ADN Descubrimiento y Estructura
Genética
I: ADN
📚📙🔬¡Hola lectores, lectoras y estudiantes!
Introducción
Previamente estuve comentando temas como el Desarrollo Biológico y los dos modelos de Desarrollo que gobiernan la biodiversidad animal (protóstomos y deuteróstomos).Sin embargo, existe una temática de la Biología que abarca absolutamente todo lo vivo que habita nuestro planeta: La Genética.
Me refiero a las plantas, los animales, las bacterias y las arqueas. Hasta aquello que vive en la frontera de lo vivo y no vivo como los virus poseen GENES. Entendemos por genes a todo el material hereditario que se perpetúa a lo largo de los millones de años.
Este material hereditario se recombina para mostrarnos características diferentes entre los individuos de una población, pero cuya estructura y mecanismo de replicación permanece conservado. Esta propiedad conservativa se debe a su estabilidad molecular conseguida como producto de millones de años de evolución.
¿Cómo se
descubrió que los genes están compuestos de ADN?
Hace 70 años nadie sabía que el Ácido Desoxirribo-Nucleico (ADN) es la molécula que almacena la información de todas las formas de vida de la Tierra. Actualmente, sabemos que esa información almacenada en el ADN dirige la vida de todas las células de un organismo y confiere a cada una sus características especiales.
Además, el ADN permite a
las células transmitir información con precisión de una generación a la
siguiente. El descubrimiento de como el ADN contiene y transmite esa
información es uno de los logros cimeros de la Biología del s. XX.
Un poco de Historia
Hacia finales del s.XIX, lo científicos sabían que la información que se hereda existía en unidades discretas llamadas genes. Sin embargo, no existía una definición consensuada de qué era un GEN.
Sólo podían afirmar que los genes
determinan muchas de las diferencias hereditarias entre los individuos de una
misma especie. Por ejemplo, el gen del color de las flores determina si una
planta de arvejas o chícharos tendrá flores blancas o púrpuras.
El estudio de las células en plena división (debido al uso del microscopio óptico que permitió ver los núcleos celulares) aportó indicios que los genes se encuentran DENTRO de las células. Además, estos genes encontraban en ciertas estructuras semejantes a hilos que se coloreaban con técnicas de tinción.
Estas estructuras coloreadas recibieron el nombre de cromosomas, del griego χρώμα, -τος
chroma, color y σώμα, -τος soma, cuerpo (Figura 1). Posteriormente se
descubrió que los cromosomas contienen, además de ADN, proteínas; por lo que
los genes estarían compuestos por ADN ó proteínas. Durante la primera
mitad del s.XX, la mayoría de los científicos pensaba que los genes estaban
constituidos por las proteínas presentes en los cromosomas.
Figura 1: Esquema de cromosomas en metafase de la división mitótica.
¿Es decir que la genética es una ciencia reciente?
Sí, muy reciente, pensemos que a mitad del s.XX, (o sea, ya había aviones, radios, autos, trenes, había pasado la 1ra Guerra Mundial, se transitaba y finalizaba la 2da Guerra Mundial, existía el cine y la televisión) aún no teníamos idea de como era que los hijos se parecían a los padres, los humanos éramos todos humanos y los perros eran todos perros.
Las bacterias dieron la respuesta
Los experimentos con bacterias suministraron finalmente pruebas indudables de que los genes están formados por ADN ¿Cómo?
En la década de 1920, un investigador británico llamado Frederick Griffith intentaba preparar una vacuna para prevenir las infecciones de neumonía. Griffith se proponía hacer una vacuna a partir de dos cepas de Streptococcus pneumonia. Una de las cepas, la R, no causaba neumonía al inyectarla en ratones. La otra cepa, la S, era letal cuando se inyectaba, producía neumonía y mataba a los ratones.
Sin embargo, cuando la cepa S se sometía a calor y luego se inyectaba en los ratones, no se producía la enfermedad. De modo que Griffith tenía 2 vacunas posibles: la cepa R viva y la cepa S muerta por calor.
Griffith realizó entonces un experimento de control, esperando confirmar que estas dos cepas NO producían la enfermedad. Mezcló bacterias vivas de la cepa R con bacterias muertas de la cepa S, y luego inyectó esta mezcla en ratones. Puesto que ninguna de estas cepas provocaba neumonía por sí sola, se esperaba que los ratones no enfermaran y sobrevivieran.
En resumen
La cepa R…estaba viva y Griffith sabía que NO provocaba neumonía, la cepa S provocaba la enfermedad, pero ahora estaba muestra por calor ¿qué podía salir mal?
Resultado: ¡¡los ratones se murieron de neumonía!!!
Figura 3. Hipotético cuaderno de laboratorio de Griffith
Análisis de los resultados
Al realizar la autopsia de los ratones, Griffith recuperó de sus órganos bacterias de la cepa S y se sorprendió al comprobar que las bacterias estaban ¡¡vivas!!
La interpretación más sencilla es que alguna sustancia de la cepa S muerta transformó a la cepa R, viva pero inofensiva, en una mortífera cepa S. Griffith nunca consiguió elaborar una vacuna eficaz contra la neumonía, pero su sorprendente descubrimiento de las cepas transformadas constituyó un paso crítico para el descubrimiento de que los genes están compuestos por ADN.
Poco más de una década después, tres investigadores comenzaron a buscar la molécula capaz de transformar las bacterias. Avery, MacLeod y McCarty consiguieron purificar las moléculas de las bacterias de la cepa S que transformaban a las R en bacterias letales.
Para su sorpresa descubrieron que esas moléculas eran de ADN.
Ahora podemos interpretar mejor los resultados de Griffith:
✏A: El calentamiento de las células (bacterias) de la cepa S alcanzó para matar a la bacteria
✏B: Sin embargo, no pudo destruir el ADN
Entonces, ¿qué sucedió cuando las bacterias de la cepa S muertas se mezclaron con las bacterias de la cepa R vivas?
Respuesta: Fragmentos del ADN de las bacterias de la cepa S penetraron en las células R. Estos fragmentos contenían genes que, una vez expresados, provocaban la enfermedad. Por lo tanto, estos investigadores llegaron a la conclusión que los genes, las unidades heredables que determinan muchas de las características de un organismo, están compuestos por ADN (Figura 3).
Figura 2. Esquema de una célula en cuyo núcleo se observan cromosomas en metafase. Estos cromosomas están compuestos por proteínas estructurales que enrollan el ADN que lleva toda la información de una especie.
¿Qué es y cómo es la estructura del ADN?
Bueno, creo que puedo responder mejor que el señor
McClure…creo:
Saber que los genes son de ADN no responde a
las preguntas de la herencia ¿Cómo codifica el ADN la información genética?
¿Cómo se duplica el ADN para que la célula hija reciba la misma información que
su predecesora?
Para responder eso, primero debemos conocer la
estructura tridimensional del ADN:
El ADN se compone de 4 nucleótidos.
El ADN de todos los organismos de la Tierra,
desde las bacterias hasta la ballena franca se compone de 4 subunidades
llamadas nucleótidos. Recordemos que el ADN es un polímero, como expliqué en la Química de las Células. Por lo tanto, es una molécula muy grande compuesta por
unidades más pequeñas, los nucleótidos.
Cada nucelótido consta de 3 partes (Figura 4):
1) Un grupo fosfato
2) un azúcar (desoxirribosa)
3) una base nitrogenada (hay 4 posibles): Adenina
(A), Timina (T), Guanina (G) y citosina (C).
Figura 4. Los 4 nucleótidos que componenen el ADN
El ADN es una doble hélice de dos cadenas de
nucleótidos
Combinando el conocimiento de cómo se enlazan las moléculas orgánicas, James Watson y Francis Crick (W y C) propusieron un modelo. Estos investigadores sugirieron que la molécula del ADN se compone de dos cadenas poliméricas de estos nucleótidos unidos.
Dentro de la cadena de ADN, el grupo fosfato de un nucleótido se enlaza con el azúcar (desoxirribosa) del siguiente nucleótido de la cadena. Este enlazamiento produce un esqueleto de azúcares y fosfatos alternados y unidos por enlaces covalentes.
Las bases
nitrogenadas sobresalen del esqueleto de azúcar-fosfato. Todos los nucleótidos
de una cadena individual de ADN están orientados en el mismo sentido. Esta
orientación regular hace que los dos extremos de una cadena individual de ADN
sean diferentes. Un extremo de la cadena de ADN tiene un azúcar “libre” y el
otro extremo de la cadena tiene un fosfato “libre”.
Vale decir, que previo a la deducción
de W y C, Rosalind Franklin estudió la estructura del ADN mediante rayos X, el
patrón de difracción permitió que dedujera que el ADN tenía forma helicoidal y
tiene un diámetro uniforme de 2 nm.
Las bases nitrogenadas complementarias se mantienen
unidas entre sí mediante puentes de hidrógeno
W y C propusieron que las dos cadenas de ADN se mantienen unidas entre sí debido a los puentes de hidrógeno que se forman entre las bases sobresalientes de las dos cadenas individuales del ADN.
Estos enlaces le confieren una estructura al ADN semejante a una escalera,
con los esqueletos azúcar-fosfato hacia afuera y las bases nucleotídicas
nitrogenadas hacia adentro. Las cadenas, además, están enrolladas una alrededor
de la otra formando una doble hélice. Estas cadenas se orientan en sentido
opuesto, es decir, una cadena termina en un fosfato y la otra en un azúcar (Figura 5).
Por otra parte se descubrió que la
adenina forma puentes de hidrógeno con la timina exclusivamente y la citosina
con la guanina. Estos pares A-T, C-G reciben el nombre de pares de bases
complementarias.
Figura 5. Esqueleto de azucar-fosfato y puentes de hidrógeno entre las bases, formando la doble hélice.
Por último, se descubrió que
dentro de una cadena de ADN, los 4 tipos de bases (A, T, C y G) pueden
disponerse en cualquier orden lineal y
cada secuencia de bases representa un conjunto único de instrucciones genéticas.
Un tramo de ADN de sólo 10 nucleótidos puede tener más de un millón de secuencias
posibles de las 4 bases.
Es interesante pensar que toda la Biodiversidad de nuestro hermoso planeta alberga estas 4 bases de nucleótidos en sus células. La combinación entre en diferente orden de estas bases ha dado lugar a tantos
animales, plantas, hongos, bacterias, hasta virus. Esta evidencia irrefutable nos hace pensar entonces
en la convergencia evolutiva, en el ancestro común. ¡Cuánto más hay para
aprender de la vida en la Tierra!
Hasta aquí la entrada de hoy. Espero que les resulte interesante y pueden dejarme un comentario si quieren más temas de ADN y genética
¡Chau!
Referencias
Soy Licenciada en Ciencias Biológicas y tengo un PhD en Química Biológica. Escribo esta página basada en mi experiencia como docente e investigadora y utilizo fuentes de información confiables para la redacción de los artículos:
1.Molecular Biology of THE CELL
2.Biología. La vida en la Tierra.
