Descubriendo la estructura molecular del ADN: Una guía para el neófito (página 2)
Enviado por Felix Larocca
Como es el caso con todo problema complejo, las labores de muchas personas fueron requeridas para resolverlo.
El uso de los rayos X para ver a través del ADN
Watson y Crick usaron modelos de ramas y bolas para probar sus ideas acerca de la estructura posible del ADN.
Mientras que otros científicos usaron métodos experimentales en su lugar.
Entre los últimos se encuentran Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, quienes usaron la difracción de los rayos X para entender la estructura física de la molécula del ADN.
La doble hélice
¿Una estructura de tres hélices?
El científico Linus Pauling estaba ansioso para resolver el misterio de la representación del ADN.
En el 1954 Pauling recibió el Premio Nobel en Química por sus labores pioneras en la determinación de lazos químicos y en la estructura de las moléculas y los cristales.
En el 1953, este científico había publicado un artículo en el que proponía una estructura de triple-hélice para el ADN.
Watson y Crick habían trabajado en la estructura del mismo modelo, pero su teoría estaba equivocada.
Su equivocación fue, en parte, debida a no haber recordado una charla dada por Rosalind Franklin, en la que ella reportó que había determinado el contenido hídrico del ADN por medio del uso de métodos cristalográficos usando los rayos X.
Pero, como Watson no tomó notas, recordó los números incorrectamente.
En su lugar fue la famosa "fotografía 51" de Franklin la que, finalmente, reveló la estructura helicoidal del ADN a Watson y Crick en el 1953.
Esta es una foto del ADN que ha sido cristalizado bajo condiciones húmedas en la que se discierne una X borrosa en medio de la molécula, un patrón indicativo de una estructura helicoidal.
El apareamiento específico de las bases
El misterio del apareamiento de las bases, había sido resulto, en parte, por el bioquímico Erwin Chargoff unos años atrás.
En el 1949 éste demostró que, aunque organismos distintos poseen diferente cantidades de ADN, que la cantidad de adenina siempre iguala la de la timina. Lo mismo siendo el caso con el par de guanina y citosina.
Por ejemplo, el ADN humano contiene cerca de un 30 por ciento de adenina y timina, y 20% de guanina y citosina.
Con esta información en sus manos, Watson fue capaz de discernir las reglas del apareamiento.
El día 21 de febrero del 1953, Watson ya tenía la intuición clave, cuando observó que el vínculo de la adenina-timina era exactamente de la misma longitud que el de la citosina-guanina.
E. coli
Si las bases son apareadas de esta manera, cada par formando un peldaño en la escalera retorcida de la hélice, las trenzas serían de igual longitud, y la columna dorsal de fosfato-azúcar sería lisa.
La estructura precede la acción
"No ha escapado nuestra atención que el apareamiento que hemos postulado, de inmediato sugiere un mecanismo posible para la copia del material genético", escribieron Watson y Crick en el artículo científico que fuera publicado en Nature, el 25 de abril del 1953.
Este hallazgo representaba un paso decisivo en el entendimiento de cómo el material genético se transmite de generación a generación.
Y, una vez que el modelo había sido establecido, su misma estructura insinuaba que el ADN era, de hecho, el vehículo que acarrea el código genético y que, por esa misma razón, representa la molécula clave de la herencia, de la biología del desarrollo, y de la evolución.
El apareamiento específico de las bases, subyace la copia perfecta de la molécula, que es esencial para la herencia.
Durante la división celular, la molécula del ADN es capaz de abrirse, como cremallera, en dos piezas. Una molécula nueva se forma de cada mitad de la escalera, y, debido al apareamiento específico, da origen a dos copias hijas idénticas, proveniente de cada molécula progenitora.
División celular
Todos compartimos las mismas piedras fundamentales
El ADN es una fórmula sin par para el empaque del material genético.
Por consecuencia, casi todos los organismos — bacterias, plantas, levaduras y animales — acarrean información genética encapsulada en el ADN.
Una excepción se encuentra en algunos virus que la transportan en el ARN.
Especies diferentes necesitan cantidades distintas de ADN. Por esa razón, la copia de ADN que precede la división celular difiere entre los organismos.
Por ejemplo, el ADN de la bacteria E. coli está constituido por 4 millones de bases pares y su genoma total es de un milímetro de longitud.
Esta bacteria unicelular puede copiar su genoma y dividirse en dos células cada 20 minutos.
Por su parte, el ADN humano está compuesto por aproximadamente 3 billones de bases pares, resultando en un metro de longitud de ADN contenido en cada célula de nuestro organismo.
Enzima de restricción
Para que pueda caber en la célula, este material debe de ser empacado de manera muy compacta.
En E. coli, la simple molécula celular de ADN está enrollada en una forma condensada, mientras que el ADN humano, está empaquetado en 23 pares distintos de cromosomas.
Aquí, el material genético está enrollado apretadamente en estructuras llamadas histonas.
Una nueva era biológica
Este conocimiento de la manera cómo el material genético se almacena y se copia, ha dado nacimiento a una nueva disciplina dedicada a observar y a manipular los procesos biológicos, llamada la biología molecular.
Con la asistencia de las llamadas enzimas de restricción, moléculas que cortan el ADN en sectores particulares, partículas del ADN pueden ser extraídas e insertadas en diferentes lugares.
En las ciencias básicas, donde se desea entender el papel que juegan todos los diferentes genes en los animales y los seres humanos, nuevas técnicas han sido desarrolladas.
Intrones
Por ejemplo, ya es posible producir ratones que han sido modificados genéticamente, y que carecen de ciertos genes.
Estudiando esos animales, los científicos pueden determinar la función de ese gene en el animal normal.
Esta tecnología se conoce como la "knock-out technique", porque secciones del ADN han sido eliminadas y transferidas a otros sectores.
Los científicos, asimismo, han sido capaces de insertar nuevas partículas del ADN dentro de células que carecen de porciones o de genes en su totalidad.
Con este nuevo ADN, la célula se torna capaz de producir materia genético que no podía elaborar. Esta técnica posee utilidad en la terapia genética.
¿Qué pasó a Rosalind Franklin?
El destino de esta eminente y merecedora científica está contenido en detalle en mi artículo: La neurociencia de la prostitución, que será publicado próximamente, en este blog.
En el año 2008, se estableció un detalle muy humano acerca de cómo se otorga el galardón de Nobel.
Nadie nunca la nominó, a pesar de que ella preparó las bases para el descubrimiento de la estructura del ADN.
Modificación genética
Prosigamos
La hélice del ADN
Las dos trenzas del ADN son anti-paralelas, lo que significa que estas corren en direcciones opuestas.
La columna dorsal constituida de azúcar-fosfato, está situada en el exterior de la hélice, y las bases quedan dentro de la misma.
La columna dorsal puede concebirse como si fueran los lados de la escalera, mientras que las bases forman los peldaños de la misma.
Cada peldaño está compuesto de dos bases pares:
Uno de adenina-timina que forma un lazo de dos hidrógenos juntos, y uno de citosina-guanina, que forma un lazo de tres hidrógenos.
De esta manera el apareamiento de las bases está restringido.
Esta restricción es esencial cuando el ADN está siendo copiado: La hélice del ADN es abierta, como si fuera un zíper, en dos trenzas largas de azúcar-fosfato con una línea de tres bases libres protruyendo de ella.
Terapia genética
Cada mitad puede convertirse en una plantilla para una nueva trenza complementaria.
Mecanismos biológicos "revisan" el resultado para corregir cualquier error en el proceso.
Después de la duplicación se producen dos moléculas exactas del ADN.
Las regiones codificantes en las ramas del ADN, los genes, sólo constituyen una fracción de la cantidad total del ADN.
Las regiones que rodean las regiones que codifican, se conocen como intrones y consisten de ADN no-codificante.
Los intrones se consideraban como desperdicio en tiempos pasado.
Hoy, los biólogos y los genéticos, creen que este ADN que no codifica puede que sea esencial para la exposición de las regiones que codifican y para regular la expresión de los genes.
En resumen
En esta lección hemos revisado la progresión del descubrimiento del ADN con una introducción concisa al entendimiento de las bases de la ciencia genética.
No debemos ignorar la existencia de esa otra nueva ciencia que a ésta se relaciona: La ciencia epigenética, acerca de la que mucho hemos escrito.
Bibliografía
Larocca, F: (2008) El gene cumple cien años: Un breviario de la ciencia genética como celebración en monografías.com
Larocca, F: (2009) Epigénesis: Nueva ciencia que revoluciona la medicina y la psiquiatría en monografías.com
Larocca, F: (2009) La Genética del comportamiento humano… en monografías.com
Autor:
Dr. Félix E. F. Larocca
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