El descubrimiento del ADN.

 

Indice.

 

Friedrich Miescher.

Phoebus Levene.

Oswald Avery.

Erwin Schrödinger.

Alfred Hershey y Martha Chase.

Erwin Chargaff.

James Watson y Francis Crick.

Pares de bases.

Addendum.

 

Introduccion.

En el interior de todas nuestras células cuyas dimensiones son típicamente de 50 y 100 milésimas de milímetros, existe el núcleo, estudiarlo es algo difícil por su tamaño,  dentro del núcleo hay una molécula llamada ácido desoxirribonucleico, ADN,  que esta cuidadosamente envuelto  y protegido por una sustancias llamadas histonas y otras sustancias. El ADN funciona como una especie de biblioteca, como una cinta magnética gigante en donde está grabada la información genética, sabemos que en algunas zonas del ADN se encuentra grabada la información que sirve para producir proteínas, a estos bloques de información grabados en la molécula de ADN se le llama genes, un gen es una colección de instrucciones necesarias para la producción de proteínas, el ADN no solamente guarda genes sino que guarda información para producir otro tipo de sustancias y mucho de lo que sucederá con el conocimiento del ADN tiene que ver con la salud del hombre, si se manipula el ADN, se podría realizar  la cancelación casi total del proceso del envejecimiento, acabar con las adicciones y terminar con problemas como el cáncer.

Todos los seres humano poseemos la misma cantidad de genes que producen proteínas, que tienen la misma función, solo que no todas  las proteínas son iguales, las proteínas son como palabras, las letras de esas palabras se llaman aminoácidos, existe una proteína por ejemplo de la insulina que sirve para que las células del cuerpo tomen azúcar de la sangre, cuando hay mucha azúcar  en la sangre, se libera la insulina del páncreas, la insulina circula por todo el cuerpo, en las superficies de las células hay una proteína especial que captura cualquier molécula de insulina que pase cerca y cuando captura una molécula de insulina, esa proteína dispara una serie de procesos que hace que las células comiencen a absorber glucosa de la sangre, cuando ese mecanismo no funciona bien, porque no hay insulina por algún motivo, el nivel de azúcar aumenta y se produce la diabetes.   

 

El ADN ha pasado de ser una oscura molécula con presunta función accesoria o función estructural dentro del núcleo a un icono de la biociencia moderna. La historia del ADN, a menudo parece comenzar en 1944 con Avery , MacLeod y McCarty que demuestran que el ADN es el material hereditario, en los siguientes  10 años de sus experimentos  Watson y Crick descifraron la estructura del mismo y pasada otra década el código fue haciéndose más claro. Sin embargo, la historia del ADN se inicia en 1869, con el médico suizo Friedrich Miescher .

Durante su formación como médico, Miescher se trasladó a Tubingen para trabajar en el laboratorio de bioquímica Hoppe - Seyler , su objetivo era dilucidar los componentes básicos de la vida. Eligió a los  leucocitos como material de estudio, primero investigó las proteínas en las células, sin embargo, durante estos experimentos, se dio cuenta que existía una sustancia con propiedades inesperadas que no coincidía con las de las proteínas. Miescher había obtenido la primera purificación del ADN. Examinó además las propiedades y la composición de esta sustancia enigmática y demostró que fundamentalmente difiere de las proteínas. Debido a su presencia en los núcleos de las células, calificó a la nueva sustancia con el nombre de nucleina, el término utilizado actualmente es  acido desoxirribonucleico.

El trabajo sobre el ADN realizado por James Watson y Francis Crick se publicó en un artículo en la revista Nature, el 25 abril de 1953, revelando la estructura del ADN. Su descubrimiento fue la culminación de un década de intensa investigación seguida por Oswald T. Avery, Colin MacLeod y McCarty Maclyn, que demostraron que el ADN, no era una proteínas como se pensaba anteriormente, sino es la molécula hereditaria.

 Friedrich Miescher.

La descripción del ADN en realidad comenzó hace 135 años con el descubrimiento por Friedrich Miescher, que aisló al material hereditario en 1869, La segunda mitad del siglo 19 fue un período en el que se establecieron muchos conceptos claves en la biología, el objetivo de los biólogos fue cambiando a partir del estudio de organismos, órganos o tejidos con sus células componentes. J. Matthias Schleiden y Theodor Schwann sólo habían mostrado que todos los tejidos tienen un origen celular y que tanto los animales y plantas consisten en las mismas unidades fundamentales de organización, las células, que interactúan para dar lugar a complejos organismos.

 Friedrich Miescher, estaba interesado en la química de las células. En 1869, comenzó a trabajar con las células blancas de la sangre o leucocitos. Los glóbulos blancos son el principal componente del pus en las infecciones. Recogía una gran cantidad de pus de las vendas en el hospital local y utilizaba una solución salina para lavar el pus de las vendas. Cuando añadió una solución alcalina débil, las células se lisaron, que es la rotura de la membrana celular y luego los núcleos se precipitan fuera de la solución. A partir de los núcleos celulares se aisló una sustancia química única, que llamo nucleina. Encontró estos núcleos en cada tipo de célula que estudio. Químicamente, la nucleina tiene un alto contenido de fósforo. Por lo tanto, pensó que la nucleina funciona principalmente como el almacén celular para el átomo de fósforo, aunque no se reconocía en ese momento, Miescher había aislado el primer extracto crudo de ADN.

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/Friedrich%20Miescher%20%201.png

La siguiente foto es una imagen del microscopio electrónico, es un ejemplo de lisis de una célula, se produce con el estallido de la pared celular de una bacteria estreptococos,


El análisis de esta nucleína mostró que se trataba de un ácido, que contiene fósforo, por lo que no se agrupa a algunos de los grupos conocidos de moléculas biológicas, tales como hidratos de carbono y las proteínas. Miescher calculo su fórmula como C29H49O22N9P3, lo que refleja el hecho de que el ADN es una molécula larga y frágil que fragmenta fácilmente. Miescher debía haber utilizado uno de los fragmentos para la determinación de la fórmula. La nucleina fue rebautizada como ácido nucleico y a pesar de su novedad química, su significado biológico no se entiende plenamente por muchas décadas más, continuó estudiando la nucleina en el esperma del salmón, e incluso sugirió que podría estar involucrado en el código genético.

Mientras tanto, gracias a los avances en microscopía, la célula siguió arrojando sus secretos. En 1879, el biólogo alemán Walther Flemming descubrió diminutas estructuras similares a hilos llamados cromatina, conocido más tarde como cromosomas en el núcleo, llamada así porque absorben fácilmente el color de las manchas utilizados para revelar los componentes celulares. Los estudios sobre la división celular daban a conocer el papel fundamental que desempeñan los cromosomas en la herencia, cómo estos se duplican antes de la división celular.

Un análisis más detallado sugiere que los cromosomas contenían ADN, lo que llevó a otro investigador alemán, Oskar Hertwig, a declarar que la nucleina es la sustancia que se encarga de la transmisión de los caracteres hereditarios. No todo el mundo estuvo de acuerdo,  Miescher era uno de ellos. Los cromosomas contienen también proteínas y los bioquímicos estaban empezando a estudiar las proteínas como grandes y complejas moléculas. La fragilidad del ADN ocultaba su complejidad subyacente durante muchos más años.

Irónicamente, Miescher fue posiblemente el primero en proponer la idea de un código químico que da la información biológica de una célula a otra, sino que, al igual que muchos otros después de él, cree que sólo las proteínas son capaces de transmitir dicho código.

 

Phoebus Levene. [ 1 ]

En 1900, se conoce que los bloques básicos de ADN son un fosfato, un azúcar, que más tarde se demostró ser desoxirribosa y cuatro bases heterocíclicas, dos de los cuales eran purinas, que es una base nitrogenada, dos de ellas son la adenina (A) y la guanina (G), mientras que los otros dos eran las pirimidinas, que tienen los derivados llamados citosina (C) y la timina (T). Fue Phoebus Levene, quien mostró que los componentes del ADN estaban vinculados en el orden fosfato-azúcar-base. Llamó a cada una de estas unidades  nucleótido, argumentando que la molécula de ADN consistía de una cadena de unidades de nucleótidos, unidos entre sí a través de los grupos fosfato, que son la columna vertebral de la molécula. Cada cadena de ADN está formada de nucleótidos.

 

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/guanina.png

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/citosina.png

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/timina.png

 

Un monómero  es una molécula de pequeña masa molecular  unida a otros monómeros en grandes cantidades por medio de enlaces  covalentes, formando moléculas muy largas, en este caso a los monómeros se los denominan nucleótidos, el siguiente dibujo es un ejemplo de lo dicho, en este caso la base nitrogenada es adenina,

  

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/monomero%201.png

 

 

Los nucleótidos son los puentes en la cadena de ADN. Cada nucleótido está formado de un fosfato, una azúcar y una de las cuatro bases: A,G,C y T, millones de nucleótidos están unidos para formar el ADN,

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/nucleotido%201.png

A principio del siglo veinte, nadie aprecia la extraordinaria longitud de la molécula de ADN, cosa que ocurrió hasta bien entrado el siglo. Ahora sabemos que el ADN de una célula humana sería una molécula de aproximadamente 1 metro de longitud. Incluso un organismo simple como la bacteria E. coli tiene una molécula de ADN de poco más de 1 mm de longitud. Miescher no se había dado cuenta de esto y por supuesto  tampoco Levene, quien insistió en que el ADN era una molécula relativamente pequeña, probablemente de alrededor de 10 nucleótidos de longitud.

Levene también estaba convencido de que la cantidad de cuatro bases es las mismas en todas las moléculas de ADN, cualquiera que sea su origen. Así que incluso cuando los investigadores suecos Torbjörn Caspersson y Einar Hammersten mostraron, en la década de 1930, que el ADN era un polímero, la mayoría de las personas siguieron creyendo en Levene, con su hipótesis tetranucleótido . Incluso si el ADN contenía millones de nucleótidos, se pensaba que estaban dispuestos de una manera monótona y predecible que no podría tener ningún contenido de información significativa. De Levene fue contemporáneo de el gran químico alemán Emil Fischer que había demostrado que las proteínas estaban hechas de aminoácidos, unidos entre sí en diversas secuencias. Parecía más como si las proteínas llevaran el código genético, mientras que el ADN jugaba un papel secundario en los cromosomas.

Un gran avance vino de Oswald Avery, Colin McLeod y McCarty Maclyn, un equipo de microbiólogos médicos en el Instituto Rockefeller de Nueva York. Ellos estaban tratando de identificar la naturaleza del principio de la transformación, una sustancia descubierta por el microbiólogo Inglés, Fred Griffith, en 1928. Griffith había estado experimentando con dos especies de neumococo, la bacteria que causa la neumonía tan temida en los días previos a los antibióticos.

Fred Griffith y el principio transformador: los genes.

Las bacterias, conocidas como neumococos, tenían estructuras virulentas que producían la enfermedad con cápsulas de polisacáridos y estructuras no virulentas que eran inocuas sin cápsulas. Las formas con cápsulas son definidas genéticamente, es decir, son formas hereditarias de las bacterias. Se conoce actualmente que los neumococos no encapsulados son una estructura mutante, en la época de Griffith el término mutante no se conocían en las bacterias. Griffith quería estudiar si los neumococos virulentos muertos por calor, que no producían la enfermedad, podría emplearse para inmunizar contra la enfermedad de la neumonía. En la realización de varios experimentos, ver dibujo abajo, realizó uno que produjo resultados muy imprevistos. Inyecto ratones coincidentemente con bacterias virulentas muertas por el calor, los neumocococos son muy sensibles al calor y mantenerlos a una temperatura de 60º C, durante un tiempo es suficiente para matar a todo un cultivo y bacterias no virulentas vivas, es decir las dos clases; estas por separado era inofensivas, pero con la mezcla, todos los ratones murieron. Al realizar Griffith las autopsias encontró que los cuerpos contentarían bacterias encapsuladas vivas y por lo tanto virulentas. Dedujo que, ¿las bacterias virulentas muertas habían reaparecido, o algo había sido transferido desde ellas a las células vivas no virulentas que, a su vez, las capacitaba para hacer cápsulas y convertirse en virulentas?, un dibujo muy esquemático del proceso se muestra a continuación,

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/Griffith%201.png

 

 

El ADN como "un asunto de genes»: el descubrimiento del principio transformador, 1940-1944.

Oswald Avery, Colin MacLeod, y Maclyn McCarty muestran que el ADN es el material en la transformación de las células en el experimento de Griffith, ellos demuestran que la transformación de Streptococcus pneumoniae a partir de un tipo no virulento a un tipo virulento es el resultado de la transferencia de ADN a partir de organismos virulentos muertos.

Hipotesis: el material en las células bacteriales muertas, pueden genéticamente transformar células bacteriales vivas.

En 1940 , Avery se centró una vez más en el problema de la transformación bacteriana . Maclyn McCarty se unió al laboratorio en 1941 y ayudó a Avery en esta investigación. Avery y McCarty se centraron en primer lugar en la purificación de la substancia de transformación . Utilizaron una versión mas refinadas de las técnicas de preparación de Colin M. MacLeod , luego McCarty y Avery aislaronel principio de transformacion de muestras de neumococos .

 Después de la reactivación de la investigación, Avery se preocupó cada vez más con la depuración paso a paso del agente transformador y su identificación. Inicialmente, la transformación había sido un fenómeno provisional y delicado que era difícil de volver a crear de forma coherente. Avery dijo más tarde "muchas son las veces que estuvimos dispuestos a tirar todo por la ventana! "  Eventualmente , Avery y McCarty fueron capaces de tomar un cultivo de neumococos R que había sido atenuada a partir del tipo S-II en el transcurso de treinta generaciones  y añadir a la misma ácido desoxirribonucleico altamente purificado ( ADN ) extraído de un S-III. Este proceso dio como resultado , que la siguiente generación de colonias fuese S-III, que se mantenían estables a través de varias generaciones . Después de lograr la, transformación confiable y de larga duración , Avery volvió a demostrar que fue causado por el ADN, a pesar de la convicción predominante de la mayoría de los genetistas , e incluso su propia creencia anterior  que el ADN era una molécula simple y que los genes debe estar compuesto por proteínas , una sustancia aparentemente más compleja .

 

Ellos trataron a las bacterias pneumococos S, virulentas, se las calentó, con lo cual las bacterias mueren, luego con detergente se obtuvo un lisado celular, que era un extracto libre de células que contenían el factor de transformación, el lisado contiene, entre otros el polisacárido de la superficie celular, las proteínas, el ARN y el ADN de los neumococos S.

Sometieron al lisado a diversos tratamientos enzimáticos. Inyectaron en ratones los neumococos de tipo R vivos junto con una fracción del lisado modificada enzimáticamente. Los resultados fueron los siguientes:

1 No se efectuó sobre el lisado ningún tratamiento y el ratón muere, luego el factor de transformación está presente en el lisado.

2 Se añadió la enzima SIII, que degrada la capsula de polisacárido y el ratón muere, el factor de transformación, no es el polisacárido, que estaba presente en el lisado.

3 Se añadieron al lisado anterior, con el polisacárido degradado, las enzimas proteolíticas tripsina y quimiotripsina y el raton muere, luego el factor de transformación, no es una proteína, debia ser un acido nucleico, el ARN o el ADN.

4 Se extrajeron los ácidos nucleicos del lisado anterior y se añadió la enzima ARNasa, que degrada el ARN, el ratón muere, luego el factor de transformación no es el ARN.

5 Al extracto de ácidos nucleicos anterior se le añadió la enzima ADNasa, que degrada el ADN y el ratón vive, luego el factor de transformación, es le ADN.

Esta serie de experimentos demostró que la naturaleza química del factor de transformación, la información genética capaz de convertir unos neumococos R en neumococos S, era el ADN y no una proteína el factor de transformación.

Como esta parte de la historia de  Oswald Avery es fundamental dar la serie de pasos de su desarrollo, como se presenta continuación,

Las bacterias neumococos, puede desarrollarse en el cuerpo de un organismo, pero como cualquier otra bacteria, también puede crecer en un cultivo solido o en un líquido,

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/avery%201.png

En 1928, Fred Griffith publico un estudio sobre las diferencias en la bacteria neumococo, en particular las clases S y R, la clase S presenta una colonia de una superficie suave y la R rugosa. Las colonias de la clase S se ven lisas con el microscopio, porque cada bacteria tiene una capsula hecha de azúcares, esta capa protege a las bacterias S del sistema inmune del hospedador y por eso esta bacteria es infecciosa.

La bacteria que no posee una capa, la clase R, no es infecciosa, Griffith encontró que si se inyectaban bacterias del tipo S en ratones, estos desarrollaban la neumonía y morían a los pocos días, los ratones a los que se inyectaba la clase R no presentaban la enfermedad. Griffith noto que los diferentes tipos de clases podían ser cultivadas de un paciente, tuvo la idea que una clase puede cambiar a otra, para probar esta idea realizo experimentos con las clases R y S.

Primero calentó a una temperatura de 60º C el cultivo de la clase S y mato as las bacterias y luego inyecto este cultivo en un ratón y observo que las bacterias muertas no producen una infección, luego inyecto las bacterias de la clase S muertas junto con la clase R en ratones y los ratones desarrollaron neumonía y murieron y pudo observar de una muestra de los ratones muertos a las bacterias de la clase S. Estos cultivos pueden infectar a otros ratones y estos permanecieron activos de un cultivo a otro. Griffith concluyo que algún “principio” era transferido de las bacterias muertas de la clase S a la clase R, este es el principio transformador.

Luego Oswald Avery, Colin MacLeod, y Maclyn McCarty, comenzaron a experimentar con esta idea usando tubos de ensayo en lugar de ratones. Utilizaron un detergente para lisar a las células S muertas y usaron a este para un ensayo sobre la trasformación, como se muestra a continuación,

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/avery%202.png

Probaron los componentes que están en el lisado que podrían realizar la actividad transformadora, primero incubaron la clase S muerta lisada con una enzima, SIII, que degrada la capsula de polisacárido y esta tenía la capacidad de transformación, luego se incubaron a la clase S sin capa con proteínas, la enzima  tripsina que es una enzima peptidasa, que rompe los enlaces peptídicos de las proteínas y la quimotripsina, que es una enzima digestiva que puede realizar proteólisis, que es la degradación de proteínas, luego se incubaron al lisado S con estos sistemas tratados con dichas enzimas y aún tenía en forma estable el principio de transformación.

Se precipito del lisado los ácidos nucleicos ADN y ARN, con alcohol de las bacterias neumococos, como el principio transformador no estaba en la capa de azúcar y no en las proteínas se sospechó que podría estar en los acidos nucleicos, se disolvieron en agua y se probó su capacidad de realizar la transformación, se destruyó al ARN con la enzima RNase y se probó la nueva solución y esta todavía poseía la capacidad de transformación, luego el ARN no tenía la capacidad de transformación, solo quedaba el ADN, que se la trato con la enzima DNase para eliminarla,   

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/avery%203.png

 

 

 

Erwin Schrödinger.

Los físicos también contribuyeron al desarrollo de los conceptos del código de la vida, por ejemplo, Erwin Schrödinger propuso el concepto del "cristal aperiódico" en su influyente libro ¿Qué es la vida?. Cristales simples, tales como cloruro de sodio no pueden llevar información genética debido a que sus iones están dispuestos en un patrón periódico. Lo que propuso Schrödinger era que el "modelo" de la vida se encuentra en un compuesto cuyos componentes estan dispuestos en una secuencia larga e irregular, que lleva la información en la forma de un código genético incrustado dentro de su estructura química. Las proteínas podrían haber sido el candidato obvio para el cristal aperiódico, con la secuencia de aminoácidos que proporciona el código. Pero con los descubrimientos de Avery, el centro de atención cayó sobre en el ADN como una opción alternativa para el material genético.

Los experimentos Alfred Hershey y Martha Chase.

Estos fueron una serie de experimentos llevados a cabo en 1952, lo que confirma que el ADN era el material genético, que fue primero demostrado en 1944 por Avery, MacLeod y McCarty. Mientras que el ADN había sido conocido por los biólogos desde 1869, se pensaba que las proteínas llevan la información de la herencia.

Hershey y Chase realizaron sus experimentos con el fago T2 , un virus cuya estructura había sido demostrado recientemente con el microscopio electrónico. El virus consiste en una cubierta de proteína que contiene su material genético. El mismo infecta a una bacteria mediante la unión a su membrana externa y la inyección de su material genético en la misma, saliendo luego de la bacteria.

En su primera serie de experimentos, Hershey y Chase etiquetaron el ADN de los virus con fósforo- 32  radiactivo, el elemento fósforo está presente en el ADN, pero no está presente en cualquiera de los 20 aminoácidos a partir de los cuales se hacen las proteínas. Se permitió que los fagos infectaran a la bacteria E. coli y a través de varios experimentos fueron capaces de observar la transferencia de ADN del virus con el fosforo-32 marcado en el citoplasma de la bacteria. Se extrajeron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga, comprobaron que el indicador radiactivo se detectaba sólo en las células bacterianas y no en las cubiertas proteicas.

En su segundo conjunto de experimentos, se marcaron los virus con azufre- 35  radiactivo, el azufre está presente en los aminoácidos cisteína y metionina, pero no en el ADN.  Después de la separación, el trazador radiactivo S35 se observó en las cubiertas de proteínas, pero no en las bacterias infectadas, apoyando la hipótesis de que el material genético que infecta la bacteria era el ADN y no la proteína.

 

Erwin Chargaff.

Erwin Chargaff amplio el trabajo de Levene descubriendo más detalles de la estructura del ADN, por lo que mejoro aún más el camino de Watson y Crick. Chargaff ,  había leído el artículo de 1944 de Oswald Avery y sus colegas de la Universidad Rockefeller , que demostraron que las unidades hereditarias , o genes , están compuestos de ADN. Este trabajo tuvo un profundo impacto en Chargaff , puso en marcha un programa de investigación que giró en torno a la química de los ácidos nucleicos. De la obra de Avery, Chargaff ( 1971 ) escribió lo siguiente :

"Este descubrimiento , casi de repente , parecía presagiar una química de la herencia y , por otra parte , hace probable el carácter del ácido nucleico como gen ... Avery nos dio el primer texto de un nuevo lenguaje , o más bien nos mostró dónde buscar el mimo, resolví buscar este texto " .

En su primer paso en esta búsqueda, Chargaff se dispuso a ver si había alguna diferencia en el ADN entre especies diferentes. Después de desarrollar un nuevo método de cromatografía en papel para la separación y la identificación de pequeñas cantidades de material orgánico, en 1950 Chargaff llegó a dos conclusiones principales. En primer lugar , señaló que la composición de los nucleótidos del ADN varía entre las especies. En otras palabras, los mismos nucleótidos no se repiten en el mismo orden, según lo propuesto por Levene . En segundo lugar, Chargaff concluyó que casi todo el ADN, no importa de qué organismo o tipo de tejido se trate, mantiene ciertas propiedades, como por ejemplo que su composición varía. En particular, la cantidad de adenina A  es por lo general similar a la cantidad de timina T, y la cantidad de guanina G por lo general se aproxima a la cantidad de citosina C. En otras palabras, la cantidad total de purinas ( A + G ) y la cantidad total de pirimidinas ( C + T ) son por lo general casi iguales .  Esta segunda conclusión es importante y hoy se conoce como  Regla de Chargaff . La investigación de Chargaff fue vital para el trabajo posterior de Watson y Crick, pero sí Chargaff no podía imaginarse la explicación de estas relaciones en concreto. El siguiente dibujo es una representación de la Regla de Chargaff,

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/Chargaff%201.png

 

 

James Watson y Francis Crick.

En 1953 James Watson y Francis Crick, publicaron el primer modelo apropiado de la molécula de ADN. Ellos comenzaron su estudio de la química conocida del ADN y deseaban determinar su estructura real.

Tras el descubrimiento de Miescher, otros científicos encontraron una mejor forma de purificar la nueva sustancia. La nucleína era un extracto crudo y contenía una gran cantidad de proteínas. Una vez que se eliminaron las proteínas, la sustancia  se hizo conocida como ácido desoxirribonucleico, debido a su estructura de azúcar (ribosa) y sus propiedades de naturaleza ácida. Los científicos, como Phoebus Levene, comenzaron a estudiar los componentes del ADN. Ellos encontraron que el ADN era esencialmente una molécula de cadena larga, compuestos por cuatro nucleótidos diferentes, el azúcar ribosa y fosfato. Levene caracterizo las diferentes formas de ácido nucleico y se encontró que el ADN contenía adenina, guanina, timina, citosina, desoxirribosa, y un grupo fosfato.

Phoebus Levene había demostrado que cada elemento nucleótidico del ADN está constituido por un grupo de fosfato unido al azúcar desoxirribosa, que a su vez está unido a una de las cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

Los nucleótidos son una serie que están unidas, formados de un grupo fosfato unido a un azúcar, de este al siguiente grupo fosfato y así sucesivamente, como se muestra a continuación,

Aunque Lenene había estudiado los enlaces químicos precisos, la teoría por el propuesta del tetranucleotido era inexacta , si el ADN tenía una secuencia fija y repetitiva, no podía tener una función “ inteligente “ como para transportar información y desde la publicación de Avery, se sabía que el ADN tenía que tener esta función.

Tendría más sentido si el orden de los nucleótidos pudieran cambiar, la información podría entonces estar codificada en la secuencia del ADN. El ADN y no las proteínas seria la que revelaría el secreto real de la vida. Erwin Chargaff, pensaba que el ADN tenia que ser simples bloques nucleótidos repetitivos, aislando el ADN de diferentes organismos y luego midiendo las cantidades relativas de cada una de las cuatro bases nitrogenadas, comprobó que la cantidad de adenina está muy próxima a la cantidad de timina y se comprueba que hay tanta guanina como citosina si la teoría del tetranucleotido de Levene fuese correcta, las cantidades de A, T, G, y C tendría que ser las mismas en el ADN de todos los organismos y ese no era el caso. Por el contrario, los, los nucleótidos deben estar ordenados de modo que haya cantidades aproximadamente iguales de A y T por una parte y de G y C, las relaciones de Chagraff son una una importante pista en el trabajo de Watson y Crick sobre la estructura del ADN.

En la misma época, Linus Pauling, usaba sus conocimientos de química junto a una técnica denominada cristalografía de rayos X, para descubrir una estructura en forma de sacacorchos, que se observa en muchas proteínas, denominada la hélice alfa. Watson y Crick, siguieron el enfoque de Pauling, que consiste en usar la química y los patrones de rayos X para resolver la estructura del ADN.

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/helice%20alfa%201.png

Los patrones de difracción de rayos X pueden suministrar más información acerca de la forma y estructura de una molécula. El haz de rayos X es dirigido hacia una sustancia cristalizada, algunos rayos son difractados o dispersados en sus encuentros con los átomos. Luego los rayos X son dispersados e interfieren unos con otros y se crean puntos de diferentes intensidades cuando son recogidos en una película fotosensible, el patrón de difracción resultante es un reconocimiento exclusivo de la molécula.

Por aquel entonces, el ADN no podía ser cristalizado, pero ellos pudieron obtener dos tipos de fibras de ADN, estas fibras daban dos patrones de difracción diferentes, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins pudieron obtener estos patrones de difracción de rayos X y estudiando los datos de rayos X de esta forma del ADN, se puede ver que hay muchos puntos en este patrón y por lo tanto hay más información, que fueron capaces de calcular las dimensiones básicas de la molécula de ADN.

Por otra parte Rosalind estaba investigando otro difractograma y Francis fue impactado por la simetría y simplicidad del patrón de rayos X, resultando para el que toda la información de los rayos X era clara, la característica en X de la siguiente fotografía, describía la presencia de una hélice,

 

Dado que el patron de rayos X es tan regular, las dimensiones de la hélice también deben serlo, por ejemplo, el diámetro de la hélice permanece constante a lo largo de ella. En un patrón de difracción de rayos X cuanto más cerca se encuentran los puntos, mayor es la distancia real. Así, las barras horizontales se corresponden en realidad con vueltas de la hélice, la distancia vertical entre las barras es de 3.4 nm, que es una medida de la altura de la vuelta de la hélice, en la siguiente figura se representa las dimensiones del ADN,

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/dimensiones%20del%20adn.png

 

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/dimensiones%20del%20adn%201.png

La distancia desde el centro del patrón de rayos X hasta la parte superior es medible y da 0.34 nm, ello se corresponde con la distancia entre dos pares de bases apilados. Puesto que conocemos la altura de una vuelta de la hélice de 3.4 nm y conocemos la distancia entre los pares apilados de 0.34 nm, se deduce que debe haber 10 nucleótidos por vuelta, la inclinación o pendiente de la hélice puede ser calculada a partir del ángulo que forma el aspa de la X con el eje horizontal.

Del patrón de rayos X se dedujo que el ADN debía de ser una doble hélice con los grupos fosfato en el exterior y las bases en el interior y gracias a las medidas efectuadas por Franklin y Wilkins ellos conocieron las dimensiones básicas de la hélice.

Los investigadores estaban ansiosos por hacer coincidir todo lo conocido del ADN, en un modelo preciso, pero algunas preguntas permanecían sin respuesta, como el acoplamiento de ambas hélices y como estaban ordenadas las bases nitrogenadas. Había una carrera por resolver la estructura del ADN, ellos sabían que, después de resolver la estructura de la hélice alfa en las proteínas, Pauling estaba interesado en la estructura del ADN, justo cuando estaban comenzando a construir varios modelos tentativos del ADN, Pauling había enviado para su publicación un artículo sobre la estructura del ADN, pero el modelo resulto una triple hélice, dicho modelo no podía ser correcto, Pauling había colocado los grupos fosfato en la parte central de cada hélice, con las bases nitrogenadas mirando hacia afuera, tres de estas hélices estaban entrelazadas para formar una molécula de ADN.

Pares de bases.

Pauling había olvidado la carga negativa del átomo de oxigeno de cada grupo fosfato, la situación de esta carga en la parte central y apiladas unas encima de otras provocaría fuerzas repulsivas que haría imposible mantener unidas las distintas hélices. El error de Linus les dio ánimo para trabajar en forma intensa, Watson realizo modelos de cartón de las bases nitrogenadas, él sabía que los nucleótidos : monómeros compuesto de la base nitrogenada, cinco átomos de carbón formado el azúcar y el grupo fosfato, podían emparejarse y formar interacciones débiles llamadas puentes de hidrogeno, al contrario que los fuertes enlaces covalentes que une el fosfato, el azúcar y las base en un nucleótido, los puentes de hidrogeno se forman cuando el nitrógeno o el oxígeno comparten un átomo de hidrogeno, luego comenzó a emparejar a los nucleótidos buscando posibles puentes de hidrogeno, comparo la anchura de los diferentes pares de bases, algunos pares eran obviamente diferentes en anchura, si estos pares existían en efecto en la hélice del ADN, esta hélice seria irregular, con entrantes y salientes, Watson se dio cuenta que la adenina podía emparejarse con la timina muy estrechamente y que la guanina podía hacer lo propio con la citosina, además el par bases A/T tenía la misma anchura que el par G/C.

 

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/distancias%20de%20watson.png

Este emparejamiento de las bases concordaba con las relaciones de Chargaff y permitía a las bases apilarse unas encima de otras, la guanina forma tres puentes de hidrogeno con la citosina y la adenina forma dos puentes de hidrogeno con la timina, Watson había llegado al convencimiento de que en el emparejamiento de bases residía la clave de la estructura del ADN, Crick estaba de acuerdo y apuntaba además que debido a ciertos ángulos de enlace y a la proximidad de los pares de bases, las dos hélices debían correr en direcciones opuestas, las dos hélices son antiparalelas. Usando recortes metálicos de la máquina de la tienda, los dos construyeron un modelo tridimensional  del ADN, el modelo de seis pies de altura, incorporaba lo hasta entonces conocido, con el esquema de emparejamiento de bases A/T y G/C y la idea sobre las cadenas antiparalelas.

תיאור: http://82.166.171.228:8080/publicaciones/biologia/adn/Dibujos/modelo%20metalico.png

 

Todo coincidía  perfectamente y todos estaban de acuerdo de que esa era la estructura, así el ADN era una escalera de mano retorcida sobre sí misma en las que las cadenas azúcar fosfato eran las guías y los pares de bases eran los peldaños, las guías corrían en direcciones opuestas, los peldaños nucleótidos eran complementarios, donde en una cadena había una A en la otra había una T en la misma posición, de manera análoga, donde en una cadena hay una G en la otra hay una C en la misma posición, los resultados fueron rápidamente enviados a la revista Nature, el articulo concluía así : “ no ha escapado a nuestra observación el hecho de que el emparejamiento especifico que hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia para el material genético “, Maurice y Rosalind publicaron sus hallazgos en artículos separados a continuación en la misma revista.

Addendum.

Sustancias orgánicas presentes en la naturaleza.

Todas las sustancias orgánicas presentes en la naturaleza pueden clasificarse en tres grandes grupos. A la primera pertenecen sustancias que se encuentran universalmente en todas las estructuras biológicas, celular o de otro modo; tales son las proteínas, los carbohidratos y las grasas. El segundo grupo contiene sustancias caracteristicas principalmente de la célula, entre ellos destacan en primer lugar las nucleoproteínas, los fosfolipidos, los esteroles o esteroides. Por último, el tercer grupo abarca sustancias elaboradas por la célula viva y vertidas por ella en el medio circundante; este último puede ser o bien un espacio específicamente adaptado para mantener la secreción, como la vesícula biliar o una líquido corporal que mantiene y transporta el material secretado, o puede ser los elementos no celulares de los tejidos.

En la vida de una célula, la parte designada por los biólogos como cromatina muestra una extraordinaria actividad visible a través del microcopio. Una disposición activa de estructuras de cromatina conocidos como cromosomas generalmente precede al proceso de la división celular. En las células reproductivas de los organismos superiores, el sexo del organismo que surja se determina en la mayoría de los casos por los cromosomas. Sólo hay un corto intervalo en la vida de una célula reproductiva durante el cual los cromosomas permanecer en un estado de reposo; durante la mayor parte de su tiempo de vida están experimentando cambios preparatorias de la división celular, que son seguido por reorientaciones necesarias para completar la madurez de la nueva célula.

 

 

 

 

 

Referencias.

[ 1 ] Nucleic acids, by P. A. Levene ,Lawrence W. Bass .

[ 2 ] A la búsqueda del secreto de la vida: Una breve historia de la Biología , José María Valpuesta Moralejo

[ 3 ] Venkatraman (Venki) Ramakrishnan, premio Nobel de Química en 2009 por dilucidar la estructura del ribosoma.

 

Indice.

Funcionamiento del ADN, la historia de su descubrimiento e identificación.

 

Galileo.

 

Eduardo Ghershman, 21.10.2013

eXTReMe Tracker