Crick interessierte sich für zwei grundlegende ungelöste Probleme der Biologie: wie Moleküle den Übergang vom Unbelebten zum Belebten vollziehen und wie das Gehirn ein Bewusstsein erzeugt. Er erkannte, dass sein Hintergrund ihn für die Erforschung des ersten Themas und das Gebiet der Biophysik besser qualifizierte. Zu dieser Zeit, als Crick von der Physik zur Biologie wechselte, wurde er sowohl von Linus Pauling als auch von Erwin Schrödinger beeinflusst. Theoretisch war klar, dass kovalente Bindungen in biologischen Molekülen für die strukturelle Stabilität sorgen konnten, die zur Speicherung der genetischen Information in den Zellen erforderlich war. Es blieb nur noch eine Aufgabe der experimentellen Biologie, herauszufinden, welches Molekül genau das genetische Molekül war. Crick war der Ansicht, dass Charles Darwins Theorie der Evolution durch natürliche Auslese, Gregor Mendels Genetik und das Wissen über die molekularen Grundlagen der Genetik zusammengenommen das Geheimnis des Lebens enthüllten. Crick war sehr optimistisch, dass das Leben sehr bald im Reagenzglas entstehen würde. Einige Leute (wie seine Forscherkollegin Esther Lederberg) hielten Crick jedoch für übermäßig optimistisch
Es war klar, dass ein Makromolekül wie ein Protein das genetische Molekül sein musste. Es war jedoch bekannt, dass Proteine strukturelle und funktionelle Makromoleküle sind, von denen einige die enzymatischen Reaktionen der Zellen ausführen. In den 1940er Jahren gab es Hinweise darauf, dass ein anderes Makromolekül, die DNA, der andere Hauptbestandteil der Chromosomen, als genetisches Molekül in Frage kommt. Im Avery-MacLeod-McCarty-Experiment von 1944 zeigten Oswald Avery und seine Mitarbeiter, dass ein vererbbarer phänotypischer Unterschied in Bakterien dadurch hervorgerufen werden konnte, dass man sie mit einem bestimmten DNA-Molekül versorgte.
Andere Beweise wurden jedoch so interpretiert, dass die DNA strukturell uninteressant und möglicherweise nur ein molekulares Gerüst für die scheinbar interessanteren Proteinmoleküle war. Crick war zur richtigen Zeit (1949) am richtigen Ort und in der richtigen Geisteshaltung, um sich dem Projekt von Max Perutz an der Universität Cambridge anzuschließen, und er begann mit der Röntgenkristallographie von Proteinen zu arbeiten. Die Röntgenkristallographie bot theoretisch die Möglichkeit, die molekulare Struktur großer Moleküle wie Proteine und DNA zu enthüllen, aber es gab damals ernsthafte technische Probleme, die verhinderten, dass die Röntgenkristallographie auf so große Moleküle anwendbar war.
1949-1950Edit
Crick brachte sich selbst die mathematische Theorie der Röntgenkristallographie bei. Während Crick sich mit der Röntgenbeugung beschäftigte, versuchten Forscher im Labor in Cambridge, die stabilste Helixkonformation von Aminosäureketten in Proteinen (die Alpha-Helix) zu bestimmen. Linus Pauling war der erste, der das Verhältnis von 3,6 Aminosäuren pro Helixwindung der Alpha-Helix identifizierte. Crick wurde Zeuge der Fehler, die seine Mitarbeiter bei ihren fehlgeschlagenen Versuchen, ein korrektes molekulares Modell der Alpha-Helix zu erstellen, machten; dies erwies sich als wichtige Lehre, die in Zukunft auf die Helixstruktur der DNA angewendet werden konnte. Zum Beispiel lernte er die Bedeutung der strukturellen Steifigkeit, die Doppelbindungen molekularen Strukturen verleihen, was sowohl für Peptidbindungen in Proteinen als auch für die Struktur von Nukleotiden in der DNA relevant ist.
1951-1953: DNA-StrukturBearbeiten
In den Jahren 1951 und 1952 war Crick zusammen mit William Cochran und Vladimir Vand an der Entwicklung einer mathematischen Theorie der Röntgenbeugung an einem helikalen Molekül beteiligt. Dieses theoretische Ergebnis stimmte gut mit Röntgendaten für Proteine überein, die Aminosäuresequenzen in der Alpha-Helix-Konformation enthalten. Die Theorie der spiralförmigen Beugung erwies sich auch für das Verständnis der Struktur der DNA als nützlich.
Ende 1951 begann Crick mit James Watson am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge, England, zu arbeiten. Anhand von „Photo 51“ (den Röntgenbeugungsergebnissen von Rosalind Franklin und ihrem Doktoranden Raymond Gosling vom King’s College London, die ihnen von Gosling und Franklins Kollegen Wilkins zur Verfügung gestellt worden waren) entwickelten Watson und Crick gemeinsam ein Modell für eine spiralförmige Struktur der DNA, das sie 1953 veröffentlichten. Für diese und weitere Arbeiten erhielten sie 1962 gemeinsam mit Wilkins den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Als Watson nach Cambridge kam, war Crick ein 35-jähriger Doktorand (aufgrund seiner Arbeit während des Zweiten Weltkriegs) und Watson erst 23 Jahre alt, hatte aber bereits einen Doktortitel erworben. Sie teilten das Interesse an dem grundlegenden Problem, herauszufinden, wie genetische Informationen in molekularer Form gespeichert werden könnten. Watson und Crick sprachen endlos über die DNA und die Idee, dass es möglich sein könnte, ein gutes molekulares Modell ihrer Struktur zu erraten. Ein wichtiger Teil der experimentell gewonnenen Informationen stammte aus Röntgenbeugungsbildern, die von Wilkins, Franklin und Gosling erstellt worden waren. Im November 1951 kam Wilkins nach Cambridge und teilte seine Daten mit Watson und Crick. Alexander Stokes (ein weiterer Experte für die Theorie der spiralförmigen Beugung) und Wilkins (beide am King’s College) waren zu dem Schluss gekommen, dass die Röntgenbeugungsdaten der DNA auf eine spiralförmige Struktur des Moleküls hindeuteten – doch Franklin bestritt diese Schlussfolgerung vehement. Angeregt durch ihre Diskussionen mit Wilkins und durch das, was Watson bei einem Vortrag von Franklin über ihre Arbeit an der DNS erfuhr, erstellten Crick und Watson ein fehlerhaftes erstes Modell der DNS und stellten es vor. Ihre Eile, ein Modell der DNA-Struktur zu erstellen, wurde zum Teil durch das Wissen angetrieben, dass sie im Wettbewerb mit Linus Pauling standen. In Anbetracht von Paulings jüngstem Erfolg bei der Entdeckung der Alpha-Helix befürchteten sie, dass Pauling auch der erste sein könnte, der die Struktur der DNA bestimmt.
Viele haben darüber spekuliert, was passiert wäre, wenn Pauling wie geplant im Mai 1952 nach Großbritannien hätte reisen können. So aber wurde seine Reise aufgrund seiner politischen Aktivitäten von der US-Regierung eingeschränkt, und er besuchte Großbritannien erst später, wobei er keinen der DNA-Forscher in England traf. Jedenfalls beschäftigte er sich zu dieser Zeit mit Proteinen und nicht mit der DNA. Watson und Crick arbeiteten nicht offiziell an der DNA. Crick schrieb an seiner Doktorarbeit; Watson hatte auch andere Aufgaben, wie z. B. den Versuch, Kristalle von Myoglobin für Röntgenbeugungsexperimente zu erhalten. 1952 führte Watson Röntgenbeugungsversuche am Tabakmosaikvirus durch und fand Ergebnisse, die auf eine helikale Struktur hinwiesen. Nachdem sie einmal gescheitert waren, zögerten Watson und Crick nun, es noch einmal zu versuchen, und es wurde ihnen eine Zeit lang untersagt, weitere Anstrengungen zu unternehmen, um ein molekulares Modell der DNA zu finden.
Von großer Bedeutung für die Modellbildung von Watson und Crick war Rosalind Franklins Verständnis der grundlegenden Chemie, das darauf hindeutete, dass die hydrophilen phosphathaltigen Rückgrate der Nukleotidketten der DNA so positioniert werden sollten, dass sie mit den Wassermolekülen an der Außenseite des Moleküls interagieren, während die hydrophoben Basen im Kern gepackt werden sollten. Franklin teilte dieses chemische Wissen mit Watson und Crick, als sie sie darauf hinwies, dass ihr erstes Modell (von 1951, mit den Phosphaten im Inneren) offensichtlich falsch war.
Crick beschrieb, was er als das Versagen von Wilkins und Franklin sah, zusammenzuarbeiten und auf ein molekulares Modell der DNA hinzuarbeiten, als einen Hauptgrund, warum er und Watson schließlich einen zweiten Versuch unternahmen. Sie baten sowohl William Lawrence Bragg als auch Wilkins um die Erlaubnis, dies zu tun, und erhielten sie auch. Um ihr DNA-Modell zu konstruieren, nutzten Watson und Crick Informationen aus unveröffentlichten Röntgenbeugungsbildern von Franklin (die auf Tagungen gezeigt und von Wilkins bereitwillig weitergegeben wurden), einschließlich vorläufiger Berichte über Franklins Ergebnisse/Fotografien der Röntgenbilder, die in einem schriftlichen Fortschrittsbericht für das Labor von Sir John Randall am King’s College von Ende 1952 enthalten waren.
Es ist umstritten, ob Watson und Crick Zugang zu Franklins Ergebnissen haben sollten, ohne ihr Wissen oder ihre Erlaubnis, und bevor sie die Möglichkeit hatte, die Ergebnisse ihrer detaillierten Analyse ihrer Röntgenbeugungsdaten, die in dem Fortschrittsbericht enthalten waren, formell zu veröffentlichen. Watson und Crick bemängelten jedoch ihre hartnäckige Behauptung, dass ihren Daten zufolge eine helikale Struktur nicht die einzig mögliche Form der DNA sei – sie befanden sich also in einem Dilemma. In dem Bemühen, diese Frage zu klären, veröffentlichte Max Ferdinand Perutz später den Inhalt des Fortschrittsberichts und wies darauf hin, dass nichts in dem Bericht stand, was Franklin nicht selbst in ihrem Vortrag (in Anwesenheit von Watson) Ende 1951 gesagt hatte. Außerdem erklärte Perutz, dass der Bericht an einen Ausschuss des Medical Research Council (MRC) gerichtet war, der eingerichtet worden war, um „Kontakte zwischen den verschiedenen Gruppen von Personen herzustellen, die für den Rat arbeiten“. Randalls und Perutz‘ Laboratorien wurden beide vom MRC finanziert.
Es ist auch nicht klar, wie wichtig Franklins unveröffentlichte Ergebnisse aus dem Fortschrittsbericht tatsächlich für die Modellbildung von Watson und Crick waren. Nachdem in den 1930er Jahren die ersten groben Röntgenbeugungsbilder der DNA angefertigt worden waren, hatte William Astbury von Stapeln von Nukleotiden gesprochen, die in der DNA in Abständen von 3,4 Angström (0,34 Nanometer) angeordnet waren. Ein Verweis auf Astburys frühere Arbeiten zur Röntgenbeugung war einer von nur acht Verweisen in Franklins erster Arbeit über die DNA. Die Analyse der von Astbury veröffentlichten DNA-Ergebnisse und der von Wilkins und Franklin gesammelten besseren Röntgenbeugungsbilder zeigte die spiralförmige Natur der DNA. Es war möglich, die Anzahl der Basen vorherzusagen, die in einer einzigen Windung der DNA-Helix gestapelt sind (10 pro Windung; eine volle Windung der Helix beträgt 27 Winkelströme in der kompakten A-Form, 34 Winkelströme in der feuchteren B-Form). Wilkins teilte diese Informationen über die B-Form der DNA mit Crick und Watson. Crick sah Franklins Röntgenbilder der B-Form (Foto 51) erst nach der Veröffentlichung des DNA-Doppelhelixmodells.
Einer der wenigen Verweise, die Watson und Crick bei der Veröffentlichung ihres DNA-Modells anführten, war ein veröffentlichter Artikel, der Sven Furbergs DNA-Modell mit den Basen auf der Innenseite enthielt. Das Modell von Watson und Crick war also nicht das erste „Basen im Inneren“-Modell, das vorgeschlagen wurde. Furbergs Ergebnisse hatten auch die korrekte Ausrichtung der DNA-Zucker in Bezug auf die Basen ergeben. Während ihrer Modellbildung lernten Crick und Watson, dass eine antiparallele Ausrichtung der beiden Nukleotidketten am besten geeignet war, die Basenpaare in der Mitte einer Doppelhelix auszurichten. Cricks Zugang zu Franklins Fortschrittsbericht von Ende 1952 machte Crick zuversichtlich, dass die DNA eine Doppelhelix mit antiparallelen Ketten war, aber es gab noch andere Argumentationsketten und Informationsquellen, die ebenfalls zu diesen Schlussfolgerungen führten.
Als Franklin das King’s College in Richtung Birkbeck College verließ, wurde sie von John Randall gebeten, ihre Arbeit an der DNA aufzugeben. Als Wilkins und die Vorgesetzten von Watson und Crick erfuhren, dass Franklin an die neue Stelle ging und dass Linus Pauling an der Struktur der DNA arbeitete, waren sie bereit, Franklins Daten mit Watson und Crick zu teilen, in der Hoffnung, dass sie ein gutes Modell der DNA finden könnten, bevor Pauling dazu in der Lage war. Franklins Röntgenbeugungsdaten für die DNS und ihre systematische Analyse der Strukturmerkmale der DNS waren für Watson und Crick sehr hilfreich, um ein korrektes Molekülmodell zu finden. Das Hauptproblem für Watson und Crick, das durch die Daten vom King’s College nicht gelöst werden konnte, bestand darin, zu erraten, wie die Nukleotidbasen im Kern der DNA-Doppelhelix angeordnet sind.
Ein weiterer Schlüssel zum Auffinden der korrekten Struktur der DNA waren die so genannten Chargaff-Verhältnisse, experimentell ermittelte Verhältnisse der Nukleotiduntereinheiten der DNA: die Menge an Guanin ist gleich Cytosin und die Menge an Adenin ist gleich Thymin. Ein Besuch von Erwin Chargaff in England im Jahr 1952 verstärkte die Bedeutung dieser wichtigen Tatsache für Watson und Crick. Die Bedeutung dieser Verhältnisse für die Struktur der DNA wurde erst erkannt, als Watson bei der Erstellung von Strukturmodellen feststellte, dass die Paare A:T und C:G strukturell ähnlich sind. Insbesondere ist die Länge der Basenpaare gleich. Chargaff hatte Watson auch darauf hingewiesen, dass in der wässrigen, salzhaltigen Umgebung der Zelle die vorherrschenden Tautomere der Pyrimidinbasen (C und T) die Amin- und Ketokonfigurationen von Cytosin und Thymin sein würden, und nicht die Imino- und Enolformen, die Crick und Watson angenommen hatten. Sie konsultierten Jerry Donohue, der die wahrscheinlichsten Strukturen der Nukleotidbasen bestätigte. Die Basenpaare werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, dieselben nicht-kovalenten Wechselwirkungen, die auch die α-Helix der Proteine stabilisieren. Die richtigen Strukturen waren für die Positionierung der Wasserstoffbrücken entscheidend. Diese Erkenntnisse führten Watson dazu, die wahren biologischen Beziehungen der A:T- und C:G-Paare abzuleiten. Nach der Entdeckung der wasserstoffgebundenen A:T- und C:G-Paare hatten Watson und Crick bald ihr antiparalleles, doppelhelicales Modell der DNA, bei dem die Wasserstoffbrücken im Kern der Helix eine Möglichkeit bieten, die beiden komplementären Stränge für eine einfache Replikation zu „entkoppeln“: die letzte wichtige Voraussetzung für ein wahrscheinliches Modell des genetischen Moleküls. So wichtig Cricks Beiträge zur Entdeckung des Doppelhelix-DNA-Modells auch waren, er erklärte, dass er ohne die Möglichkeit der Zusammenarbeit mit Watson die Struktur nicht allein gefunden hätte.
Crick versuchte zwar, einige Experimente zur Basenpaarung von Nukleotiden durchzuführen, aber er war eher ein theoretischer Biologe als ein experimenteller Biologe. Anfang 1952 gab es eine weitere Beinahe-Entdeckung der Basenpaarungsregeln. Crick hatte begonnen, über die Wechselwirkungen zwischen den Basen nachzudenken. Er bat John Griffith, zu versuchen, die attraktiven Wechselwirkungen zwischen den DNA-Basen anhand chemischer Prinzipien und der Quantenmechanik zu berechnen. Griffiths beste Vermutung war, dass A:T und G:C attraktive Paare waren. Zu dieser Zeit kannte Crick die Chargaffschen Regeln noch nicht, und er machte sich wenig aus Griffiths Berechnungen, obwohl sie ihn dazu brachten, über komplementäre Replikation nachzudenken. Die Identifizierung der korrekten Basenpaarungsregeln (A-T, G-C) gelang Watson durch „Spielen“ mit aus Pappe ausgeschnittenen Modellen der Nukleotidbasen, ähnlich wie Linus Pauling einige Jahre zuvor die Alpha-Helix der Proteine entdeckt hatte. Die Entdeckung der DNA-Doppelhelixstruktur durch Watson und Crick wurde durch ihre Bereitschaft ermöglicht, Theorie, Modellierung und experimentelle Ergebnisse (die allerdings größtenteils von anderen durchgeführt wurden) zu kombinieren, um ihr Ziel zu erreichen.
Die von Watson und Crick vorgeschlagene DNA-Doppelhelixstruktur basierte auf „Watson-Crick“-Bindungen zwischen den vier Basen, die am häufigsten in der DNA (A, C, T, G) und RNA (A, C, U, G) vorkommen. Spätere Forschungen zeigten jedoch, dass Dreistrang-, Vierstrang- und andere komplexere DNA-Molekularstrukturen eine Hoogsteen-Basenpaarung erfordern. Der gesamte Bereich der synthetischen Biologie begann mit Arbeiten von Forschern wie Erik T. Kool, bei denen andere Basen als A, C, T und G in einer synthetischen DNA verwendet werden. Neben der synthetischen DNA gibt es auch Versuche, synthetische Codons, synthetische Endonukleasen, synthetische Proteine und synthetische Zinkfinger zu konstruieren. Bei der Verwendung synthetischer DNA könnte es statt 43 Codons bei n neuen Basen sogar n3 Codons geben. Derzeit wird erforscht, ob Codons auf mehr als 3 Basen erweitert werden können. Diese neuen Codons können für neue Aminosäuren kodieren. Diese synthetischen Moleküle können nicht nur in der Medizin, sondern auch bei der Herstellung neuer Materialien verwendet werden.
Die Entdeckung wurde am 28. Februar 1953 gemacht; der erste Artikel von Watson/Crick erschien am 25. April 1953 in Nature. Sir Lawrence Bragg, der Direktor des Cavendish Laboratory, in dem Watson und Crick arbeiteten, hielt am Donnerstag, dem 14. Mai 1953, einen Vortrag an der Guy’s Hospital Medical School in London, der zu einem Artikel von Ritchie Calder im News Chronicle of London am Freitag, dem 15. Mai 1953, mit dem Titel „Why You Are You. Näheres Geheimnis des Lebens“. Die Nachricht erreichte die Leser der New York Times am nächsten Tag; Victor K. McElheny fand bei der Recherche für seine Biografie „Watson and DNA: Making a Scientific Revolution“, fand er einen Ausschnitt eines sechsteiligen Artikels der New York Times aus London vom 16. Mai 1953 mit der Schlagzeile „Form of ‚Life Unit‘ in Cell Is Scanned“. Der Artikel erschien in einer früheren Ausgabe und wurde dann zurückgezogen, um Platz für Nachrichten zu schaffen, die für wichtiger gehalten wurden. (Die New York Times veröffentlichte später, am 12. Juni 1953, einen längeren Artikel). Die Universitätszeitung Varsity veröffentlichte am Samstag, dem 30. Mai 1953, ebenfalls einen kurzen Artikel über die Entdeckung. Braggs ursprüngliche Ankündigung der Entdeckung auf einer Solvay-Konferenz über Proteine in Belgien am 8. April 1953 wurde von der britischen Presse nicht berichtet.
In einem siebenseitigen, handgeschriebenen Brief an seinen Sohn in einem britischen Internat am 19. März 1953 erläuterte Crick seine Entdeckung und begann den Brief mit den Worten „Mein lieber Michael, Jim Watson und ich haben wahrscheinlich eine sehr wichtige Entdeckung gemacht…“. Der Brief wurde am 10. April 2013 bei Christie’s in New York mit einem Schätzwert von 1 bis 2 Millionen Dollar versteigert und schließlich für 6.059.750 Dollar verkauft, der höchste Betrag, der jemals für einen Brief bei einer Auktion gezahlt wurde.
Sydney Brenner, Jack Dunitz, Dorothy Hodgkin, Leslie Orgel und Beryl M. Oughton waren einige der ersten Personen, die im April 1953 das von Crick und Watson konstruierte Modell der DNA-Struktur zu Gesicht bekamen; sie arbeiteten damals an der Chemieabteilung der Universität Oxford. Alle waren von dem neuen DNA-Modell beeindruckt, insbesondere Brenner, der später mit Crick in Cambridge im Cavendish Laboratory und im neuen Labor für Molekularbiologie arbeitete. Laut der verstorbenen Dr. Beryl Oughton, später Rimmer, reisten sie alle zusammen in zwei Autos, als Dorothy Hodgkin ihnen ankündigte, dass sie nach Cambridge fahren würden, um sich das Modell der DNA-Struktur anzusehen. Orgel arbeitete später auch mit Crick am Salk Institute for Biological Studies.
Kurz nach Cricks Tod wurde behauptet, er habe LSD genommen, als er auf die Idee mit der Helixstruktur der DNA kam. Obwohl er mit ziemlicher Sicherheit LSD genommen hat, ist es unwahrscheinlich, dass er dies bereits 1953 tat.
MolekularbiologieBearbeiten
Im Jahr 1954, im Alter von 37 Jahren, schloss Crick seine Doktorarbeit ab: „X-Ray Diffraction: Polypeptide und Proteine“ und erhielt seinen Abschluss. Anschließend arbeitete Crick im Labor von David Harker am Brooklyn Polytechnic Institute, wo er seine Fähigkeiten in der Analyse von Röntgenbeugungsdaten für Proteine weiter ausbaute und sich vor allem mit Ribonuklease und den Mechanismen der Proteinsynthese beschäftigte. David Harker, der amerikanische Röntgenkristallograph, wurde von Vittorio Luzzati, einem Kristallographen am Zentrum für molekulare Genetik in Gif-sur-Yvette bei Paris, der mit Rosalind Franklin zusammengearbeitet hatte, als „der John Wayne der Kristallographie“ bezeichnet.
Nach der Entdeckung des Doppelhelixmodells der DNA wandte sich Cricks Interesse schnell den biologischen Implikationen der Struktur zu. 1953 veröffentlichten Watson und Crick einen weiteren Artikel in Nature, in dem sie feststellten: „Es scheint daher wahrscheinlich, dass die genaue Abfolge der Basen der Code ist, der die genetische Information trägt“.
Im Jahr 1956 spekulierten Crick und Watson über die Struktur kleiner Viren. Sie vermuteten, dass kugelförmige Viren wie das Tomato bushy stunt virus eine ikosaedrische Symmetrie haben und aus 60 identischen Untereinheiten bestehen.
Nach seiner kurzen Zeit in New York kehrte Crick nach Cambridge zurück, wo er bis 1976 arbeitete, bevor er nach Kalifornien zog. Crick beteiligte sich an mehreren Kooperationen im Bereich der Röntgenbeugung, unter anderem mit Alexander Rich über die Struktur von Kollagen. Crick entfernte sich jedoch schnell von der weiteren Arbeit, die mit seiner Expertise in der Interpretation von Röntgenbeugungsmustern von Proteinen zusammenhing.
George Gamow gründete eine Gruppe von Wissenschaftlern, die sich für die Rolle der RNA als Vermittler zwischen der DNA als genetischem Speichermolekül im Zellkern und der Synthese von Proteinen im Zytoplasma interessierten (der RNA Tie Club). Für Crick war klar, dass es einen Code geben musste, durch den eine kurze Nukleotidsequenz eine bestimmte Aminosäure in einem neu synthetisierten Protein spezifizieren würde. 1956 schrieb Crick einen informellen Artikel über das Problem der genetischen Kodierung für die kleine Gruppe von Wissenschaftlern in Gamows RNA-Gruppe. In diesem Artikel überprüfte Crick die Beweise für die Annahme, dass es einen gemeinsamen Satz von etwa 20 Aminosäuren für die Synthese von Proteinen gibt. Crick schlug vor, dass es einen entsprechenden Satz kleiner „Anpassungsmoleküle“ gibt, die Wasserstoffbrückenbindungen an kurze Sequenzen einer Nukleinsäure eingehen und auch eine Verbindung zu einer der Aminosäuren herstellen können. Er untersuchte auch die vielen theoretischen Möglichkeiten, mit denen kurze Nukleinsäuresequenzen für die 20 Aminosäuren kodieren könnten.
Mitte bis Ende der 1950er Jahre war Crick intellektuell sehr damit beschäftigt, das Rätsel zu lösen, wie Proteine synthetisiert werden. Bis 1958 war Cricks Denken gereift, und er konnte in geordneter Weise alle Schlüsselmerkmale des Proteinsyntheseprozesses auflisten:
- genetische Informationen, die in der Sequenz von DNA-Molekülen gespeichert sind
- ein „Boten“-RNA-Molekül, das die Anweisungen für die Herstellung eines Proteins in das Zytoplasma transportiert
- Anpassungsmoleküle („sie könnten Nukleotide enthalten“), um kurze Nukleotidsequenzen in den RNA-Botenmolekülen an spezifische Aminosäuren anzupassen
- Ribonuklein-Protein-Komplexe, die den Zusammenbau von Aminosäuren zu Proteinen gemäß der Boten-RNA katalysieren
Die Adaptor-Moleküle erwiesen sich schließlich als tRNAs und die katalytischen „Ribonuklein-Protein-Komplexe“ wurden als Ribosomen bekannt. Ein wichtiger Schritt war die spätere Erkenntnis (1960), dass die Boten-RNA nicht mit der ribosomalen RNA identisch ist. All dies beantwortete jedoch nicht die grundlegende theoretische Frage nach der genauen Natur des genetischen Codes. In seinem Artikel von 1958 spekulierte Crick, wie auch andere, dass ein Triplett von Nukleotiden für eine Aminosäure kodieren könnte. Ein solcher Code könnte „degeneriert“ sein, mit 4×4×4=64 möglichen Tripletts der vier Nukleotid-Untereinheiten, während es nur 20 Aminosäuren gibt. Einige Aminosäuren könnten mehrere Triplett-Codes haben. Crick untersuchte auch andere Codes, bei denen aus verschiedenen Gründen nur ein Teil der Tripletts verwendet wurde, was auf „magische“ Weise genau die 20 benötigten Kombinationen ergab. Es wurden experimentelle Ergebnisse benötigt; die Theorie allein konnte nicht über die Art des Codes entscheiden. Crick verwendete auch den Begriff „zentrales Dogma“, um eine Idee zusammenzufassen, die besagt, dass der genetische Informationsfluss zwischen Makromolekülen im Wesentlichen in eine Richtung verläuft:
DNA → RNA → Protein
Einige Kritiker waren der Meinung, dass Crick mit der Verwendung des Wortes „Dogma“ andeuten wollte, dass es sich um eine Regel handelt, die nicht in Frage gestellt werden kann, aber in Wirklichkeit meinte er damit nur, dass es sich um eine überzeugende Idee handelt, für die es kaum solide Beweise gibt. Bei seinen Überlegungen zu den biologischen Prozessen, die die DNA-Gene mit den Proteinen verbinden, machte Crick einen deutlichen Unterschied zwischen den beteiligten Materialien, der benötigten Energie und dem Informationsfluss. Crick konzentrierte sich auf diese dritte Komponente (Information), und sie wurde zum Organisationsprinzip dessen, was als Molekularbiologie bekannt wurde. Crick war zu diesem Zeitpunkt zu einem sehr einflussreichen theoretischen Molekularbiologen geworden.
Der Beweis, dass der genetische Code ein degenerierter Triplett-Code ist, wurde schließlich durch genetische Experimente erbracht, von denen einige von Crick durchgeführt wurden. Die Details des Codes stammten vor allem aus Arbeiten von Marshall Nirenberg und anderen, die synthetische RNA-Moleküle herstellten und sie als Vorlage für die In-vitro-Proteinsynthese verwendeten. Nirenberg gab seine Ergebnisse erstmals 1961 auf einer Konferenz in Moskau vor einem kleinen Publikum bekannt. Crick lud daraufhin Nirenberg ein, seinen Vortrag vor einem größeren Publikum zu halten.