Amerikalı Biyolog J. D. Watson ve İngiliz Fizikçi F. Crick, yukarıda açıklanan DNA nın fiziksel ve kimyasal özellikleriyle ilgili çalışmalardan elde edilen verileri birleştirerek 1953 yılında DNA nın molekül modelini geliştirdiler. Bu model DNA nükleotitleri arasındaki kimyasal ilişkileri ve bunların üç boyutlu olarak molekülde nasıl yerleştiklerini açıklıyordu.
Watson ve Crick DNA molekülü modeli şöyle özetlenebilir:
- DNA sarmal halinde birbiri üzerine bükülmüş iki iplikten oluşmuştur.
- Her bir iplik nükleotitlerden oluşmuş bir dizidir.
- Bir nükleotitte bir fosfat, bir deoksiriboz ve bir de azotlu organik baz bulunur.
- DNA nın azotlu organik bazları adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T) dir. Öyleyse DNA, deoksiriboz şekeri içeren A,G,C ve T nükleotitlerinden oluşur.
- Her bir iplikteki şeker – fosfat birimleri sarmalın dışında, organik bazlar ise sarmalın içinde yer alır.
- Bir iplikteki nükleotitler birbirine fosfodiester bağı (fosfat – şeker bağı, fosfat köprüsü) ile bağlanır. Bir iplikteki nükleotitler herhangi bir kuralı olmaksızın sıralanabilir. Yani fosfodiester bağı tüm nükleotitler arasında kurulabilir (A ile A, G, T, C arasında veya G ile A, G, T, C arasında vb). Bu durumda sınırsız nükleotit kombinasyonu mümkün olabildiğinden, nükleotit dizileri birbirinden farklı, sınırsız DNA çeşidi meydana gelebilir. Öyleyse DNA moleküllerini birbirinden farklı kılan özellikleri, nükleotitlerinin sayısı ve nükleotitlerinin (veya bazlarının) diziliş sırasıdır.
- İki iplik, bazları arasında kurulan zayıf hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur.
- İki ipliği bir arada tutan bazların eşleşmeleri özgüldür. Bu durum bazlar arasında kurulan özgül hidrojen bağlarıyla sağlanır.
Özgül hidrojen bağları DNA nın bir ipliğindeki tek halkalı baz (pirimidin) ile diğer iplikte bunun karşısına gelen iki halkalı baz (pürin) arasında kurulur.
DNA bazları arasında kurulan hidrojen bağlarının özgüllüğü bu kadarla da kalmaz. Hidrojen bağları daima, pürin grubu bazlardan adenin (A) ile pirimidin grubu bazlardan timin (T) arasında, aynı şekilde pürin grubu bazlardan guanin (G) ile pirimidin grubu bazlardan sitozin (C) arasında kurulur.
A ile T arasında iki, G ile C arasında üç özgül hidrojen bağı kurulur.
Bu özgül baz eşleşmesi Chargaf’ın DNA moleküllerinde adenin-timin ve guanin-sitozin miktarlarının eşit olduğu kuralı için bir temel sağlamaktadır.
Oluşan hidrojen bağının özgüllüğü, bir zincirdeki her bir adenin (A) için karşı zincirde bir timin (T), aynı şekilde bir zincirdeki her bir guanin (G) için de karşı zincirde bir sitozin (C) olmasını garantiler. Öyleyse iki nükleotit zinciri birbirinin tamamlayıcısıdır.Yani bir zincirdeki nükleotitlerin sıralanışı karşı zincirdeki nükleotitlerin sıralanışını belirler.
Örneğin;
DNA nın bir ipliğinin belli bir bölümünün baz veya nükleotit dizilişi, …….. AGTCATGGGATC …….. ise diğer iplikte bunun karşısına gelen baz veya nükleotitlerin dizilişi, …….. TCAGTACCCTAG …….. olur.
DNA gibi çok önemli bir molekülün üç boyutlu yapısını açıklayan bu model, DNA nın genetik bilgiyi nasıl depo ettiği ve kendini nasıl eşlediği gibi birçok
biyolojik olayın mekanizmasını aydınlatmada yararlı oldu. Bu başarılı çalışmalarından dolayı Watson ve Crick’e 1962 yılında Nobel Ödülü verilmiştir.
