "ชีวิตคืออะไร ?" เหมือนกัน และมีความเชื่อว่า นักชีววิทยาจำเป็นต้องรู้โครงสร้างของ DNA  ก่อนจึงจะหาคำตอบของชีวิตได้ ทั้งสองใช้ภาพเอ็กซ์เรย์ในการหาโครงสร้างโมเลกุลของ DNA

ส่วนอีกฟากฝั่ง จากคิงส์ คอลเลจ (King’s College) มหาวิทยาลัยลอนดอน (University of London) คือ โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) นักวิจัยสาวสวยบุคลิกเย็นชา วัย 31 ปี ผู้ที่ได้รับการยกย่องให้เป็นนักวิทยาศาสตร์แนวหน้าระดับโลกทางด้านการถ่ายภาพ ผลึกและหาโครงสร้างโมเลกุล เธอเชื่อว่าการไขปริศนาโครงสร้างของดีเอ็นเอ ก็คือการได้ภาพถ่ายเอ็กซ์เรย์ ที่มีคุณภาพดีที่สุด มีความคมชัด และมอรีส วิลคินส์ (Maurice Wilkins) นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ซึ่งหลังจากสงครามเขาให้สนใจวิชาชีวฟิสิกส์แทนวิชานิวเคลียร์ฟิสิกส์  โดยเริ่มที่มหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์แล้วจึงย้ายมาที่ King’s College  ในปีพ.ศ.2489 

แฟรงคลินและวิลคินส์ทำการทดลองร่วมกันเพื่อพิสูจน์สมมติฐานโครงสร้างดีเอ็นเอ โดยแฟรงคลินได้ใช้เทคนิคเอกซเรย์ คริสตัลโลกราฟี (X-ray crystallography)

วิลคินส์มีความสนิทสนมกับวัตสันและคริก แต่กลับมีปัญหาไม่กินเส้นกับผู้ร่วมงานสาวของตนเอง ทำให้วิลคินส์ถึงกับต้องแอบไปฟังสัมมนาของแฟรงคลินโดยชวนวัตสันไปด้วยเพื่อที่จะทราบว่าแฟรงคลินทำวิจัยไปถึงไหนแล้ว โดยสาเหตุแห่งความขัดแย้งระหว่างวิวกินส์ กับแฟรงคลิน เกิดขึ้นเมื่อ วิลคินส์ กล่าวอ้างถึงภาพถ่ายผลงานของแฟรงคลินเกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA  กลางที่ประชุมว่า “ดีเอ็นเอมีโครงสร้างเป็นสายเกลียว”  โดยที่ยังไม่ได้รับอนุญาตจากเธอแต่อย่างใด  ซึ่งแฟรงคลินถือว่าผิดมารยาท และไม่สามารถให้อภัยได้ และเรื่องนี้เองที่หลายคนก็มองว่าไม่ยุติธรรม ซึ่งต่อมาวัตสัน ก็ได้ยอมรับเรื่องนี้ในการเขียนหนังสือ The Double Helix  และในหนังสือ DNA: The Secret of Life (2003) วัตสันยังกล่าวอีกว่า หากแฟรงคลินยังมีชีวิตอยู่ในปีที่เขาได้รับรางวัลโนเบล แฟรงคลินก็ควรได้รับพิจารณาให้ได้รางวัลด้วย

และก็อาจจะกล่าวได้ว่า วัตสันและคริกนั้นไม่ได้ลงมือทำการทดลองกับตัวสาร DNA โดยตรง แต่ก็ได้อาศัยข้อมูลอันเป็นประโยชน์จากการผลการวิจัย ของนักวิทยาศาสตร์ท่านอื่นๆ รวมทั้งวิลคินส์และแฟรงคลิน มาวิเคราะห์โครงสร้าง DNA ด้วยทฤษฎีทางฟิสิกส์ โดยเฉพาะภาพเอกซเรย์ดีเอ็นเอ ของแฟรงคลิน ซึ่งเป็นทั้งกุญแจดอกสำคัญในการไขความลับของโครงสร้างดีเอ็นเอ และจุดแตกหักของแฟรงคลินและวิลคินส์

ในครั้งนั้นแฟรงคลิน เริ่มคลี่คลายปริศนา DNA ด้วยภาพถ่ายเอกซเรย์ DNA ซึ่งเธอสามารถถ่ายภาพโครงสร้างที่สมบูรณ์ที่สุดได้เมื่อพฤษภาคม 1952 แฟรงคลินพบว่าโครงสร้าง DNA ที่ แตกต่างกันเมื่ออยู่ในสภาวะความชื้น DNA จะยืดติด ก่อให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างไปเรียกว่าโครงสร้างแบบ B แต่เมื่อวิลคินส์ต้องการจะร่วมศึกษาโครงสร้าง DNA แบบ B ด้วย เธอก็ไม่ยินดีจนต้องถึงผู้ใหญ่ต้องออกมายุติเรื่อง โดยให้  วิลคินส์ศึกษาโครงสร้างแบบ B ส่วนแฟรงคลินศึกษาโครงสร้างแบบ A และนี่เองที่ทำให้ ภาพของถ่ายดีเอ็นเอ แบบ B ของแฟรงคลินตกไปอยู่ในมือของวัตสัน เมื่อวิลคินส์ได้มอบให้วัตสันในครั้งที่วัตสันเดินทางลอนดอนเพื่อแจ้งข่าวความคืบหน้าการหาคำตอบโครงสร้างของดีเอนเอของไลนัส พอลิ่ง แต่ก็ต้องมีปากเสียงอย่างหนักกับแฟรงกินในการสนทนาทางความคิดเรื่องดีเอนเอ

เมื่อวิลคินส์ได้มอบภาพถ่ายให้แก่วัตสันดู ซึ่งมันเป็นภาพที่คมชัดมากทีสุดเท่าที่จะเคยเห็นมาก่อน จนสร้างความตื่นเต้นให้กับวัตสันและคริกอย่างมาก และแสดงให้เห็นชัดว่า DNA  มีโครงสร้างเป็นสายเกลียว และด้วยภูมิความรู้ของทั้งคู่ พวกเขาคำนวณจากภาพฟิลม์เอกซเรย์และพบว่า ดีเอ็นเอน่าจะจับกันมากกว่าหนึ่งสายและมีโครงสร้างเป็นรูปซ้ำๆ (ตอนนั้นคาดกันว่าน่าจะเป็นสามหรือสี่สาย) อาจจะมีรูปแบบการจับกันมากกว่าหนึ่งแบบอีกด้วย ในที่สุดพวกเขาก็แน่ใจว่า โครงสร้างดีเอ็นเอเป็นเกลียวคู่

สำหรับผลงานที่ตีพิมพ์ลงในวาสาร Nature ฉบับวันที่ 25 เมษายน ค.ศ. 1953  นั้น วัตสันและคริก พบว่าโครงสร้างของดีเอ็นเอมีลักษณะเป็นสายเกลียวคู่ (Double helix) มีเบสที่จับคู่กันระหว่างสองสายอย่างเฉพาะเจาะจง คือ A (อะดีนีน : Adenine) เกาะกับ T (ไทมีน : Thymine) ด้วยพันธะคู่ของไฮโดรเจน และ C (ไซโทซีน : Cytosine) เกาะกับ G (กัวนีน : Guanine) ด้วยพันธะสาม  โดยคาดว่าเบสทั้ง 4 ตัวยึดติดกับน้ำตาลและฟอสเฟตตรงแกนหลัก   การจับคู่ของเบสในลักษณะนี้ ทำให้ดีเอ็นเอสามารถต่อกันได้เป็น
สายยาวอย่างต่อเนื่อง  โดยดีเอ็นเอของสายหนึ่งเป็นแบบจำลองของDNAอีกสายหนึ่งโดยอัตโนมัติ      

ส่วนทางฝั่งของ แฟรงคลินและวิลคินส์ มีผู้พบบันทึกการทดลองของแฟรงคลินในภายหลังว่า
เธอได้เตรียมรายงานผลงานวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างดีเอ็นเอ เพื่อลงในวาสาร Nature เสร็จตั้งแต่วันที่
 17 มีนาคม ค.ศ. 1953  ก่อนหน้าที่คริกและวัตสันจะส่งต้นฉบับถึง Nature เพียงหนึ่งวันเท่านั้น!  แต่สุดท้ายผลงานของทั้งคู่ก็ได้ลงตีพิมพ์ลงในวารสารฉบับเดียวกัน

เหตุผลที่ไม่มีชื่อของโรซาลินด์ แฟลงคลินในรายชื่อผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1962 นั้นก็เพราะ 4 ปีก่อนการประกาศรางวัล เธอต้องจบชีวิตลงด้วยโรคมะเร็งรังไข่ใน และรางวัลโนเบลมอบให้เฉพาะนักวิทยาศาสตร์ที่ยังมีชีวิตอยู่เท่านั้น ชีวิตของเธอถูกบันทึกไว้ในหนังสือชื่อ Rosalind Franklin and DNA โดยเพื่อนของเธอ Anne Sayre

คำถาม

1.นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเรื่อง DNA มีกี่คู่และมีใครบ้าง
ตอบ 2 คู่ คือ 1.เจมส์  วัตสัน (James Watson)และ ฟรานซิส คริก(Francis Crick) 2.โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) และ มอรีส วิลคินส์ (Maurice Wilkins)

2.แฟรงคลินและวิลคินส์ทำการทดลองร่วมกันเพื่อพิสูจน์สมมติฐานโครงสร้างดีเอ็นเอ โดยแฟรงคลินได้ใช้เทคนิคอะไร
ตอบ  เทคนิคเอกซเรย์ คริสตัลโลกราฟี (X-ray crystallography)

3. โรซาลิน แฟรงกิน เสียชีวิตเพราะสาเหตุอะไร
ตอบ  โรคมะเร็งรังไข่ใน